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ATAC-seq技术

ATAC-seq技术

产品介绍

1、ATAC-seq技术简介:

ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing)是使用高通量测序对Tn5转座酶可接近性核染色质区域进行测序分析的一种表观遗传学研究技术,该技术由美国斯坦福大学的研究人员开发,2013年首次发表在Nature Methods(Buenrostro et al., 2013)。通过转座酶对特定时空下开放的核染色质区域进行切割,获得在该时空下基因组中所有活跃转录的调控序列。再对这些序列进行聚类,通过motif分析,挖掘这些开放位点的潜在结合转录因子,结合基因表达水平数据,发现关键的调控转录因子。

2、ATAC-seq技术的主要实验流程

(1)收集细胞或组织,制备细胞悬液;

(2)裂解细胞后,加入Tn5转座酶,对处于开放状态的DNA进行酶切;

(3)回收酶切下来的DNA片段,进行二代建库测序。

核小体连接致密的地方,Tn5转座酶不能进入,而松散的开放区域,转座酶能够进入切割下裸露的DNA,并同时连接上特异的adapters。分离纯化出连接上adapters的DNA片段,用于二代测序。因此,通过ATAC-seq得到的是全基因组上处于开放状态的染色质区域。

3、ATAC-seq技术的主要应用

(1)获得在特定时空下基因组中所有处于开放状态的序列,分析调控元件

(2)分析染色质开放区域的motif,获得潜在的与其结合的转录因子等调控蛋白

二、结果展示

 

(1)基因活性调控序列图谱分析

染色质结构的开放状态影响蛋白的结合,开放程度也能反映出染色质转录活性,因此,获得特定时空下全基因组活性调控区域,对基因表达调控研究具有重要意义。通过 ATAC-Seq实验,分析reads的分布和Peak检测结果,绘制出每个样品在整个基因组水平上的活性调控图谱。

 

不同样本间基因活性调控序列图谱

 

2motif分析转录因子结合蛋白

分析ATAC-seq获得的染色质开放区域的motif,推测其结合的转录因子等调控蛋白。

 motif分析转录因子结合蛋白

3ATAC-seq与RNA-seq联合分析,分析基因结构开放状态与基因表达水平的关系,发现潜在的调控元件

基因结构开放状态与基因表达水平关联分析

 

三、经典案例

 

案例:哺乳动物着床前胚胎的染色质易接近性动态图谱

Wu JY. et al. (2016) The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos. Nature. 534(7609): 652-657.

该研究使用ATAC-seq结合CRISPR/Cas9辅助线粒体去除技术,绘制了早期胚胎发育过程中染色质开放区域的动态变化,发现尽管存在广泛的DNA甲基化组的亲代不对称性,但是在主要的合子基因组激活后,亲代基因组之间的染色质易接近性在大体上是类似的。转座元件塑造了早期胚胎中的染色质易接近性,且与一些预测的顺式调控元件表现出广泛重叠。

此外,该研究还发现一些活性基因的转录终止位点也存在易接近性,将ATAC-seq鉴定出的顺式调控元件和单细胞RNA-seq数据相整合,构建出小鼠早期发育的基因组调控网络,能够帮助鉴定一些重要的系谱特异性的调控因子。在主要合子基因组激活之前,一些顺式调控元件及相关开放染色质的活性下降,这些数据揭示了哺乳动物早期发育过程中独特的时空染色质结构。

 

 

ATAC-seq分析motif结合表达谱数据鉴定转录调控因子

 

不同时期细胞的开放染色质富集在不同的生物学功能之中,结合motif分析及基因表达水平数据,发现了在胚胎特定的发育时期处于关键调控地位的转录因子。

总而言之,ATAC-seq可以检测在特定时空下细胞内的活性调控元件,其在表观遗传学研究领域具有广阔的应用前景。

 

四、常见问题

 

Q1:ATAC-seq技术通常与哪些技术结合起来研究?

ATAC-seq获得的是全基因组处于开放状态的序列,这些序列包含了潜在的调控元件,属于表观遗传学的范畴,它通常与RNA-seq、ChIP-seq、Hi-C等技术相结合,可以深入研究基因表达的调控机制。

 

Q2:ATAC-seq实验样本要求?

ATAC-seq实验的起始细胞量与转座酶的用量需匹配(5万个细胞对应50ul酶切体系),样本量要求:

细胞系:每管5万个细胞,平行准备3管以上;   

动物组织:每管0.1g,平行准备3管以上;

样本寄送,加入冻存液后干冰冷冻运输。

 

Q3:ATAC-seq需要生物学重复吗?测多少数据量?周期如何?

至少需要做2个生物学重复,推荐3个重复。我们采用PE150测序策略,每个样本的测序量10G。周期为40个工作日(2个月)。