第1个回答 2022-06-08
ATAC-seq全称Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing，即利用转座酶研究染色质可进入性的高通量测序技术。
要理解这项技术的作用，首先需要认识染色体的结构。
真核生物的核DNA并不是裸露的，而是有蛋白质即组蛋白与之相结合的。DNA一圈一圈地缠绕在组蛋白上，形成串珠式的结构。每一条染色单体由单个线性DNA分子组成，细胞核中的DNA经过高度有序的包装，包装分为多个水平，核小体核心颗粒（nucleosomecore particle）、染色小体（chromatosome）、 30 nm水平染色质纤丝（30 nm fibre）和高于30 nm水平的染色体包装。
这样做的意义在于，能够将超长的DNA链，折叠成很小很小的结构，从而塞进小小的细胞核里。比如说，人类的DNA链如果完整展开，那么大概会有2米那么长。而经过这样的折叠，就变成了纳米至微米级染色体的结构了。
DNA的复制，基因的转录，是需要将DNA的高级结构解开的。只需要打开一部分，即需要表达基因的区域即可。而这一个过程，主要由染色体组蛋白的修饰（尤其是乙酰化）来实现的。这部分打开的染色质，就叫开放染色质（open chromatin）。而染色质一旦打开，就允许一些调控蛋白（比如转录因子和辅因子）跑过来与之相结合。而染色质的这种特性，就叫做染色质的可及性（chromatin accessibility）。
我们如何去寻找开放的染色质区域呢？
传统的实验方法主要是借助MNase-seq和DNase-seq。这两个实验的主要思路是一致的：染色质变得开放，就意味着DNA和组蛋白的浓聚程度降低，就会有一部分DNA暴露出来。而一旦失去了蛋白质的保护，这部分DNA就可以被DNA酶（MNase或DNase I）所切割。然后，我们再把切割完的DNA拿来测序，和已知的全基因组序列相比较，就能发现被切掉的是哪些地方，没有被切掉的地方又在哪里，从而获知开放的染色质区域。不过，这两个方法都有明显的缺陷，即耗时费力与重复性差。
2013年，美国Stanford大学的WilliamGreenleaf教授研发了一种全新的方法，利用DNA转座酶结合高通量测序技术，来研究染色体的可进入性，即ATAC-seq。
DNA转座，是一种把DNA序列从染色体的一个区域搬运到另外一个区域的现象，由DNA转座酶来实现。这种转座插入DNA，也是需要插入位点的染色质是开放的，否则就会被一大坨高级结构给卡住。
我们只要人为地将携带已知DNA序列标签的转座复合物（即带着红色蓝色测序标签的转座酶Tn5），加入到细胞核中，再利用已知序列的标签进行PCR后测序，就知道哪些区域是开放染色质了。而这也就是ATAC-seq的原理。
ATAC-seq出来的结果，和传统方法出来的结果具有很强的一致性，同时也和基于组蛋白修饰marker的ChIP-seq有较高的吻合程度。也就是说，ATAC-seq中的peak，往往是启动子、增强子序列，以及一些反式调控因子结合的位点。
相比起来，ATAC-seq的重复性，比MNase-seq和DNase-seq的更强，操作起来也更加简单，而且只需要很少的细胞/组织量，同时出来的信号更加漂亮。目前已经是研究染色质开放性首选的技术方法。
ATAC-seq技术流程
ATAC-seq技术应用
重大疾病发病机制：癌症、生殖系统、糖尿病等疾病发病机制；
药物相关研究：药物作用机制、新药研发、耐药性及敏感性研究；
潜在标志物预测：临床生物标志物发现、生物标志物功能研究；
染色体结构研究：染色体开发性图谱绘制、核小体定位预测、转录因子结合位点分析。
任喜梅 | 文案