ATAC sekv

ATAC-seq (från engelskan.  A ssay for T ransposase- A ccessible C hromatin using sequ uencing ) är en metod för helgenomisk bedömning av graden av kromatinöppenhet [ 1] . Metoden dök upp 2013 som ett alternativ till MNase-seq ( sekvensering av platser tillgängliga för mikrokockernukleas ), FAIRE-Seq och DNase-seq [1] . Jämfört med DNase-seq och MNase-seq är ATAC-seq en snabbare och känsligare metod för att analysera epigenomet [2] [3] [4] .

Beskrivning

ATAC-seq upptäcker exponerade DNA- regioner inom kromatin med hjälp av en hyperaktiv mutant form av Tn5- transposas , som infogar sekvenseringsadaptrar i exponerade regioner av genomet [2] [5] . Medan vildtypstransposaser tenderar att ha låg aktivitet, har enzymet som används i ATAC-seq ökad aktivitet [6] . Under processen för tagmentering introducerar Tn5- transposas  dubbelsträngsbrytningar i öppna regioner av genomet och infogar sekvenseringsadaptrar i brytningarna [7] . DNA-fragmenten som innehåller adaptrarna renas sedan, amplifieras genom polymeraskedjereaktion och sekvenseras med hjälp av nästa generations sekvenseringsmetoder [7] . Baserat på -läsningarna som erhållits som ett resultat av sekvensering är det möjligt att identifiera öppna kromatinregioner , transkriptionsfaktorbindningsställen såväl som nukleosompositioner [2] . Ju öppnare kromatinet är, desto fler avläsningar faller på motsvarande region av genomet, och noggrannheten i en sådan bedömning når ett värde av en nukleotid [2] . Till skillnad från FAIRE-seq, kräver ATAC-seq inte sonikering eller extraktion med fenol och kloroform [8] ; till skillnad från ChIP-seq, kräver denna metod inte användning av antikroppar [9] eller DNA-skärning med speciella enzymer, som i fallet med DNase-seq och MNase-seq metoderna [10] . Provberedningen för ATAC-seq tar bara cirka tre timmar [11] .

Applikation

ATAC-seq används för att kvantifiera öppna kromatinregioner. Oftast används denna metod i experiment för att fastställa positionen för nukleosomer [3] , men den kan användas för att identifiera bindningsställen för transkriptionsfaktorer [12] och DNA-metyleringsställen [13] . ATAC-seq kan användas för att lokalisera förstärkare , till exempel i studier av förstärkares utveckling [14] eller för att identifiera specifika förstärkare som fungerar under blodcellsdifferentiering [ 15] .

ATAC-seq användes för genomomfattande detektion av aktiva kromatinregioner i olika humana cancerceller [ 16 ] . Med denna metod har en generell minskning av antalet öppna kromatinregioner vid makuladegeneration visats [17] . ATAC-seq kan användas för att identifiera proteinbindningsställen specifika för dessa celler , såväl som transkriptionsfaktorer med specifik aktivitet i olika celltyper [12] .

ATAC-seq enstaka celler

Det finns modifieringar av ATAC-seq-protokollet utformat för analys av kromatin i enstaka celler. Med hjälp av mikrohydrodynamiska tillvägagångssätt är det möjligt att isolera enskilda cellkärnor , och redan på dem att producera ATAC-seq [11] . I detta tillvägagångssätt sker isolering av enstaka celler före införandet av adaptrar för sekvensering i genomet [11] [18] . Ett annat tillvägagångssätt, känt som kombinatorisk cellindexering, kräver inte isolering av enstaka celler. Denna metod använder streckkodning för att bedöma kromatintillgänglighet i tusentals celler . I ett sådant experiment är det möjligt att få en epigenomisk profil för 10 000–100 000 celler [19] . Emellertid kräver kombinatorisk indexering av celler ytterligare komplex utrustning och en speciell form av Tn5-transposas [20] .

Bioinformatisk analys av encells ATAC-seq-data är baserad på konstruktionen av en matris där kromatinregioner är motsatta antalet läsningar som föll på dem. Sådana matriser kan vara mycket stora och innehålla hundratusentals kromatinregioner, med ett icke-noll antal avläsningar som inte står för mer än 3% av dem [21] . Liksom standard ATAC-seq, gör encells ATAC-seq det möjligt att identifiera transkriptionsfaktorer som är aktiva i en given cell, till exempel genom att analysera antalet läsningar vid deras bindningsställen [22] .

