ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing）是美國(guó)Stanford大學(xué)的William Greenleaf教授在2013年所研發(fā)的一種全新方法，利用DNA轉(zhuǎn)座酶結(jié)合高通量測(cè)序技術(shù)，來(lái)研究染色體的可進(jìn)入性。
ATAC-seq是一種創(chuàng)新的表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)座酶對(duì)某種特定時(shí)空下開放的核染色質(zhì)區(qū)域進(jìn)行切割，進(jìn)而獲得在該特定時(shí)空下基因組中所有活躍轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列。
在理解這個(gè)技術(shù)之前，需要先認(rèn)識(shí)一下染色體的結(jié)構(gòu)。
染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，每一條染色單體由單個(gè)線性DNA分子組成，細(xì)胞核中的DNA是經(jīng)過(guò)高度有序的包裝，包裝分為多個(gè)水平，核小體核心顆粒(nucleosome core particle)、染色小體(chromatosome)、 30 nm水平染色質(zhì)纖絲(30 nm fibre)和高于30 nm水平的染色體包裝。
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染色體的組成
（引自Annunziato, A.DNA Packaging: Nucleosomes and Chromatin. Nature Education, 2008,1(1):26）
DNA的復(fù)制，基因的轉(zhuǎn)錄，需要將DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)解開，這部分打開的染色質(zhì)，稱為開放染色質(zhì)（open chromatin），而打開的染色質(zhì)，就允許一些調(diào)控蛋白（比如轉(zhuǎn)錄因子和輔因子）與之結(jié)合。染色質(zhì)的這種特性，叫做染色質(zhì)的可及性（chromatin accessibility）。
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ATAC-seq示意圖
（引自William J.Greenleaf, Jason D. Buenrostro, et al. Transposition of native chromatin for multimodal regulatory analysis and personal epigenomics. Nat Methods. 2013, 10(12): 1213–1218.）
DNA轉(zhuǎn)座，是一種把DNA序列從染色體的一個(gè)區(qū)域搬運(yùn)到另外一個(gè)區(qū)域的現(xiàn)象，由DNA轉(zhuǎn)座酶來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種轉(zhuǎn)座插入DNA，需要插入位點(diǎn)的染色質(zhì)是開放的，否則就會(huì)被高級(jí)結(jié)構(gòu)卡住。需要人為地將攜帶已知DNA序列標(biāo)簽的轉(zhuǎn)座復(fù)合物（即帶著測(cè)序標(biāo)簽的轉(zhuǎn)座酶），加入到細(xì)胞核中，再利用已知序列的標(biāo)簽進(jìn)行建庫(kù)后測(cè)序，就知道哪些區(qū)域是開放染色質(zhì)了，這也就是ATAC-seq的原理。
技術(shù)流程
制備細(xì)胞懸液——裂解細(xì)胞膜，獲取細(xì)胞核——采用Tn5進(jìn)行酶切——回收DNA片段，PCR擴(kuò)增建庫(kù)——高通量測(cè)序——大量的生信分析
技術(shù)應(yīng)用
重大疾病發(fā)病機(jī)制：癌癥、生殖系統(tǒng)、糖尿病等疾病發(fā)病機(jī)制
藥物相關(guān)研究：藥物作用機(jī)制、新藥研發(fā)、耐藥性及敏感性研究
潛在標(biāo)志物預(yù)測(cè)：臨床生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、生物標(biāo)志物功能研究
染色體結(jié)構(gòu)研究：染色體開發(fā)性圖譜繪制、核小體定位預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分析
案例分析
1. 重大疾病發(fā)病機(jī)制
該項(xiàng)目的研究課題為討論人小細(xì)胞肺癌促進(jìn)癌癥擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的背景機(jī)制。主要為比較原發(fā)性和肝轉(zhuǎn)移性的小細(xì)胞肺癌細(xì)胞之間的差異。利用ATAC-seq，發(fā)現(xiàn)NFI家族轉(zhuǎn)錄因子富集在具有差異的染色質(zhì)開放位點(diǎn)中，預(yù)示著NFI家族轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中扮演著重要角色。在染色質(zhì)高開放性位點(diǎn)區(qū)域伴隨著Nfib拷貝數(shù)量增多，且Nfib在侵襲性原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤內(nèi)高表達(dá)，Nfib表現(xiàn)出維持染色質(zhì)及遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)域開放和促進(jìn)神經(jīng)基因表達(dá)的功能，說(shuō)明了Nfib對(duì)促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和遷移具有重要的作用。
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ATAC-seq與ChIP聯(lián)合分析
（引自Sarah K. Denny,1,Dian Yang, et al.Nfib Promotes Metastasis through a Widespread Increase in Chromatin Accessibility. Cell ,2016, 166(2): 328–342. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.052）
2. motif分析轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合蛋白
對(duì)處于發(fā)育過(guò)程中的黑腹果蠅眼睛及其通過(guò)遺傳誘導(dǎo)的腫瘤模型，利用ATAC-seq技術(shù)分析染色質(zhì)開放區(qū)域已在活體中發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子及調(diào)控區(qū)域。然后對(duì)找到的染色質(zhì)活性開放區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，猜測(cè)它們可能與染色質(zhì)圖譜的變化有關(guān)。通過(guò)對(duì)候選的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行功能驗(yàn)證和靶標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)其為腫瘤轉(zhuǎn)錄組中的一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。
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Motif分析
（引自Davie K, Jacobs J, et al. Discovery of Transcription Factors and Regulatory Regions Driving In Vivo Tumor Development by ATAC-seq and FAIRE-seq Open Chromatin Profiling. Plos Genetics, 2015, 11(2):e1004994.）
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蛋白質(zhì)組分析平臺(tái)
——iTRAQ、SWATH、SILAC、Label-free、修飾蛋白質(zhì)組，涵蓋各種特殊樣本（線粒體、膜蛋白、石蠟包埋等）；
檢測(cè)分析平臺(tái)
——免疫學(xué)、細(xì)胞系、分子生物學(xué)檢測(cè)、雙熒光素酶報(bào)告基因；
基因服務(wù)平臺(tái)
——引物合成、基因合成、DNA提取、載體構(gòu)建、定點(diǎn)突變；
病毒包裝平臺(tái)
——慢病毒、腺病毒、腺相關(guān)病毒包裝、穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株構(gòu)建；
蛋白表達(dá)平臺(tái)
——提供從基因合成到蛋白表達(dá)的一站式服務(wù)；
抗體定制平臺(tái)
——單/多克隆抗體、人源化抗體、基因工程抗體、雙特異性抗體、修飾抗體、診斷抗體、小分子抗體、抗體對(duì)、噬菌體服務(wù)。
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