基因和遺傳對(duì)細(xì)胞功能、個(gè)體表型發(fā)揮重要的作用,。除此之外,，非遺傳因素也有助于許多細(xì)胞功能,、性狀及表型,?？道隆す枴の侄☆D是最早認(rèn)識(shí)到這一概念的人之一，并在1942年提出了“epigenetics”一詞,，也就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的表觀遺傳學(xué)。

時(shí)至今日,，表觀遺傳學(xué)主要是研究基因表達(dá)中可逆的、可遺傳的變化,，這種變化不涉及潛在的DNA序列的變化，即表型的變化而不改變基因型,。在哺乳動(dòng)物中,，表觀遺傳調(diào)控在許多不同的生物學(xué)過(guò)程中都是至關(guān)重要的，比如發(fā)育,、細(xì)胞分化和增殖。全面了解調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和表觀遺傳機(jī)制,，仍然是一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)目標(biāo),，對(duì)人類(lèi)健康具有廣泛的影響,。

隨著二代測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，將NGS與表觀遺傳學(xué)已建立的技術(shù)方法相結(jié)合,，使得表觀遺傳學(xué)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,，一些更成熟的DNA甲基化、染色質(zhì)分析和表達(dá)分析技術(shù)平臺(tái)已經(jīng)得到了廣泛的研究,。今天我們就來(lái)介紹眾多表觀遺傳學(xué)技術(shù)中的一種——ATAC-Seq技術(shù),。

ATAC-Seq的全稱是Assay for Transposase Accessible Chromatin using sequencing,，中文譯為染色體可及性測(cè)序,。是利用Tn5轉(zhuǎn)座酶切割染色質(zhì)的開(kāi)放區(qū)域并標(biāo)記DNA序列,，結(jié)合二代測(cè)序來(lái)獲得相應(yīng)基因的信息。

最早是由斯坦福大學(xué)的William J. Greenleaf和Howard Y. Chang在2013年發(fā)表在Nat Methods雜志上（Transposition of native chromatin for multimodal regulatory analysis and personal epigenomics）,，研究者當(dāng)時(shí)使用ATAC-seq來(lái)識(shí)別開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域,，識(shí)別調(diào)控區(qū)域中的核小體結(jié)合和核小體不結(jié)合的位置。

看到上面的信息，我們不禁產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn),，就是為什么要研究染色質(zhì)的開(kāi)放區(qū)域,？我們知道真核生物的遺傳物質(zhì)是染色體，染色體的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體,，正常情況下染色體是螺旋纏繞在一起的,，DNA的活動(dòng)就會(huì)受到限制。

如果DNA想復(fù)制或者轉(zhuǎn)錄就需要先把螺旋打開(kāi),，這樣相關(guān)的酶才能結(jié)合到DNA上面發(fā)揮各自的功能,。而螺旋打開(kāi)的這一部分就被稱為開(kāi)放的染色質(zhì)，這一部分可以讓各種調(diào)控因子等結(jié)合上去,，所以稱為染色質(zhì)的可及性,。研究這一部分我們就可以知道發(fā)生轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域，所以具有重要的意義,。

細(xì)菌轉(zhuǎn)座酶Tn5在二代測(cè)序的建庫(kù)中已有廣泛應(yīng)用,，借助二聚體Tn5獨(dú)特的“標(biāo)記”功能，可以切割雙鏈DNA并將得到的DNA末端連接到特定的接頭上,。ATAC-Seq也是利用Tn5轉(zhuǎn)座酶技術(shù)，轉(zhuǎn)座酶可以結(jié)合到染色質(zhì)的開(kāi)放區(qū)域并進(jìn)行切割打斷,，而螺旋纏繞的部分不會(huì)受到轉(zhuǎn)座酶的影響,。把這些被切割打斷后的DNA收集在一起進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建,、測(cè)序就可以得到開(kāi)放染色質(zhì)的信息,。

在ATAC-Seq技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)以前，有幾種常用的研究開(kāi)放染色質(zhì)的方法,，比如MNase-seq,、DNase-seq、FAIRE-seq等,。但這些技術(shù)有明顯的不足之處,，比如需要的細(xì)胞數(shù)量非常大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣,，且測(cè)序得到的數(shù)據(jù)覆蓋范圍相對(duì)ATAC-Seq要少等,。所以后來(lái)才研發(fā)了新技術(shù)-ATAC-Seq。相比來(lái)講,，ATAC-Seq起始的細(xì)胞量低,，耗時(shí)短，而且獲得的開(kāi)放區(qū)范圍比較大,。

