單細(xì)胞ATAC-seq

單細(xì)胞ATAC測序（scATAC-seq）是基于10x genomics平臺(tái)的微流控和油滴包裹技術(shù)，在單細(xì)胞水平對細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)域進(jìn)行檢測的新技術(shù)，可用于繪制細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)的單細(xì)胞圖譜，是一種高分辨率研究染色質(zhì)開放程度與DNA結(jié)合蛋白調(diào)控基因的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，在單細(xì)胞水平研究表觀遺傳學(xué)的有效手段。

染色質(zhì)可及性的早期研究技術(shù)是ATAC-seq(Assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing)，該技術(shù)可進(jìn)行高通量測序的染色質(zhì)可及性(開放性)研究，而染色質(zhì)開放區(qū)域一般是染色質(zhì)中呈松散狀態(tài)、可發(fā)生DNA復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，ATAC-seq 使用改造 Tn5轉(zhuǎn)座酶，捕獲染色質(zhì)開放區(qū)，將測序接頭引入開放染色質(zhì)的兩端，用于表觀遺傳、基因調(diào)控研究。2015 年 Science 和Nature發(fā)表論文先后提出利用單細(xì)胞 ATAC-seq 技術(shù)對染色質(zhì)可及性進(jìn)行檢測，探索細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，解決了以往存在的細(xì)胞異質(zhì)性難題，極大的擴(kuò)大了ATAC-seq 技術(shù)的應(yīng)用范圍。同時(shí)2018年10月，10x Genomics 推出的 Chromium 單細(xì)胞 ATAC 解決方案提供了一種全面的、可擴(kuò)展的方法來研究分析單個(gè)樣本中成百上千個(gè)細(xì)胞中染色質(zhì)的開放情況。可在單細(xì)胞水平進(jìn)行多組學(xué)聯(lián)合分析，深度挖掘細(xì)胞異質(zhì)性表觀遺傳調(diào)控機(jī)理。

單細(xì)胞ATAC測序是通過改造Tn5轉(zhuǎn)座酶對混合的細(xì)胞核懸液進(jìn)行核 DNA 的切割，然后使用微流控芯片將溶液中的細(xì)胞核包裹到油滴中，形成納米級(jí)的凝膠微珠乳濁液（GEMs）。采用 10x barcode條形碼，對每個(gè)細(xì)胞核切割的 DNA 加上唯一的10x barcode條形碼。通過文庫構(gòu)建，測序，最終根據(jù) 10x barcode 條形碼將測序得到的序列關(guān)聯(lián)到每個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞核上。

低成本

每個(gè)細(xì)胞成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)單細(xì)胞ATAC測序

高分辨率

可在單細(xì)胞水平檢測轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域的開放性染色質(zhì)

高通量

8通道微流體系統(tǒng)，每個(gè)微流孔通道一次性可捕獲500-10000個(gè)細(xì)胞核

高效率

每個(gè)樣本細(xì)胞核捕獲率高達(dá)65%

大數(shù)據(jù)

獲得所有染色質(zhì)開放區(qū)域，不局限于某個(gè)轉(zhuǎn)錄因子位點(diǎn)

適用范圍廣

適用于細(xì)胞系，原代細(xì)胞，凍存細(xì)胞，新鮮組織等

經(jīng)驗(yàn)豐富

累計(jì)制備100余種組織類型、5000+例的單細(xì)胞樣本，超高核抽提經(jīng)驗(yàn)

染色質(zhì)開放區(qū)域圖譜繪制

細(xì)胞異質(zhì)性預(yù)測新細(xì)胞類型

胚胎細(xì)胞發(fā)育表觀遺傳修飾

疾病潛在標(biāo)志物預(yù)測

腫瘤表觀機(jī)制研究

基因調(diào)控

?scATAC-seq繪制哺乳動(dòng)物染色質(zhì)可及性圖譜

文中對13個(gè)成年小鼠組織的約100000個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行ATAC測序分析，鑒定出85種不同的染色體可接近性模式及近400000個(gè)差異可接近性元件。利用測序數(shù)據(jù)，將調(diào)控元件及其靶基因關(guān)聯(lián)起來，基于轉(zhuǎn)錄因子特異性定義亞群，探索細(xì)胞染色質(zhì)可接近性異質(zhì)性，并將小鼠染色質(zhì)可及性與人類全基因組關(guān)聯(lián)，為哺乳動(dòng)物細(xì)胞亞群基因調(diào)控相關(guān)的深入研究提供了依據(jù)。