ATAC+轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析怎么做?這里有套路!
2022-12-05 閱讀數(shù):2767
ATAC-seq全稱為Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing,是一種利用轉(zhuǎn)座酶研究染色質(zhì)可進(jìn)入性的高通量測(cè)序技術(shù),該技術(shù)通過轉(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。ATAC-seq憑借樣本需求量低、建庫流程簡(jiǎn)單成為表觀基因組學(xué)研究的新寵。
在ChIP-seq技術(shù)興起時(shí),常見的文章套路會(huì)利用ChIP-seq技術(shù)與RNA-seq技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合分析,從而更好的找到相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,而ATAC-seq與ChIP-seq都可以用來研究染色質(zhì)調(diào)控區(qū)域中的分子調(diào)控機(jī)制,但ATAC-seq技術(shù)是否能夠與RNA-seq技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合分析,從而為染色質(zhì)調(diào)控區(qū)域的相關(guān)研究提供更多的信息?近年有發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)表明,聯(lián)合ATAC-seq技術(shù)以及RNA-seq技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,根據(jù)自身所關(guān)注的生物學(xué)問題,通過不同的分析策略和展現(xiàn)形式可以為染色質(zhì)區(qū)域的分布和開放性研究提供新思路。
通過總結(jié)ATAC-seq與RNA-seq聯(lián)合分析的文章發(fā)現(xiàn),其中重要的部分是研究表觀變化層面的變化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控變化層面的變化是否有相關(guān)性,統(tǒng)計(jì)ATAC-seq與RNA-seq聯(lián)合分析相關(guān)基因的數(shù)量以及相關(guān)表達(dá)情況,為關(guān)鍵基因的挖掘提供篩選集合,所以通過總結(jié)該類文獻(xiàn)的研究思路發(fā)現(xiàn),兩個(gè)組學(xué)所反映不同層面的變化的相關(guān)性以及差異基因的篩選有兩種類型:
首先分析基因表達(dá)與基因啟動(dòng)子ATAC-seq信號(hào)之間的顯著相關(guān)性,用散點(diǎn)圖來表示,然后根據(jù)基因的表達(dá)水平和啟動(dòng)子可及性將基因分組,形成四象限圖,體現(xiàn)不同分組間的差異基因的數(shù)目。
在文章[1]中ATAC-seq與RNA-seq中差異基因的分組方法是依據(jù)ATAC-seq的reads在染色質(zhì)啟動(dòng)子上的最大重疊數(shù)(可及性)高于數(shù)據(jù)的第70百分位,則基因被定義為高可達(dá)性(HA),如果覆蓋低于第50百分位,則被定義為中低可達(dá)性(MA)的分類方法進(jìn)行分組判斷,然后根據(jù)每個(gè)基因的可達(dá)性和表達(dá)值,評(píng)估其是否可以被分配到四組:MA-ME(中低可達(dá)性和表達(dá))、HA – He(高可達(dá)性和表達(dá))、HA – ME(高可達(dá)性和中低表達(dá))或MA-HE(中低可達(dá)性和高表達(dá))(圖一)。隨后從HA-HE分組中挑選關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,主要根據(jù)顯著富集的motif查看相應(yīng)的基因以及功能(圖二)。
圖一 啟動(dòng)子可及性與基因表達(dá)密切相關(guān)
a為散點(diǎn)圖顯示啟動(dòng)子可及性和基因表達(dá)之間的強(qiáng)正相關(guān)。相關(guān)系數(shù)如紅框所示;b根據(jù)啟動(dòng)子可及性和基因表達(dá)水平對(duì)基因進(jìn)行分組。每組的基因數(shù)量在方框中顯示。
圖二 HA-ME基因分析,與對(duì)照相比,HA-ME基因啟動(dòng)子中富集的基序
整合ATAC-seq與RNA-seq數(shù)據(jù),取ATAC-seq與RNA-seq之間差異基因的交集,根據(jù)生物學(xué)問題以及關(guān)注的關(guān)鍵基因選擇共有的基因或者獨(dú)有的基因集合進(jìn)行研究。
在文章[2]中α細(xì)胞以及β細(xì)胞的放染色質(zhì)區(qū)域,將這些可及染色質(zhì)圖譜與人類胰腺α細(xì)胞以及β細(xì)胞的RNA-seq數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),以確定可能負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞類型特異性特征基因的順調(diào)節(jié)元件(圖三)查看相關(guān)基因的peak的位置以及富集情況去查找α細(xì)胞以及β細(xì)胞中的標(biāo)記基因(圖四)。
圖三 胰腺α細(xì)胞以及β細(xì)胞ATAC-seq與RNA-seq中差異表達(dá)的基因比例情況
圖四 胰腺α細(xì)胞以及β細(xì)胞中不同基因的peak的位置以及富集情況
染色質(zhì)調(diào)控區(qū)域在許多疾病過程和胚胎發(fā)育中起著關(guān)鍵作用,所以表觀遺傳機(jī)制的研究十分重要,表觀遺傳涉及的范圍非常廣泛,包括DNA甲基化,組蛋白修飾,RNA的可變剪切,miRNA調(diào)控,轉(zhuǎn)錄調(diào)控,染色質(zhì)可及性分析等。隨著染色質(zhì)免疫共沉淀芯片(ChIP-chip)技術(shù)的發(fā)展,大量的表觀基因組分析技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),如ChIP-seq、DNase-seq、ATAC-seq等。近年來,越來越多的測(cè)序技術(shù)更新給研究帶來極大的便利,與此同時(shí)不同技術(shù)的聯(lián)合分析也越來越多,為不同的研究目的提供對(duì)應(yīng)的參考。
總的來說,ATAC-seq與RNA-seq的聯(lián)合分析重要的是如何從兩種組學(xué)技術(shù)中挖掘相同或者不同的相關(guān)的差異表達(dá)基因,或者關(guān)注染色質(zhì)開放性區(qū)域與轉(zhuǎn)錄調(diào)控層面的相關(guān)性,然后結(jié)合自身關(guān)注的生物學(xué)問題對(duì)挑選感興趣的差異基因或者相關(guān)的生物學(xué)通路進(jìn)行研究,有助于進(jìn)一步了解表觀遺傳機(jī)制。
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