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玩转表观，ATAC-seq+RNA-seq共探染色质重塑机制研究染色质重塑（Chromatin Remodeling）是指通过改变染色质结构来调节基因表达的过程。染色质是由DNA和组蛋白组成的复合体，染色质重塑通过调节组蛋白修饰、核小体位置和结构等方式，改变染色质对核酶的敏感性，从而影响基因的可及性和表达。染色质重塑作为细胞内的一个核心过程，在细胞分化、发育以及基因表达调控中扮演着举足轻重的角色。 染色质重塑的机制[1] 染色质重塑主要通过以下两种方式进行： 组蛋白共价修饰：包括组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等修饰，这些修饰可以改变组蛋白与DNA之间的相互作用，使染色质结构变得松散或紧密。 ATP依赖的染色质重塑：染色质重塑复合物利用ATP水解产生的能量，移动、排出或重组核小体，从而改变染色质的结构。这些复合物通常由多个亚基组成，核心亚基是一个ATP酶，负责提供能量。
图1.染色质重塑调控机制[1] 染色质重塑的功能[1] 染色质重塑在多种生物学过程中发挥重要作用，包括： 通过改变染色质的开放程度，使转录因子能够更容易地结合到基因启动子区域，从而调控基因的转录。 在DNA复制过程中，染色质重塑有助于解开紧密的染色质结构，使复制machinery能够顺利进行。 染色质重塑可以改变受损DNA区域的染色质结构，促进修复蛋白的结合和修复过程。 在细胞分化过程中，染色质重塑引导干细胞沿着不同的方向发展为各种特定的成熟细胞。 染色质重塑异常与多种疾病的发生发展密切相关，例如： 癌症：超过20%的癌症患者携带有编码染色质重塑蛋白的基因变异，某些类型的癌症甚至完全由这些基因的突变引起。染色质重塑蛋白是多种肿瘤的生长和存活的必须条件。 染色质重塑与植物[2，3] 染色质重塑在植物中也起着多方面的重要作用，包括调控基因表达、促进植物发育、增强环境适应性、维持遗传稳定性，以及在农业应用中提高作物产量和抗逆性，通过改变染色质结构，植物能够更有效地响应环境变化，确保生存和繁殖。
近年来，随着高通量测序技术的飞速发展，ATAC-seq和RNA-seq等技术为深入揭示染色质重塑机制提供了强大的工具。RNA-seq可以全面分析基因表达的变化，揭示染色质重塑对基因表达的调控作用；ATAC-seq可以检测染色质的开放性，确定染色质重塑的区域。将这两种技术结合使用，可以更全面地理解染色质重塑在细胞命运转化和疾病中的作用机制，为开发新的治疗策略提供理论基础。 下面让小编带您来看一下具体应用案例吧。 IGENEBOOK 案例一 Genetic variation is a key determinant of chromatin accessibility and drives differences in the regulatory landscape of C57BL/6J and 129S1/SvImJ mice[4]
本文通过整合RNA-seq、ATAC-seq和H3K27ac ChIP-seq等多组学数据，研究了C57BL/6J和129S1/SvImJ两种小鼠肝脏在正常饮食和高脂饮食条件下的基因表达和染色质可及性差异。研究发现，遗传变异对染色质可及性和基因表达的影响远大于饮食因素，且差异可及性区域（DARs）几乎总是品系特异性的，并富含遗传变异。此外，研究还揭示了转录因子结合如何受到遗传变异的影响，并通过实验验证了TCF7L2和CTCF的结合差异。这些发现为理解非编码遗传变异如何改变基因调控景观提供了详细见解，并展示了如何利用这些信息研究影响转录因子结合的调控变异。
图.不同品系之间增强子活性和可及性的差异相较于饮食诱导效应更为显著 IGENEBOOK 案例二 The activity of early-life gene regulatory elements is hijacked in aging through pervasive AP-1-linked chromatin opening[5]
本文通过对22种小鼠细胞类型的染色质重塑和转录变化进行了全面分析，揭示了早期染色质可及性与衰老过程之间的关键联系。通过多组学分析揭示了衰老过程中染色质重塑的分子机制，发现早期生命基因调控元件的活性在衰老中被AP-1相关的染色质开放所劫持，导致细胞身份转录因子富集的调控区域的可及性降低，而AP-1水平升高的调控区域可及性增加，这一过程与多种生物学过程相关，包括发育、代谢、应激反应和免疫系统功能。
图.对22种小鼠细胞类型的年龄相关染色质可及性和基因表达变化的深度分析 IGENEBOOK 案例三 The chromatin remodeller MdRAD5B enhances drought tolerance by coupling MdLHP1-mediated H3K27me3 in apple[6]
本文研究了苹果染色质重塑因子MdRAD5B在干旱胁迫下的功能，发现MdRAD5B通过调节染色质重塑和H3K27me3修饰来增强苹果的抗旱性。研究通过ATAC-seq分析发现MdRAD5B影响466个干旱响应基因的表达，并与MdLHP1互作，通过泛素非依赖的20S蛋白酶体途径降解MdLHP1，进而调控615个基因的H3K27me3沉积，揭示了MdRAD5B在苹果抗旱中的双重功能，为培育抗旱苹果品种提供了候选基因。
图.MdRAD5B在干旱时调节染色质的可及性 爱基百客拥有10年表观遗传学研究服务的经验，我们的表观组学和单细胞测序平台技术已十分完善。我们的服务范围涵盖实验设计、样本处理、数据分析到验证的全流程，旨在为客户提供全面、专业的技术支持。如果您在表观遗传学研究领域有任何技术需求，欢迎随时联系我们，我们期待为您的科研工作助力！
