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什么是ATAC-seq?有什么样作用?

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什么是ATAC-seq?有什么样作用?

发布日期:2019-01-21 作者: 点击:

ATAC-seq全称Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing,即利用转座酶研究染色质可进入性的高通量测序技术。

要理解这个东西有什么用,首先得认识一下染色体/质的结构。

真核生物的核DNA并不是裸露的,而是有蛋白质即组蛋白与之相结合的。DNA一圈一圈得缠绕在组蛋白上,形成串珠式的结构。而这样的结构还能够进一步折叠、浓聚,并在其他架构蛋白的辅助下,形成染色体。

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这样做的意义在于,将超长的DNA链,折叠成很小很小的结构,从而能够塞进小小的细胞核里。比如说,人类的DNA链如果完整展开,那么大概会有2米那么长。而经过这样的折叠,就变成了纳米至微米级染色体/质的结构了。

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但是我们又知道,DNA的复制,基因的转录,是需要将DNA的高级结构解开的。这就类似于我们要从zip文件中获得信息的话,首先需要解压缩。但是,这里的解压缩并不需要将整个zip全部打开,而只需要打开一部分,即需要表达基因的区域即可。

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这部分打开的染色质,就叫开放染色质(open chromatin)。而打开的染色质,就允许一些调控蛋白(比如转录因子和辅因子)跑过来与之相结合。而染色质的这种特性,就叫做染色质的可进入性(chromatin accessibility)。

我们如何去寻找开放的染色质区域呢?

传统的实验方法主要是借助MNase-seq和DNase I hypersensitivity assay。

这两个实验的主要思路是一致的:染色质变得开放,就意味着DNA和组蛋白的浓聚程度降低,就会有一部分DNA暴露出来。而一旦失去了蛋白质的保护,这部分DNA就可以被DNA酶(MNase或DNase I)所切割。然后,我们再把切割完的DNA拿来测序,和已知的全基因组序列相比较,就能发现被切掉的是哪些东西,没有被切掉的地方又在哪里,就知道开放的染色质区域在哪里了。

不过,这两个方法有明显的缺陷。即耗时费力与重复性差。具体就不展开讲,亲手做过的就知道这两个方法有多么讨厌。

2013年,美国Stanford大学的William Greenleaf教授研发了一种全新的方法,利用DNA转座酶结合高通量测序技术,来研究染色体的可进入性,即ATAC-seq

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DNA转座,是一种把DNA序列从染色体的一个区域搬运到另外一个区域的现象,由DNA转座酶来实现。这种转座插入DNA,也是需要插入位点的染色质是开放的,否则就会被一大坨高级结构给卡住。那么,我们只要人为地,将携带已知DNA序列标签的转座复合物(即带着测序标签的转座酶),加入到细胞核中,再利用已知序列的标签进行PCR后测序,就知道哪些区域是开放染色质了。而这也就是ATAC-seq的原理。

ATAC-seq出来的结果,和传统方法出来的结果具有很强的一致性,同时也和基于组蛋白修饰marker的ChIP-seq有较高的吻合程度。而相比起来,ATAC-seq的重复性,比MNase-seq和DNase-seq的更强,操作起来也更加简单,而且只需要很少的细胞/组织量,同时出来的信号更加漂亮。目前已经是研究染色质开放性首选的技术方法。

 

基因表达定量



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关键词:ATAC-seq,基因表达定量,基因表达调控

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