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Buenrostro JD , Giresi PG , Zaba LC , Chang HY , Greenleaf WJ Transposition av nativt kromatin för snabb och känslig epigenomisk profilering av öppet kromatin, DNA-bindande proteiner och nukleosomposition.  (engelska)  // Nature Methods. - 2013. - December ( vol. 10 , nr 12 ). - P. 1213-1218 . - doi : 10.1038/nmeth.2688 . — PMID 24097267 .
  2. ↑ 1 2 3 4 Buenrostro JD , Wu B. , Chang HY , Greenleaf WJ ATAC-seq: A Method for Assaying Chromatin Accessibility Genome-Wide.  (engelska)  // Current Protocols In Molecular Biology. - 2015. - 5 januari ( vol. 109 ). - S. 21-29 . - doi : 10.1002/0471142727.mb2129s109 . — PMID 25559105 .
  3. ↑ 1 2 Schep AN , Buenrostro JD , Denny SK , Schwartz K. , Sherlock G. , Greenleaf WJ Strukturerade nukleosomfingeravtryck möjliggör högupplöst kartläggning av kromatinarkitektur inom regulatoriska regioner.  (engelska)  // Genome Research. - 2015. - November ( vol. 25 , nr 11 ). - P. 1757-1770 . - doi : 10.1101/gr.192294.115 . — PMID 26314830 .
  4. ↑ Song L. , Crawford GE DNase-seq: en högupplöst teknik för kartläggning av aktiva genreglerande element över genomet från däggdjursceller.  (eng.)  // Cold Spring Harbor Protocols. - 2010. - Februari ( vol. 2010 , nr 2 ). - P. 5384-5384 . - doi : 10.1101/pdb.prot5384 . — PMID 20150147 .
  5. ↑ Bajic, Marko; Maher, Kelsey A.; Deal, Roger B. Identifiering av öppna kromatinregioner i växtgenom med ATAC-Seq // Plant Chromatin Dynamics  (obestämd) . - 2018. - T. 1675. - S. 183-201. — (Methods in Molecular Biology). - ISBN 978-1-4939-7317-0 . - doi : 10.1007/978-1-4939-7318-7_12 .
  6. ↑ Reznikoff WS Transposon Tn5.  (engelska)  // Annual Review Of Genetics. - 2008. - Vol. 42 . - s. 269-286 . - doi : 10.1146/annurev.genet.42.110807.091656 . — PMID 18680433 .
  7. ↑ 1 2 Picelli S. , Björklund AK , Reinius B. , Sagasser S. , Winberg G. , Sandberg R. Tn5 transposas- och tagmenteringsprocedurer för massivt skalade sekvenseringsprojekt.  (engelska)  // Genome Research. - 2014. - December ( vol. 24 , nr 12 ). - P. 2033-2040 . - doi : 10.1101/gr.177881.114 . — PMID 25079858 .
  8. ↑ Simon JM , Giresi PG , Davis IJ , Lieb JD Användning av formaldehyd-assisterad isolering av regulatoriska element (FAIRE) för att isolera aktivt regulatoriskt DNA.  (engelska)  // Nature protocols. - 2012. - Vol. 7, nr. 2 . - S. 256-267. - doi : 10.1038/nprot.2011.444 . — PMID 22262007 .
  9. ↑ Savic D. , Partridge EC , Newberry KM , Smith SB , Meadows SK , Roberts BS , Mackiewicz M. , Mendenhall EM , Myers RM .  (engelska)  // Genome Research. - 2015. - Oktober ( vol. 25 , nr 10 ). - P. 1581-1589 . - doi : 10.1101/gr.193540.115 . — PMID 26355004 .
  10. ↑ Hoeijmakers, Wieteke Anna Maria; Bartfai, Richard. Karakterisering av nukleosomlandskapet genom mikrokock-nukleassekvensering (MNase-seq) // Kromatinimmunutfällning  (neopr.) . - 2018. - T. 1689. - S. 83-101. — (Methods in Molecular Biology). — ISBN 978-1-4939-7379-8 . - doi : 10.1007/978-1-4939-7380-4_8 .
  11. ↑ 1 2 3 Buenrostro JD , Wu B. , Litzenburger UM , Ruff D. , Gonzales ML , Snyder MP , Chang HY , Greenleaf WJ Encellig kromatintillgänglighet avslöjar principer för regulatorisk variation.  (engelska)  // Nature. - 2015. - 23 juli ( vol. 523 , nr 7561 ). - S. 486-490 . - doi : 10.1038/nature14590 . — PMID 26083756 .
  12. ↑ 1 2 Li Z. , Schulz MH , Look T. , Begemann M. , Zenke M. , Costa IG Identifiering av transkriptionsfaktorbindningsställen med användning av ATAC-seq.  (engelska)  // Genome Biology. - 2019. - 26 februari ( vol. 20 , nr 1 ). - S. 45-45 . - doi : 10.1186/s13059-019-1642-2 . — PMID 30808370 .
