表观遗传学研究利器 | ATAC-seq样本准备、文章设计思路及案例解析

在上一篇关于ATAC-seq文章中，我们向大家介绍了ATAC-seq的技术原理以及在医学领域的应用（详情请点击这里）。ATAC-seq 是通过使用高通量测序技术对转座酶可接近性核染色质区域进行分析的一种新型表观遗传学研究技术。该技术通过转座酶对某种特定状态下开放的核染色质区域进行切割，获得在该状态下基因组中所有活跃转录的调控序列，再通过聚类分析，挖掘这些开放位点的潜在结合转录因子，结合基因表达水平数据，发现关键的调控转录因子。在表观遗传学领域具有广阔的发展前景。

ATAC-seq技术是一种快速和灵敏的表观遗传学研究方法，可低至数百个细胞甚至更低的细胞量即可满足建库，更加适用于珍贵稀少的样本，因此，ATAC-seq技术以其特有的优势成为发表高分文章的手段。那么，ATAC-seq的样本需要如何制备？又有什么哪些要求呢？以及生信分析内容有哪些？接下来，为大家一一讲解。

 1

 样本要求

1）细胞样本，细胞量≥2*10^5；活性≥80%；活细胞可直接寄送；细胞样本也可梯度降温冻存后，干冰运输。

2）组织样本，送样量≥200mg；组织样本采集后立即液氮速冻，干冰运输。

3）样本物种：人、大小鼠，特殊物种详询技术。

4）推荐生物学重复数量：2-4个。

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技术路线

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生物信息分析内容（标准分析）

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测序方案

测序模式：PE150

推荐数据量：12-15G

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项目周期

标准流程完成周期为35个工作日。

以上为大家介绍了ATAC-seq的样本制备和周期，以及标准生物信息的分析内容。那么，ATAC-seq技术究竟可以用于哪些生物学研究呢？在上一篇文章的最后，我们讲到了其在医学研究的应用，但ATAC-seq技术具体能干哪些事情呢？又有哪些设计思路呢？以下为大家介绍几个经典案例。

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ATAC-seq单一组学

通过ATAC-seq数据分析，可以获得丰富的表观遗传信息，包括染色质开放性图谱绘制，核小体定位预测，转录因子结合分析。可研究不同样本间染色质开放图谱的动态变化，例如人疾病感染过程、动物早期胚胎发育过程染色质开放区的动态变化；也可研究不同组织、疾病中转录活性差异，寻找关键转录调控因子或特异性调控元件。

2018年10月，ATAC-seq技术的开发者之一的Howard Y. Chang教授领导的一个联合研究团队在国际顶级学术期刊《Science》发表了染色质可接近性研究的最新成果（IF：41.037）[1]。该研究团队从癌症基因组图谱组织（TCGA）中选取23种癌症类型，410个肿瘤样品进行ATAC-seq分析，绘制了囊括23种人类癌症类型的796个全基因组染色质可接近性图谱，平均每种癌症类型中鉴定了近十万个染色质可接近性敏感位点，揭示了一系列与染色质可接近性有关的调控相互作用，这些相互作用可改变与癌症风险和治疗结果相关的基因表达。

Science. 2018; 362(6413): eaav1898.

图1：410 个样本绘制23种癌症的染色质可及性图谱

02

ATAC-seq + RNA-seq 关联分析

DNA调控元件活性的一个特征就是染色质可接近性，只有活跃的调控元件才能被细胞机制识别表达，因此，染色质的可接近性与转录调控密切相关。ATAC-seq 可以得到某一时空下全基因组染色质开放区域，RNA-seq可以得到同一时空下基因表达信息，通过联合两个组学的数据，可以获得该时空下影响基因表达的的上游调控区域；并且调控元件富集数据与基因表达数据能相互验证。

2016年6月，清华大学的颉伟老师领导的团队在国际顶级学术期刊《Nature》发表了染色质可接近性研究（IF：40.137）[2]，可以说是用ATAC-seq寻找关键转录因子的经典教材。该文章联合ATAC-seq和RNA-seq检测了早期胚胎发育过程中各时期染色质结构开放区域的动态变化，发现不同时期的细胞开放区域的动态变化情况，并得到胚胎发育时期关键转录因子，绘制出了小鼠早期胚胎中全基因组易接近性染色质图谱。

Nature, 2016, 534(7609): 652-7.

图2：小鼠着床前胚胎细胞染色质开放性可视图

Nature, 2016, 534(7609): 652-7.

图3：胚胎发育过程各时期关键调控元件及转录因子预测结果

ATAC-seq技术是一种快速和灵敏的表观基因组学研究方法，只需要少量细胞即可捕获全基因组活性调控序列。因此，对于临床上珍贵而稀少的细胞样本（如胚胎细胞）的染色质状态的研究就显得非常有利而重要，并且能够很好的推进染色质可接近性研究在基础研究与临床开发中的应用。

吉赛生物不仅专注于circRNA产品开发与服务，还专注于高通量测序服务。在高通量测序领域具有丰富的项目经验。在表观遗传领域，吉赛生物提供ATAC-seq服务，以及ATAC-seq与RNA-seq多组学联合分析等专业服务。这两种技术均可以获得某一时空下的遗传信息。ATAC-seq可以获得开放染色质区域的信息，所有在该时空下发生转录的基因以及顺式调控元件均可以检测到；RNA-seq可以获得相应的转录本信息，可以找到相关基因的上游调控序列，整体分析该特定时空下的调控网络，并且可以相互验证，同时分析高表达的功能，从而理清表观调控-基因表达-功能三方面信息。这一策略，可以用于研究不同类型的细胞分化，肿瘤（疾病）发生和发展，胚胎发育过程等具有重大意义的生物学过程。

ATAC-seq的内容就分享到这里，对ATAC-seq或者其他测序业务感兴趣的老师请联系我们！

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参考文献

1. Corces MR, Granja JM, Shams S, et al. The chromatin accessibility landscape of primary human cancers. Science. 2018; 362(6413): eaav1898.

2. Wu Jingyi, Huang Bo, Chen He, et al. The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos. Nature, 2016, 534(7609): 652-7.

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