春天，在泥土里撒下一粒种子，夏天盛开出五颜六色的花朵!

毛毛虫经过痛苦地挣扎和不懈地努力，化为美丽的蝴蝶在花丛中翩翩起舞!

精子历尽千难万险、跨过重重阻碍，与心爱的卵子结合成受精卵，一步步发育成玉树临风的少年或温婉美丽的女子……

……

我们不禁惊羡于这个五彩缤纷的世界，也在感叹上帝造物的神奇!

 

表观遗传与生活息息相关

 

诸如上述生命奥秘的解析，往往是由于机体内部调控或在外界环境的影响下，导致DNA在序列不发生改变的情况下，基因表达却发生了改变，从而引起生物体表型发生变化(如破茧成蝶等)，即表观遗传学的范畴。表观遗传学不仅涉及到生命奥秘的探索，也涉及到生活的方方面面，如美味的食物如何悄无声息地影响着健康?生活或工作的压力是怎样困扰我们的睡眠?疾病为什么会发生，以及是如何进一步肆虐我们的身体?我们又是如何一步步走向变老?……

表观遗传学最大的一个特点就是：染色体结构发生了改变，一些DNA区域比较致密，而另一些DNA区域变得相对疏松。结构疏松的特定区域(如启动子区域)结合相应的调控因子(如转录因子)，从而促进或抑制基因的表达，进而影响表型发生相应的改变。为此，获得染色体的结构疏松区域(或开放区域)、绘制开放染色质图谱，不仅有利于准确定位动态变化的核小体，也有助于分析特定调控因子的结合、以揭示转录调控机制。

 

表观遗传的新利器：ATAC-seq

 

ATAC-seq，全称Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughout sequencing，即转座酶可接近染色质测序，是一种创新的表观遗传学研究技术。它利用改造后Tn5转座酶，在切割开放的DNA区域同时连接上测序接头，后续通过高通量测序(见下图)获得特定时空下基因组中所有活跃转录的调控序列，广泛应用于转录调控机制研究、转录因子结合分析、核小体定位、活性调控元件分布等方面，在表观遗传机制研究领域有广阔的应用前景。

Buenrostro JD, et. Curr Protoc Mol Biol .2015

 

ATAC-seq的技术优势在哪里?

 

染色体开放性的研究已经持续了数十年，相关研究方法有MNase-seq、DNase-seq、FAIRE-seq等。然而，这些技术或多或少都有一些问题，比如所需样本数量高、实验周期长、信噪比低等缺点(见下图)。

而ATAC-seq样本起始量大大降低、一次性可以获得全基因组范围内的所有开放区域，同时在结果准确性、信噪比方面也具有非常明显的优势。

 

ATAC-seq的应用领域有哪些?

 

ATAC-Seq 作为一种获取信息全面、起始量低的表观遗传研究手段，在临床疾病、药物研究、植物表观修饰等方面均具有广泛的应用价值。具体研究领域包括但不限于以下方面：

 

☑临床疾病研究：癌症、生殖系统疾病、糖尿病等发病机制、临床生物标志物研究、植物表观遗传修饰等;

☑药物相关研究：药物靶点探索及药物开发、药物作用功能及机制研究、耐药及药物敏感性研究、药物作用表观机制研究等;

☑植物表观遗传研究：探索特定生物学过程的功能基因，解析基因表达调控的新机制;

☑生命规律研究：个体或胚胎发育不同阶段表观机制研究、干细胞分化机制研究、生殖表观遗传研究、生物节律个性习性研究等;

☑染色体结构研究：染色体开放性图谱绘制、核小体定位预测等;

☑多组学联合研究：基因异常表达机制研究、基因调控网络或调控机制研究等。

 

ATAC-seq优势▲▲▲

 

☑方案设计，专业可靠：结合客户研究目的，提供最佳研究方案及建议最优测序方案。

☑实验结果，双重保障：Illumina原装Tn5转座酶与ISO9001质量体系认证，杜绝“偷工减料”。

☑生信分析，灵活多样：有用信息注释全面、可靠，个性化服务、文章发表级数据分析服务。

 

案例解析▲▲▲

ATAC-Seq揭示小细胞肺癌转移新机制

 

肿瘤转移是引起小细胞患者死亡的主要原因，但其背后的机制目前并不十分清楚。在题为“Nfib Promotes Metastasis through a Widespread Increase in Chromatin Accessibility”的论文中，研究人员通过对原发灶细胞及转移灶细胞(n=4)进行ATAC-seq，获得肿瘤转移相关的染色体开放区域。生物信息分析发现，Nfib的motif富集在转移灶细胞样本的特异性染色体开放区域，并通过进一步实验证明：Nfib改变了促转移神经元相关基因的表达，驱动了SCLC细胞的转移能力。该研究为小细胞肺癌的临床治疗提供了理论依据，也为其他癌症的科学研究提供了可借鉴的方法。

 

 

参考文献：

[1] Wu J, Xu J, Liu B, et. Chromatin analysis in human early development reveals epigenetic transition during ZGA. Nature 2018 May ;557(7704)

[2] Tsompana M, Buck MJ. Chromatin accessibility: a window into the genome. Epigenetics Chromatin 2014 ;7(1)

[3] Buenrostro JD, Giresi PG, et. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nat. Methods 2013 Dec ;10(12)

[4] Denny SK, Yang D, et. Nfib Promotes Metastasis through a Widespread Increase in Chromatin Accessibility. Cell 2016 Jul 14 ;166(2)

[5] Guler GD, Tindell CA, et. Repression of Stress-Induced LINE-1 Expression Protects Cancer CellSubpopulations from Lethal Drug Exposure. Cancer Cell 2017 Aug 14 ;32(2)

[6] Buenrostro JD, et. ATAC-seq: A Method for Assaying Chromatin Accessibility Genome-Wide. Curr Protoc Mol Biol 2015 Jan 05 ;109