  13. ↑ Spektor R. , Tippens ND , Mimoso CA , Soloway PD methyl-ATAC-seq mäter DNA-metylering vid tillgängligt kromatin.  (engelska)  // Genome Research. - 2019. - Juni ( vol. 29 , nr 6 ). - P. 969-977 . - doi : 10.1101/gr.245399.118 . — PMID 31160376 .
  14. ↑ Prescott SL , Srinivasan R. , Marchetto MC , Grishina I. , Narvaiza I. , Selleri L. , Gage FH , Swigut T. , Wysocka J. Förbättrar divergens och cis-regulatorisk evolution i människans och schimpans neurala crest.  (engelska)  // Cell. - 2015. - 24 september ( vol. 163 , nr 1 ). - S. 68-83 . - doi : 10.1016/j.cell.2015.08.036 . — PMID 26365491 .
  15. ↑ Lara-Astiaso D. , Weiner A. , Lorenzo-Vivas E. , Zaretsky I. , Jaitin DA , David E. , Keren-Shaul H. , Mildner A. , Winter D. , Jung S. , Friedman N. . Amit I. Immunogenetics. Kromatintillståndets dynamik under blodbildning.  (engelska)  // Science (New York, NY). - 2014. - 22 augusti ( vol. 345 , nr 6199 ). - P. 943-949 . - doi : 10.1126/science.1256271 . — PMID 25103404 .
  16. ↑ Corces MR , Granja JM , Shams S. , Louie BH , Seoane JA , Zhou W. , Silva TC , Groeneveld C. , Wong CK , Cho SW , Satpathy AT , Mumbach MR , Hoadley KA , Robertson AG , Shefau NC I. , Castro MAA , Berman BP , Staudt LM , Zenklusen JC , Laird PW , Curtis C. , Cancer Genome Atlas Analysis Network. , Greenleaf WJ , Chang HY Kromatintillgänglighetslandskapet för primära mänskliga cancerformer.  (engelska)  // Science (New York, NY). - 2018. - 26 oktober ( vol. 362 , nr 6413 ). - doi : 10.1126/science.aav1898 . — PMID 30361341 .
  17. ↑ Wang J. , Zibetti C. , Shang P. , Sripathi SR , Zhang P. , Cano M. , Hoang T. , Xia S. , Ji H. , Merbs SL , Zack DJ , Handa JT , Sinha D. , Blackshaw S. , Qian J. ATAC-Seq-analys avslöjar en utbredd minskning av kromatintillgänglighet vid åldersrelaterad makuladegeneration.  (engelska)  // Nature Communications. - 2018. - 10 april ( vol. 9 , nr 1 ). - P. 1364-1364 . - doi : 10.1038/s41467-018-03856-y . — PMID 29636475 .
  18. ↑ Mezger A. , Klemm S. , Mann I. , Brower K. , Mir A. , Bostick M. , Farmer A. , Fordyce P. , Linnarsson S. , Greenleaf W. High-throughput chromatin accessibility profiling at single-cell upplösning.  (engelska)  // Nature Communications. - 2018. - 7 september ( vol. 9 , nr 1 ). - P. 3647-3647 . - doi : 10.1038/s41467-018-05887-x . — PMID 30194434 .
  19. ↑ Lareau CA , Duarte FM , Chew JG , Kartha VK , Burkett ZD , Kohlway AS , Pokholok D. , Aryee MJ , Steemers FJ , Lebofsky R. , Buenrostro JD. Droplet -baserad kombinatorisk indexering för storskalig åtkomst i en cellromat.  (engelska)  // Nature Biotechnology. - 2019. - Augusti ( vol. 37 , nr 8 ). - P. 916-924 . - doi : 10.1038/s41587-019-0147-6 . — PMID 31235917 .
  20. ↑ Chen X. , Miragaia RJ , Natarajan KN , Teichmann SA En snabb och robust metod för enkelcellskromatintillgänglighetsprofilering.  (engelska)  // Nature Communications. - 2018. - 17 december ( vol. 9 , nr 1 ). - P. 5345-5345 . - doi : 10.1038/s41467-018-07771-0 . — PMID 30559361 .
  21. ↑ Li Zhijian , Kuppe Christoph , Cheng Mingbo , Menzel Sylvia , Zenke Martin , Kramann Rafael , Costa Ivan G. scOpen: chromatin-accessibility estimation of single-cell ATAC  data . - 2019. - 5 december. - doi : 10.1101/865931 .
  22. ↑ Schep AN , Wu B. , Buenrostro JD , Greenleaf WJ chromVAR: härleda transkriptionsfaktor-associerad tillgänglighet från encellig epigenomisk data.  (engelska)  // Nature Methods. - 2017. - Oktober ( vol. 14 , nr 10 ). - s. 975-978 . - doi : 10.1038/nmeth.4401 . — PMID 28825706 .