ATAC-сл ( ssay для Т ransposase- ccessible С hromatin использования сло uencing) представляет собой метод , используемый в молекулярной биологии для оценки генома хроматина доступности . [1] В 2013 году этот метод был впервые описан как альтернативный продвинутый метод для MNase-seq , FAIRE-Seq и DNase-Seq . [1] ATAC-seq - это более быстрый и более чувствительный анализ эпигенома, чем DNase-seq или MNase-seq. [2] [3] [4]
Описание
ATAC-seq идентифицирует доступные участки ДНК путем зондирования открытого хроматина гиперактивной мутантной транспозазой Tn5, которая вставляет адаптеры секвенирования в открытые области генома. [2] [5] В то время как встречающиеся в природе транспозазы имеют низкий уровень активности, ATAC-seq использует мутированную гиперактивную транспозазу. [6] В процессе, называемом «мечение», транспозаза Tn5 расщепляет и маркирует двухцепочечную ДНК с помощью адаптеров для секвенирования. [7] [8] Помеченные фрагменты ДНК затем очищаются, амплифицируются с помощью ПЦР и секвенируются с использованием секвенирования следующего поколения . [8] Считывания секвенирования затем можно использовать для определения областей с повышенной доступностью, а также для картирования областей сайтов связывания факторов транскрипции и положений нуклеосом. [2] Количество считываний для области коррелирует с тем, насколько открыт этот хроматин при разрешении одного нуклеотида. [2] ATAC-seq не требует обработки ультразвуком или экстракции фенол-хлороформом, как FAIRE-seq; [9] нет антител, подобных ChIP-seq; [10] и отсутствие чувствительного ферментативного переваривания, такого как MNase-seq или DNase-seq. [11] Подготовка ATAC-seq может быть завершена менее чем за три часа. [12]
Приложения
Анализ ATAC-Seq используется для исследования ряда сигнатур доступности хроматина. Наиболее часто используются нуклеосомы опыты картирования, [3] , но он может быть применен к картированию сайтов связывания фактора транскрипции , [13] предназначенный для отображения метилирования ДНК сайты, [14] или в сочетании с методами секвенирования. [15]
Полезность картирования энхансеров с высоким разрешением варьируется от изучения эволюционной дивергенции использования энхансеров (например, между шимпанзе и людьми) во время развития [16] и открытия карты энхансеров, специфичных для клонов, используемых во время дифференцировки клеток крови. [17]
ATAC-Seq также применялся для определения ландшафта доступности хроматина в масштабе всего генома при раке человека [18] и выявления общего снижения доступности хроматина при дегенерации желтого пятна . [19] Методы компьютерного отпечатка стопы могут быть выполнены на ATAC-seq для поиска специфичных для клетки сайтов связывания и факторов транскрипции с клеточно-специфической активностью. [13]
Одноячеечный ATAC-seq
Были внесены изменения в протокол ATAC-seq для анализа отдельных ячеек . Микрофлюидикс можно использовать для разделения отдельных ядер и индивидуального выполнения реакций ATAC-seq. [12] При таком подходе отдельные клетки улавливаются либо микрофлюидным устройством, либо системой жидкого осаждения до мечения. [12] [20] Альтернативным методом, который не требует изоляции отдельной ячейки, является комбинаторная индексация ячеек. [21] Этот метод использует штрих-кодирование для измерения доступности хроматина в тысячах отдельных клеток; он может генерировать эпигеномные профили из 10 000–100 000 клеток за эксперимент. [22] Но комбинаторная индексация ячеек требует дополнительного, специально разработанного оборудования или большого количества модифицированного Tn5. [23] Недавно был разработан метод объединенного штрих-кода под названием sci-CAR, позволяющий совместно профилировать доступность хроматирования и экспрессию генов отдельных клеток. [24]
Вычислительный анализ scATAC-seq основан на построении счетной матрицы с количеством считываний на открытые участки хроматина. Открытые области хроматина могут быть определены, например, стандартным вызовом пика псевдо-объемных данных ATAC-seq. Дальнейшие шаги включают сокращение данных с помощью PCA и кластеризацию ячеек. [20] Матрицы scATAC-seq могут быть чрезвычайно большими (сотни тысяч регионов) и чрезвычайно разреженными, т. Е. Менее 3% записей ненулевые. [25] Таким образом, вменение матрицы подсчета - еще один важный шаг. Как и в случае с массовым ATAC-seq, scATAC-seq позволяет находить регуляторы, такие как факторы транскрипции, контролирующие экспрессию генов в клетках. Этого можно достичь, глядя на количество прочтений вокруг мотивов TF [26] или анализ следа. [25]
Рекомендации
- ^ a b Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ (декабрь 2013 г.). «Транспозиция нативного хроматина для быстрого и чувствительного эпигеномного профилирования открытого хроматина, ДНК-связывающих белков и положения нуклеосом» . Природные методы . 10 (12): 1213–8. DOI : 10.1038 / nmeth.2688 . PMC 3959825 . PMID 24097267 .