项目咨询 ATAC-seq广泛用于染色质开放性研究，该技术利用Tn5转座酶可以接近核小体疏松区域切割暴露的DNA，获得开放染色质区段（open chromatin），然后结合高通量测序和生物信息学分析来挖掘潜在的活跃转录因子及其靶基因，以此探究生物学相关问题。 ◆ 技术优势： 1. 新鲜组织/细胞文库极速交付，最快可当天交付待测序文库； 2. 针对于新鲜样本，提供针对性运输方案，以满足细胞活性； 3. 项目经验丰富，除了常规模式动植物，拥有丰富的疑难样本实验经验，满足客户的不同需求。 4. 拥有完善的ATAC-seq配套分析流程（标准分析+关联分析），丰富的个性化分析。 5. 已协助客户在Nature Commun、Plant Commun和Physiol Plant等国际知名刊物发表多篇高水平文章。 6. 提供从方案设计，建库测序，到数据分析和验证（酵母单杂、EMSA、ChIP等）一站式服务。  ◆ 实测数据： 疫霉菌样本  水稻样本
【1】Jiang D, Li T, Guo C, Tang TS, Liu H. Small molecule modulators of chromatin remodeling: from neurodevelopment to neurodegeneration. Cell Biosci. 2023 Jan 16;13(1):10. doi: 10.1186/s13578-023-00953-4. PMID: 36647159; PMCID: PMC9841685. 【2】Chen W, Zhu Q, Liu Y, Zhang Q. Chromatin Remodeling and Plant Immunity. Adv Protein Chem Struct Biol. 2017;106:243-260. doi: 10.1016/bs.apcsb.2016.08.006. Epub 2016 Sep 28. PMID: 28057214. 【3】Song ZT, Liu JX, Han JJ. Chromatin remodeling factors regulate environmental stress responses in plants. J Integr Plant Biol. 2021 Mar;63(3):438-450. doi: 10.1111/jipb.13064. PMID: 33421288. 【4】Mononen J, Taipale M, Malinen M, Velidendla B, Niskanen E, Levonen AL, Ruotsalainen AK, Heikkinen S. Genetic variation is a key determinant of chromatin accessibility and drives differences in the regulatory landscape of C57BL/6J and 129S1/SvImJ mice. Nucleic Acids Res. 2024 Apr 12;52(6):2904-2923. doi: 10.1093/nar/gkad1225. PMID: 38153160; PMCID: PMC11014276. 【5】Patrick R, Naval-Sanchez M, Deshpande N, Huang Y, Zhang J, Chen X, Yang Y, Tiwari K, Esmaeili M, Tran M, Mohamed AR, Wang B, Xia D, Ma J, Bayliss J, Wong K, Hun ML, Sun X, Cao B, Cottle DL, Catterall T, Barzilai-Tutsch H, Troskie RL, Chen Z, Wise AF, Saini S, Soe YM, Kumari S, Sweet MJ, Thomas HE, Smyth IM, Fletcher AL, Knoblich K, Watt MJ, Alhomrani M, Alsanie W, Quinn KM, Merson TD, Chidgey AP, Ricardo SD, Yu D, Jardé T, Cheetham SW, Marcelle C, Nilsson SK, Nguyen Q, White MD, Nefzger CM. The activity of early-life gene regulatory elements is hijacked in aging through pervasive AP-1-linked chromatin opening. Cell Metab. 2024 Aug 6;36(8):1858-1881.e23. doi: 10.1016/j.cmet.2024.06.006. Epub 2024 Jul 2. PMID: 38959897. 【6】Song Y, He J, Guo J, Xie Y, Ma Z, Liu Z, Niu C, Li X, Chu B, Tahir MM, Xu J, Ma F, Guan Q. The chromatin remodeller MdRAD5B enhances drought tolerance by coupling MdLHP1-mediated H3K27me3 in apple. Plant Biotechnol J. 2024 Mar;22(3):617-634. doi: 10.1111/pbi.14210. Epub 2023 Oct 24. PMID: 37874929; PMCID: PMC10893944. 了 解 更 多 { 往 期 精 彩 回 顾 } 精选合集，欢迎收藏哟！
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