先吐槽 ~
小伙伴儿要求讲：ATAC-seq能用来解决什么样的问题？
好吧！小丫整理了研究策略干货贴：《老板让找DNA转录调控分子，这个技术十拿九稳》。
小伙伴儿又嫌干货太干，要有文章有例子。
好吧！结合文献：《表观基因组更稳定更长寿 | 这个问题是否跟表观遗传有关？先做个ATAC-seq再说》
小伙伴儿又嫌ATAC-seq出场时间太晚。
于是，找小丸子推荐paper。
小丸子你是跟我有仇吗？老板说不用解读全文，只要解读带ATAC-seq的Figure就好。这篇每张Figure都带ATAC-seq（帮我找个怒吼带回音的表情）！！！
仔细一看才发现，这篇简直发挥了ATAC-seq的所有特长！
分享上个月发表在eLife上的一篇文章
Chromatin accessibility underlies syntheticlethality of SWI/SNF subunits in ARID1A-mutant cancers. （Elife, 2017Oct 2, IF=8.6）
陈述现象：
ARID1A是SWI/SNF染色质重塑复合物中的最大亚基，经常在各种癌症中发现它的突变。ARID1A有2个同源基因ARID1B和ARID2，也出现在SWI/SNF复合物里，但在癌症中很少见到它俩突变。
ARID1A和ARID1B经常共表达，互斥出现在SWI/SNF复合物里。
在癌细胞系和fibroblasts里，ARID1B和ARID1A突变导致合成致死。
提出问题：
为什么只有ARID1A突变在癌症中经常出现？
ARID1B和ARID1A的合成致死机制是怎样的？
解决方案
思路大白话
Q：从何处入手？用啥材料？
A：有对比才有发现。两个基因分别KD或KO，再一起KD或KO，加上对照组。
Q：做啥实验？这俩基因KD/KO一定会引起表观调控的变化吗？那么多组蛋白修饰，做哪个的ChIP-seq？
A：先做个ATAC-seq，就当预实验了，check一下基因KO/KD是否引起了表观基因组水平上的变化。
Q：发现开放染色质发生了剧烈变化（Fig.1），这“预实验”发现的特征有点多。继续问：什么地方变了？
A：做几个经典的组蛋白修饰的ChIP-seq，结合已发表的GRO-seq数据，发现这俩基因跟enhancer活性及其相关的histone mark有关（Fig.2和3）。
Q：既然能跟enhancer扯上关系，那么具体是哪个TF结合了这些区域，从而行使了远距离调控的enhancer功能呢？
A：祭出神器：ATAC-seq + motif，在ATAC-seq标出的差异开放区域上，找到了AP1家族转录因子的motif（Fig.4）。用已发表的AP1家族成员ChIP-seq数据验证。
Q：2个基因 + enhancer + AP1，这么丰富的调控机制，影响基因表达了吗？调控了哪些生物学通路呢？
A：RNA-seq出场，结合已发表的PolII的ChIA-PET数据，发现是因为形成了loop从而影响下游基因表达。下游基因富集在重要的癌症相关生物学通路上（Fig.5和6）。
Q：这只是在一个细胞系里发现的规律，是否具有普遍性？
A：拿另一种癌症的细胞过来验证，只做其中一个基因的ATAC-seq、ChIP-seq和RNA-seq，就看到了同样的规律。说明该作用机制具有普遍性，意义更重大。
下面是详细的图和结论：
材料：结直肠癌细胞HCT116、ARID1A KO、ARID1B KD、ARID1A KO且ARID1B KD
方法：ATAC-seq，H3K4me1、H3K4me3、H3K27ac、H3K27me3的ChIP-seq，RNA-seq
这篇文章产生了这么多数据：
还加入了这么多已发表的公共数据，DNase-seq，SMARCA4、SMARCC1、FRA1、JUND、CTCF、ATF3的ChIP-seq，POL2RA的ChIA-PET，GRO-seq：
Fig. 1
ARID1A and ARID1B have unique and shared roles in the maintenance of chromatin accessibility.
用ATAC-seq看开放染色质，用来衡量SWI/SNF的染色质重塑活性。
发现：ARID1A KO会引起染色质开放性剧烈变化，ARID1B KD就没反应；
在ARID1A KO细胞里KD ARID1B，会进一步改变“依赖于ARID1A区域”的开放状态。这解释了为什么这俩基因合成致死。
ARID1A蛋白比ARID1B含量高很多，说明ARID1A更多的参与形成SWI/SNF复合物，这部分解释了为什么癌症中更常出现ARID1A突变。
Fig. 2
Requirement for ARID1A or ARID1B is determined by SWI/SNF
complex occupancy
ARID1A？还是ARID1B？由SWI/SNF复合物定位在哪里来决定。解释了为什么ARID1A和ARID1B互斥出现在SWI/SNF复合物里。
Fig. 3
ARID1A/1B-dependent accessible sites are primarily located in
enhancers
ARID1A/1B are necessary to maintain active enhancer architecture
依赖于ARID1A和ARID1B的开放区域有着高水平的SMARCA4和SMARCC1结合，很强的H3K4me1和H3K27ac富集，借助已发表的GRO-seq数据发现这些区域转录出很多enhancerRNA，这些说明ARID1A/B的缺失通过影响enhancer活性来影响开放性。
Fig. 4
ARID1A/1B are required for binding of AP-1 complex family members
前面的ATAC-seq发现了那么多差异的开放区，通过分析motif，发现了多个AP-1家族成员的motif。借助这些家族成员的已发表的ChIP-seq数据，验证了这一发现。并且发现他们结合在enhancer上，需要ARID1A和ARID1B的参与。
Fig. 5和6
ARID1A and ARID1B regulate gene expression by maintaining active
enhancer architecture
ARID1A/1B maintain transcription of genes in cancer growth promoting
pathways, including MET
上述依赖于ARID1A和ARID1B的开放区变化影响了哪些基因表达？借助已发表的PolII的ChIA-PET数据，结合RNA-seq分析发现，依赖于ARID1A和ARID1B的开放区和enhancer上的H3K27ac，是通过在TSS区跟其他调控区形成loop，来影响基因表达。
ARID1A和ARID1B缺失带来的这些改变带来的差异表达基因，富集在细胞生长和粘附信号转导通路中，包括驱动细胞增殖的MET。而且在MET基因及其下游发现了大量AP1复合物和SWI/SNF复合物。
这些结果表明，SWI/SNF复合物在维持转录因子结合的开放区和活跃enhancer的组蛋白mark上起着重要作用。缺少SWI/SNF复合物会导致这些过程失调，改变癌症通路中关键基因的表达。这与ARID1A和ARID1B缺失所导致的癌细胞生长减缓的现象一致。
Fig. 7
ARID1B regulates accessibility and active histone modifications at
enhancers in ARID1A mutant ovarian cancer cells
用相似的技术在自然发生ARID1A突变的卵巢癌细胞系里KD ARID1B，观察到的现象与上述HCT116中的一致。说明这是多种癌症类型共有的普遍调控机制。
结论：该研究阐明了ARID1A和ARID1B在维持染色质开放性中的功能，确定ARID1A及其合成致死基因ARID1B通过调控核小体重塑，从而发挥抑癌作用。
关注“嘉因”，每天积累一点点，修炼成转录调控专家。