- ^ а б в г Buenrostro JD, Wu B, Chang HY, Greenleaf WJ (январь 2015 г.). «ATAC-seq: метод определения доступности хроматина в масштабе всего генома» . Текущие протоколы в молекулярной биологии . 109 : 21.29.1–21.29.9. DOI : 10.1002 / 0471142727.mb2129s109 . PMC 4374986 . PMID 25559105 .
- ^ а б Schep AN, Buenrostro JD, Denny SK, Schwartz K, Sherlock G, Greenleaf WJ (ноябрь 2015 г.). «Структурированные отпечатки пальцев нуклеосом позволяют с высоким разрешением картировать архитектуру хроматина в регуляторных областях» . Геномные исследования . 25 (11): 1757–70. DOI : 10.1101 / gr.192294.115 . PMC 4617971 . PMID 26314830 .
- ^ Сонг Л., Кроуфорд Г.Е. (февраль 2010 г.). «DNase-seq: метод высокого разрешения для картирования активных регуляторных элементов гена в геноме из клеток млекопитающих» . Протоколы Колд-Спринг-Харбор . 2010 (2): pdb.prot5384. DOI : 10,1101 / pdb.prot5384 . PMC 3627383 . PMID 20150147 .
- ^ Баджич М., Махер К.А., Дил РБ (2018). «Идентификация открытых участков хроматина в геномах растений с использованием ATAC-Seq». Динамика хроматина растений . Методы молекулярной биологии. 1675 . С. 183–201. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-7318-7_12 . ISBN 978-1-4939-7317-0. ISSN 1064-3745 . PMC 5693289 . PMID 29052193 .
- ^ Резникофф WS (2008). «Транспозон Tn5». Ежегодный обзор генетики . 42 (1): 269–86. DOI : 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091656 . PMID 18680433 .
- ^ Адей, Эндрю (декабрь 2010 г.). «Быстрое конструирование библиотек фрагментов дробовика с малым вводом и смещением путем транспозиции in vitro с высокой плотностью» . Геномная биология . 11 (12): R119. DOI : 10.1186 / ГБ-2010-11-12-r119 . PMC 3046479 . PMID 21143862 .
- ^ а б Пичелли С., Бьёрклунд А.К., Рейниус Б., Сагассер С., Винберг Г., Сандберг Р. (декабрь 2014 г.). «Процедуры транспозазы и тегирования Tn5 для крупномасштабных проектов секвенирования» . Геномные исследования . 24 (12): 2033–40. DOI : 10.1101 / gr.177881.114 . PMC 4248319 . PMID 25079858 .
- ^ Саймон Дж. М., Гиреси П. Г., Дэвис И. Дж., Либ Дж. Д. (январь 2012 г.). «Использование формальдегида для выделения регуляторных элементов (FAIRE) для выделения активной регуляторной ДНК» . Протоколы природы . 7 (2): 256–67. DOI : 10.1038 / nprot.2011.444 . PMC 3784247 . PMID 22262007 .
- ^ Савик Д., Партридж Е.К., Ньюберри К.М., Смит С.Б., Медоуз С.К., Робертс Б.С. и др. (Октябрь 2015 г.). «CETCh-seq: CRISPR-эпитоп, маркирующий ChIP-seq ДНК-связывающих белков» . Геномные исследования . 25 (10): 1581–9. DOI : 10.1101 / gr.193540.115 . PMC 4579343 . PMID 26355004 .
- ^ Hoeijmakers WA, Bártfai R (2018). «Характеристика нуклеосомного ландшафта с помощью микрококковой нуклеазы-секвенирования (MNase-seq)». Иммунопреципитация хроматина . Методы молекулярной биологии. 1689 . С. 83–101. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-7380-4_8 . ISBN 978-1-4939-7379-8. ISSN 1064-3745 . PMID 29027167 .
- ^ а б в Буэнростро Дж. Д., Ву Б., Литценбургер У. М., Рафф Д., Гонсалес М. Л., Снайдер М. П. и др. (Июль 2015 г.). «Доступность одноклеточного хроматина раскрывает принципы регуляторной изменчивости» . Природа . 523 (7561): 486–90. Bibcode : 2015Natur.523..486B . DOI : 10,1038 / природа14590 . PMC 4685948 . PMID 26083756 .
- ^ а б Ли, Чжицзянь; Schulz, Marcel H .; Посмотри, Томас; Бегеманн, Матиас; Зенке, Мартин; Коста, Иван Г. (26 февраля 2019 г.). «Идентификация сайтов связывания факторов транскрипции с помощью ATAC-seq» . Геномная биология . 20 (1): 45. DOI : 10.1186 / s13059-019-1642-2 .
- ^ Спектор Р., Типпенс Н. Д., Мимосо, Калифорния, Солоуэй, полиция (июнь 2019 г.). «methyl-ATAC-seq измеряет метилирование ДНК в доступном хроматине» . Геномные исследования . 29 (6): 969–977. DOI : 10.1101 / gr.245399.118 . PMC 6581052 . PMID 31160376 .