從被研發(fā)出來(lái),，該技術(shù)就迅速得到了廣泛的應(yīng)用。在Pumed上使用ATAC-Seq作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索,，得到的結(jié)果超過(guò)5600篇,。ATAC-Seq技術(shù)本身也會(huì)隨著其它技術(shù)的不斷發(fā)展而得到新的應(yīng)用,，比如將單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)與其相結(jié)合的scATAC-Seq，是ATAC-Seq現(xiàn)階段一個(gè)新的進(jìn)展,。

使用ATAC-Seq技術(shù)我們可以解決多種問(wèn)題,，如重大疾病發(fā)病機(jī)制研究；尋找疾病的染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域差異,；研究轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合調(diào)控的差異,；識(shí)別發(fā)育過(guò)程中的新型增強(qiáng)子；進(jìn)行核小體定位等,。

另外,，該技術(shù)還可以與其它技術(shù)聯(lián)合使用，比如與ChIP-seq相結(jié)合,，使用后者來(lái)驗(yàn)證通過(guò)ATAC-Seq預(yù)測(cè)得到的轉(zhuǎn)錄因子潛在結(jié)合區(qū)域,。又或者可以與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序相結(jié)合，將差異表達(dá)基因與Peak結(jié)果相結(jié)合,，查看轉(zhuǎn)錄本的對(duì)應(yīng)表達(dá)情況,、研究上游調(diào)控序列情況，這些都是目前研究的一些熱門(mén)課題,。

研究題目：Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis（人類(lèi)發(fā)育過(guò)程中造血功能的scRNA-seq和ATAC-seq數(shù)據(jù)整合分析）

發(fā)表雜志及時(shí)間：Cell Stem Cell. 2021 Mar 4; 28(3): 472-487.e7.

研究背景：在人類(lèi)發(fā)展過(guò)程中,，造血功能的調(diào)節(jié)仍不明確。而且有研究發(fā)現(xiàn)造血祖細(xì)胞群在轉(zhuǎn)錄水平上是異質(zhì)的,。造血干細(xì)胞的啟動(dòng)不僅發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上,，而且也發(fā)生在表觀遺傳水平上。

研究?jī)?nèi)容：通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及單細(xì)胞ATAC-Seq測(cè)序?qū)?lái)自胎兒（17-22 pcw）肝臟和骨髓的8000多個(gè)人類(lèi)免疫表型血細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序,，以確定血液分化過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳變化,。

研究方案：

研究結(jié)果：

該研究提供了來(lái)自肝臟和骨髓的胚胎HSPCs的高分辨率轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)可及性圖譜，具體結(jié)果如下,。

1,、單細(xì)胞分析顯示，在所有免疫表型確定的干細(xì)胞和祖細(xì)胞群體中存在顯著的轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性,，一些表型祖細(xì)胞群體（如造血干細(xì)胞）由超過(guò)10個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄定義群體組成,。 

2、人類(lèi)胚胎Lin- CD34 CD38-細(xì)胞的sc ATAC-Seq測(cè)序,，共得到7個(gè)不同的可明顯分離的集群,。與干細(xì)胞相關(guān)的標(biāo)記基因（如MLLT3、PROM1,、FLI1和GATA2）的可及性較高,，而與不同譜系相關(guān)的基因的可及性較低。在標(biāo)記基因的整體可達(dá)性方面，簇明顯分離,。譜系特異性造血TF基序的可及性的動(dòng)態(tài)變化與sc RNA-Seq結(jié)果一致,。

3、基于基因體可及性繪制細(xì)胞圖譜來(lái)整合scRNA-Seq和scATAC- seq數(shù)據(jù),，結(jié)果發(fā)現(xiàn)scATAC-seq數(shù)據(jù)集的細(xì)胞類(lèi)型頻率與scRNA -seq數(shù)據(jù)集的細(xì)胞類(lèi)型頻率高度一致,，這表明染色質(zhì)可及性和轉(zhuǎn)錄組具有相關(guān)性。進(jìn)一步探索分化過(guò)程中染色質(zhì)可及性和基因表達(dá)之間的“時(shí)滯”,，結(jié)果顯示HSCs/MPP中染色質(zhì)的可及性早于轉(zhuǎn)錄變化。

APExBIO Technology（上海偉寰生物）可以提供ATAC-Seq測(cè)序等在內(nèi)的多種表觀遺傳學(xué)項(xiàng)目的科研服務(wù),，我們期待您的垂詢,。

Transposition of native chromatin for multimodal regulatory analysis and personal epigenomics.

Chromatin accessibility: a window into the genome.

Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis.

Transposition of native chromatin for multimodal regulatory analysis and personal epigenomics.

Chromatin accessibility: a window into the genome.

Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis.