ATAC-seq,英文全稱Assay for Targeting Accessible-Chromatin with high-throughout sequencing，中文可理解為結(jié)合高通量測(cè)序技術(shù)的靶向開(kāi)放染色質(zhì)的研究方法。這個(gè)方法是2013年由斯坦福大學(xué)的William J. Greenleaf和Howard Y. Chang實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)的用于研究染色質(zhì)可及性/開(kāi)放性的方法。目前，通過(guò)ATAC-seq方法發(fā)表的文章數(shù)量呈持續(xù)增長(zhǎng)中。

真核生物中的核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。DNA與組蛋白結(jié)合后形成核小體，核小體再進(jìn)一步折疊壓縮后最終形成染色質(zhì)。DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都需要將染色質(zhì)緊密結(jié)構(gòu)打開(kāi)，從而允許調(diào)控因子結(jié)合DNA。這部分被打開(kāi)的染色質(zhì)，就叫開(kāi)放染色質(zhì)（Accessible-Chromatin）。開(kāi)放染色質(zhì)允許調(diào)控因子結(jié)合的特性稱為染色質(zhì)的可及性（Chromatin Accessibility）。簡(jiǎn)而言之，染色質(zhì)可及性/開(kāi)放性是指某個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域。

ATAC-seq利用DNA轉(zhuǎn)座酶技術(shù)實(shí)現(xiàn)染色質(zhì)可及性分析。DNA轉(zhuǎn)座酶可以將自身結(jié)合的一段序列隨機(jī)插入到基因組中。在ATAC-seq試驗(yàn)中，細(xì)胞或組織樣本在核質(zhì)分離后，將細(xì)胞核單獨(dú)收集在一起，并通過(guò)轉(zhuǎn)座酶對(duì)核內(nèi)的染色質(zhì)進(jìn)行打斷。緊密包裹的染色質(zhì)DNA不會(huì)受到轉(zhuǎn)座酶的打斷，而開(kāi)放區(qū)域的染色質(zhì)DNA會(huì)被轉(zhuǎn)座酶隨機(jī)插入并打斷。將這些打斷后的DNA收集在一起進(jìn)行后續(xù)的建庫(kù)、測(cè)序、分析，即可得到開(kāi)放染色質(zhì)的信息。

ATAC-Seq可以解決什么問(wèn)題？

1）轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控差異

ATAC-seq研究染色質(zhì)的可及性，即某個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域。這部分區(qū)域的染色質(zhì)DNA被打開(kāi)，因此可以被DNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子所識(shí)別、調(diào)控。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，可以比較DNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子在不同類型樣本中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控差異。這些轉(zhuǎn)錄的差異又可以為下游的蛋白調(diào)控提供信息。

例如：在某些疾病、腫瘤組織，根據(jù)RNA-seq的結(jié)果提示樣本轉(zhuǎn)錄表達(dá)的差異，在這些情況下，ATAC-seq可以從源頭，即基因轉(zhuǎn)錄的情況提供信息，從而有可能證明轉(zhuǎn)錄差異的表達(dá)是由轉(zhuǎn)錄起始的某些調(diào)控因子引起的。

（2）Motif對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的檢索

ATAC-seq不僅可以在已知轉(zhuǎn)錄因子缺陷的實(shí)驗(yàn)組中進(jìn)行染色質(zhì)調(diào)控差異的研究。它還能為雙盲實(shí)驗(yàn)提供信息。因?yàn)锳TAC-seq研究的是開(kāi)放染色質(zhì)的區(qū)域，這些區(qū)域的序列中包含大量的轉(zhuǎn)錄起始的Motif信息。這些Motif信息可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子，從而為下游實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供信息。

文章是Active Motif與合作客戶Genentech Inc分子腫瘤學(xué)部的Marie Classon發(fā)表于Cancer Cell的文章。Marie等人研究了藥物耐受的病人在臨床用藥后仍然存活的癌細(xì)胞的的染色質(zhì)狀態(tài)。通過(guò)ATAC-seq技術(shù)檢測(cè)開(kāi)放染色質(zhì)的水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在藥物治療后仍然存活的癌細(xì)胞表現(xiàn)為染色質(zhì)開(kāi)放狀態(tài)受到抑制。結(jié)合ChIP-seq的實(shí)驗(yàn)，染色質(zhì)上組蛋白H3K9和H3K27的甲基化水平增加了。進(jìn)一步研究表明H3K9的甲基化水平的增加主要集中在LINE-1元件上。

2018年英國(guó)伯明翰大學(xué)的Paloma Garcia實(shí)驗(yàn)室對(duì)體細(xì)胞重編程過(guò)程的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行了研究。眾所周知，2012年時(shí)任京都大學(xué)的山中伸彌教授因發(fā)現(xiàn)了體細(xì)胞重編程因子而獲得了諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Paloma教授的研究表明與現(xiàn)在的重編程調(diào)節(jié)因子的作用相反，轉(zhuǎn)錄因子Mybl2蛋白的過(guò)度表達(dá)會(huì)抑制體細(xì)胞重編程過(guò)程。他們通過(guò)ATAC-seq實(shí)驗(yàn)觀察了Mybl2-AmCyan實(shí)驗(yàn)組和AmCyan對(duì)照組在體細(xì)胞重編程過(guò)程中的染色質(zhì)開(kāi)放性變化。有趣的是，從總體上觀察單個(gè)測(cè)序峰中調(diào)節(jié)因子Oct4、Sox2、Oct4-Sox2和Klf4的結(jié)合Motif數(shù)量的變化時(shí)，只有Sox2的結(jié)合Motif數(shù)量在Mybl2過(guò)表達(dá)時(shí)有明顯的減少（圖C）。但在縮小觀察窗口區(qū)間后再觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)除了Klf4，其余的都發(fā)現(xiàn)在Mybl2過(guò)表達(dá)時(shí)有顯著的減少（圖D）。這表明過(guò)表達(dá)Mybl2基因可能影響Sox2和Oct4與特定染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)合。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)Mybl2過(guò)表達(dá)后的Peak數(shù)較對(duì)照組有明顯減少（圖E），表明染色質(zhì)變得更加封閉和緊湊。最后，通過(guò)對(duì)序列峰中的Motif反向檢索對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的序列峰的Top 3 Motif對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子是不同的（圖F，G），提示了Mybl2的過(guò)表達(dá)能改變體細(xì)胞重編程的過(guò)程。

怎么樣？現(xiàn)在對(duì)ATAC-Seq有了解了吧 !  

參考文獻(xiàn)

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