- ^ Hendrickson DG, Soifer I, Wranik BJ, Botstein D, Scott McIsaac R (2018), Одновременное профилирование доступности ДНК и динамики экспрессии генов с помощью ATAC-Seq и RNA-Seq , Методы в молекулярной биологии, 1819 , Springer New York, стр. 317-333, DOI : 10.1007 / 978-1-4939-8618-7_15 , ISBN 9781493986170, PMID 30421411
- ^ Прескотт С.Л., Сринивасан Р., Маркетто М.К., Гришина И., Нарвайза И., Селлери Л. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Расхождение энхансеров и цис-регуляторная эволюция в нервном гребне человека и шимпанзе» . Cell . 163 (1): 68–83. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.08.036 . PMC 4848043 . PMID 26365491 .
- ^ Лара-Астиасо Д., Вайнер А., Лоренцо-Вивас Е., Зарецкий И., Джайтин Д.А., Дэвид Е. и др. (Август 2014 г.). «Иммуногенетика. Динамика состояния хроматина при кроветворении» . Наука . 345 (6199): 943–9. DOI : 10.1126 / science.1256271 . PMC 4412442 . PMID 25103404 .
- ^ Corces MR, Granja JM, Shams S, Louie BH, Seoane JA, Zhou W и др. (Октябрь 2018 г.). «Пейзаж доступности хроматина первичного рака человека» . Наука . 362 (6413): eaav1898. Bibcode : 2018Sci ... 362.1898C . DOI : 10.1126 / science.aav1898 . PMC 6408149 . PMID 30361341 .
- ^ Ван Дж., Зибетти К., Шан П., Шрипати С. Р., Чжан П., Кано М. и др. (Апрель 2018 г.). «Анализ ATAC-Seq показывает широко распространенное снижение доступности хроматина при возрастной дегенерации желтого пятна» . Nature Communications . 9 (1): 1364. Bibcode : 2018NatCo ... 9.1364W . DOI : 10.1038 / s41467-018-03856-у . PMC 5893535 . PMID 29636475 .
- ^ а б Мезгер А., Клемм С., Манн И., Брауэр К., Мир А., Бостик М. и др. (Сентябрь 2018 г.). «Профилирование доступности хроматина с высокой пропускной способностью при одноклеточном разрешении» . Nature Communications . 9 (1): 3647. Bibcode : 2018NatCo ... 9.3647M . DOI : 10.1038 / s41467-018-05887-х . PMC 6128862 . PMID 30194434 .
- ^ Кусанович, Даррен (май 2015 г.). «Мультиплексное профилирование отдельных клеток доступности хроматина путем комбинаторной клеточной индексации» . Наука . 348 (6237): 910–914. Bibcode : 2015Sci ... 348..910C . DOI : 10.1126 / science.aab1601 . PMC 4836442 . PMID 25953818 .
- ^ Lareau CA, Duarte FM, Chew JG, Kartha VK, Burkett ZD, Kohlway AS, Pokholok D, Aryee MJ и др. (2019). «Комбинаторное индексирование на основе капель для крупномасштабной одноклеточной эпигеномики» . bioRxiv . DOI : 10.1101 / 612713 .
- ^ Чен X, Мирагая Р.Дж., Натараджан К.Н., Тейхманн С.А. (декабрь 2018 г.). «Быстрый и надежный метод профилирования доступности хроматина отдельных клеток» . Nature Communications . 9 (1): 5345. Bibcode : 2018NatCo ... 9.5345C . DOI : 10.1038 / s41467-018-07771-0 . PMC 6297232 . PMID 30559361 .
- ^ Цао, Цзюнюэ; Кусанович, Даррен А .; Рамани, Виджай; Агамирзайе, Деласа; Плинер, Ханна А .; Хилл, Эндрю Дж .; Daza, Riza M .; McFaline-Figueroa, Jose L .; Пакер, Джонатан С .; Кристиансен, Лена; Стимерс, Фрэнк Дж. (28.09.2018). «Совместное профилирование доступности хроматина и экспрессии генов в тысячах отдельных клеток» . Наука . 361 (6409): 1380–1385. DOI : 10.1126 / science.aau0730 . ISSN 0036-8075 . PMID 30166440 .
- ^ а б Ли З, Куппе С., Ченг М., Мензель С., Зенке М., Краманн Р. и др. (2019-12-05). «scOpen: оценка доступности хроматина для одноклеточных данных ATAC» . bioRxiv : 865931. дои : 10,1101 / 865931 .
- ^ Schep AN, Wu B, Buenrostro JD, Greenleaf WJ (октябрь 2017 г.). «chromVAR: вывод о доступности, связанной с транскрипционным фактором, из эпигеномных данных по отдельным клеткам» . Природные методы . 14 (10): 975–978. DOI : 10.1038 / nmeth.4401 . PMC 5623146 . PMID 28825706 .
Внешний источник
- ATAC-seq проверяет состояние открытого хроматина (рисунок)
- ATAC-seq: быстрое и точное эпигеномное профилирование
- HINT-ATAC: идентификация сайтов связывания факторов транскрипции с помощью ATAC-seq