基于轉(zhuǎn)座酶和高通量測序的染色質(zhì)分析技術(shù)(ATAC-seq)是一種新的表觀遺傳學(xué)技術(shù),，是一種利用轉(zhuǎn)座酶(改造后Tn5轉(zhuǎn)座酶)來研究全基因組范圍內(nèi)染色質(zhì)開放性的方法,。ATAC-seq是“Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput Sequencing”的縮寫，最早是由斯坦福大學(xué)的Howard Chang和William Greenleaf實驗室的首席研究員Jason Buenrostro于2013年在Nature Methods首次發(fā)表,。

ATAC-seq是一種研究表觀遺傳的創(chuàng)新技術(shù),，它是一種在全基因組水平上通過高度活躍的Tn5轉(zhuǎn)座酶作為探針，切割DNA序列來定位染色質(zhì)可及性的方法,。

DNA轉(zhuǎn)座是DNA轉(zhuǎn)座子在DNA轉(zhuǎn)座酶的輔助下,，從染色體的一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)域的現(xiàn)象,。DNA轉(zhuǎn)座子要求插入位點的染色質(zhì)是開放的，對于ATAC-seq而言,，同時需要將攜帶已知DNA序列標簽的轉(zhuǎn)座酶人工添加到細胞核中，對開放染色質(zhì)進行切割，得到帶有標簽引物的DNA片段,，然后再利用已知序列的標簽引物對得到的DNA片段進行擴增,，構(gòu)建測序文庫。目前,，最常用的轉(zhuǎn)座酶是Tn5轉(zhuǎn)座酶，它在可及性染色質(zhì)上的轉(zhuǎn)座比在不可及染色質(zhì)上的轉(zhuǎn)座更頻繁,。Tn5轉(zhuǎn)座酶作為一個探針,，通過“剪切和粘貼”機制在全基因組水平上檢測染色質(zhì)的可及性，對于得到的DNA片段可以用測序標簽對DNA的未受保護區(qū)域進行標記。

在ATAC-seq方案中,，包括細胞核制備,、轉(zhuǎn)座和擴增3個步驟,。首先,，將待檢查的組織或細胞制備成均一的單細胞懸液,，在裂解緩沖液中進行孵育，分離細胞核,。其次，將攜帶已知 DNA序列標簽的Tn5轉(zhuǎn)座酶人工添加到500~50 000個分離的細胞核中，Tn5轉(zhuǎn)座酶同時切割DNA并插入DNA序列標簽。由于空間位阻,，大多數(shù)的DNA標簽序列被整合到染色質(zhì)開放區(qū)域,。將帶有轉(zhuǎn)座酶標記的DNA序列進行擴增，以產(chǎn)生用于測序的DNA文庫,，進行高通量測序,。

ATAC-seq基本上依賴于酶反應(yīng)構(gòu)建的文庫,，即轉(zhuǎn)座酶與樣品染色質(zhì)的反應(yīng)程度,，這可能會受到酶的用量、細胞核的數(shù)量以及染色質(zhì)折疊程度和結(jié)構(gòu)的影響,。因此,，在測序前需要對ATAC-seq文庫的質(zhì)量進行控制，以確保文庫濃度達到測序標準,。

由于其簡單,、快速和可重復(fù)性，ATAC-seq已迅速成為全基因組范圍內(nèi)染色質(zhì)可及性分析的重要方法,。與其他檢測技術(shù)相比,，ATAC-seq具有許多優(yōu)點。

第一,，  轉(zhuǎn)座酶效率高,。通過簡單的酶反應(yīng)就可以實現(xiàn)DNA的斷裂,、末端修復(fù)和接頭連接反應(yīng),，通常在不到2 h內(nèi)就能夠完成對10 000~20 000個細胞的處理,。

第二,，  第二,，靈敏度高。ATAC-seq適合細胞數(shù)量有限的研究樣本,，約500個細胞就能夠進行實驗,。

但是，ATAC-seq技術(shù)也存在一些局限,。Tn5轉(zhuǎn)座酶進行剪切時,，由于每個DNA片段兩端的接頭是隨機的，這導(dǎo)致一段序列兩端接頭相同的可能性為50%,，而只有連接不同的接頭序列才能夠進行富集擴增和測序,，從而會產(chǎn)生一半不能用于富集、擴增和測序的序列,。其次,，Tn5轉(zhuǎn)座酶傾向于結(jié)合和切割轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū),，這導(dǎo)致部分轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點信息丟失,。此外，由于線粒體DNA的存在,，ATAC-seq獲得的數(shù)據(jù)不可避免地包含一些線粒體數(shù)據(jù),。通過改善裂解條件(Omni-ATAC)、流式細胞術(shù)純化細胞核,、或在實驗之前應(yīng)用CRISPR技術(shù)切割線粒體核糖體DNA,，這一限制因素得到顯著解決。

總體而言,，ATAC-Seq技術(shù)簡單快捷,，只需要更短的樣品準備時間和更少的細胞數(shù)量就可以高質(zhì)量地分析染色質(zhì)的可及性，識別基因組中活躍的調(diào)控序列,。ATAC-Seq已用于確定給定細胞環(huán)境中的基本可及染色質(zhì)區(qū)域,，以及確定兩個細胞狀態(tài)之間的差異可及區(qū)域。它迅速應(yīng)用于干細胞,、早期胚胎和各種腫瘤細胞基因表達的動態(tài)研究,，為揭示染色體可及性、胚胎發(fā)育和腫瘤發(fā)生的表觀遺傳機制和潛在的疾病生物標志提供了有意義的見解,。