技術(shù)介紹

染色質(zhì)轉(zhuǎn)座酶可及性測序（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing, ATAC-seq）是一種創(chuàng)新的表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)，由美國Stanford大學(xué)的William Greenleaf教授在2013年所研發(fā)，該技術(shù)利用DNA轉(zhuǎn)座酶Tn5酶對某種特定時空下開放的核染色質(zhì)區(qū)域進行切割，并結(jié)合高通量測序技術(shù)來研究染色體的開放性，進而獲得在該特定時空下基因組中所有活躍轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列。

結(jié)合10X Genomics測序平臺，Chromium單細胞核ATAC測序技術(shù)（snATAC-seq）可以幫助研究者在單細胞水平上分析染色質(zhì)開放性，逐個細胞地揭示表觀基因組景觀，從而獲得細胞類型和狀態(tài)的信息并深入探究基因調(diào)控機制。snATAC-seq可廣泛應(yīng)用于癌癥、免疫、干細胞、胚胎分化發(fā)育和神經(jīng)分化發(fā)育等表觀遺傳修飾的研究，為疾病或遺傳發(fā)育等研究提供了新的思路。

研究方向

? 定義細胞類型和細胞狀態(tài)

? 鑒定主要的調(diào)控因子

? 探索順式調(diào)控元件，如啟動子和增強子

? 描繪基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)優(yōu)勢

? 單細胞分辨率

跨越群體的平均數(shù)信息，獲得單個細胞核的表觀基因組圖譜

? 高捕獲效率

每個樣本細胞核捕獲率可達60%以上

? 兼容多類型樣本

經(jīng)驗證適用于細胞系、原代細胞、新鮮或冷凍組織的組織樣本

? 低成本

相較于其他單細胞核捕獲平臺或傳統(tǒng)酶切方法，10X平臺成本更低

項目流程

送樣建議

樣本來源：人、大鼠和小鼠（其他樣本類型請咨詢）

新鮮或凍存的組織樣本：黃豆大?。?

單細胞懸浮液樣本：500-2,000個細胞/μL、細胞小于40μm、細胞數(shù)大于10⁶、細胞活性大于80%；

單細胞細胞核懸浮液樣本：3,000-5,000個細胞核/μL、體積大于50μL、核膜完整性較好；

結(jié)果展示

圖1 高質(zhì)量的單細胞ATAC-seq文庫。左圖展示了GM12878細胞系的單細胞ATAC-seq文庫的插入片段大小分布情況，峰的出現(xiàn)以每184個堿基對的長度作為周期，揭示了單個核小體和核小體多聚體對基因組的保護情況；右圖展示了GM12878細胞系中預(yù)測的轉(zhuǎn)錄因子 (CTCF) 結(jié)合位點的足跡信號的累積情況。

圖2 外周血單個核細胞 (PBMC) 的染色質(zhì)開放性圖譜。左圖來自健康捐贈者的約10,000個 PBMC的t-SNE聚類結(jié)果?；诔浞直碚鞯?TF 基序和細胞類型特異性峰的富集分數(shù)確定主要亞群；中圖和右圖展示了表面覆蓋有CEBPA（單核細胞標志物）和 ELF1（自然殺傷T 細胞標志物）的PBMC的染色質(zhì)開放性圖譜，其中PBMC由20%的單核細胞和66%的自然殺傷T細胞組成。

經(jīng)典案例

英文標題：Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells ¹

發(fā)表期刊：Science (IF=47.73)

在傳統(tǒng)認識中，小腦主要起著維持身體平衡、和協(xié)調(diào)軀體運動的作用，除此之外，小腦還參與其他復(fù)雜動作的過程，如語言和記憶等。小腦在發(fā)育過程中，生發(fā)區(qū)以時空受限的方式產(chǎn)生不同的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞群——腦室區(qū)和菱形唇。細胞類型的特化和分化過程由增強子和啟動子等順式作用元件 (CRE)、以及與它們結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子 (TF) 所調(diào)控。單細胞方法已被用于研究大腦的基因調(diào)控機制，包括發(fā)育中的小鼠以及成年小鼠大腦和人類大腦，但一直缺乏對哺乳動物器官發(fā)育過程的全面描述。

在本項研究中，作者首先使用了snATAC-seq技術(shù)來描繪小鼠出生前后、跨越11個階段的小腦發(fā)育時期中約90,000個細胞的染色質(zhì)可及性的景觀（代表CRE的活性），該CRE活性特征圖譜突出了基因調(diào)控過程中在細胞水平和時間維度上的特異性，發(fā)現(xiàn)了細胞分化的命運與小腦祖細胞的時空異質(zhì)性有關(guān)。然后，作者將上述snATAC-seq數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)脊椎動物基因組進行進化分析，發(fā)現(xiàn)CRE序列在小腦發(fā)育過程中保守性下降，這可能是由于小腦細胞分化導(dǎo)致的。這項研究評估了小鼠小腦基因調(diào)控下的發(fā)育和進化動力學(xué)，并為哺乳動物器官發(fā)育提供了新見解。

圖3 小鼠小腦發(fā)育的snATAC-seq圖譜

1.Sarropoulos I, Sepp M, Fr?mel R, et al. Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells. Science (1979). 2021;373(6558). doi:10.1126/science.abg4696