ATAC sekv

ATAC-seq (fra engelsk.  A ssay for T ransposase- A ccessible C hromatin using sequ uencing ) er en metode til hel genomisk vurdering af graden af ​​kromatinåbenhed [1] . Metoden dukkede op i 2013 som et alternativ til MNase-seq ( sekventering af steder, der er tilgængelige for mikrokoknuklease ), FAIRE-Seq og DNase-seq [1] . Sammenlignet med DNase-seq og MNase-seq er ATAC-seq en hurtigere og mere følsom metode til at analysere epigenomet [2] [3] [4] .

Beskrivelse

ATAC-seq detekterer eksponerede DNA -områder i kromatin ved hjælp af en hyperaktiv mutantform af Tn5- transposase , som indsætter sekventeringsadaptere i eksponerede områder af genomet [2] [5] . Mens vildtype- transposaser har en tendens til at have lav aktivitet, har enzymet anvendt i ATAC-seq øget aktivitet [6] . Under tagmenteringsprocessen introducerer Tn5 - transposase  dobbeltstrengsbrud i åbne områder af genomet og indsætter sekventeringsadaptere i brudene [7] . DNA-fragmenterne, der indeholder adapterne, renses derefter, amplificeres ved polymerasekædereaktion og sekventeres ved hjælp af næste generations sekventeringsmetoder [7] . Baseret på -aflæsningerne opnået som et resultat af sekventering er det muligt at identificere åbne kromatinregioner , transkriptionsfaktorbindingssteder såvel som nukleosompositioner [2] . Jo mere åben kromatinet er, jo flere aflæsninger falder på den tilsvarende region af genomet, og nøjagtigheden af ​​en sådan vurdering når en værdi på ét nukleotid [2] . I modsætning til FAIRE-seq kræver ATAC-seq ikke sonikering eller ekstraktion med phenol og chloroform [8] ; i modsætning til ChIP-seq kræver denne metode ikke brug af antistoffer [9] eller DNA-skæring med specielle enzymer, som i tilfældet med DNase-seq og MNase-seq metoderne [10] . Prøveforberedelse til ATAC-seq tager kun omkring tre timer [11] .

Ansøgning

ATAC-seq bruges til at kvantificere åbne kromatinregioner. Oftest bruges denne metode i eksperimenter til at fastslå positionen af ​​nukleosomer [3] , men den kan bruges til at identificere bindingssteder for transkriptionsfaktorer [12] og DNA-methyleringssteder [13] . ATAC-seq kan bruges til at lokalisere forstærkere , for eksempel i undersøgelser af forstærkerudvikling [14] eller til at identificere specifikke forstærkere, der fungerer under blodcelledifferentiering [ 15 ] .

ATAC-seq blev brugt til genom-dækkende påvisning af aktive kromatinregioner i forskellige humane cancerceller [ 16] . Ved hjælp af denne metode er et generelt fald i antallet af åbne kromatinregioner ved makuladegeneration blevet vist [17] . ATAC-seq kan bruges til at identificere proteinbindingssteder , der er specifikke for disse celler , såvel som transkriptionsfaktorer med specifik aktivitet i forskellige celletyper [12] .

ATAC-seq enkeltceller

Der er modifikationer af ATAC-seq-protokollen designet til analyse af kromatin i enkeltceller. Ved hjælp af mikrohydrodynamiske tilgange er det muligt at isolere individuelle cellekerner , og allerede på dem at producere ATAC-seq [11] . I denne tilgang sker isolering af enkeltceller før introduktionen af ​​adaptere til sekventering i genomet [11] [18] . En anden tilgang, kendt som kombinatorisk celleindeksering, kræver ikke isolering af enkelte celler. Denne metode bruger stregkoder til at vurdere kromatintilgængeligheden i tusindvis af celler . I et sådant eksperiment er det muligt at opnå en epigenomisk profil for 10.000-100.000 celler [19] . Imidlertid kræver kombinatorisk indeksering af celler yderligere komplekst udstyr og en særlig form for Tn5-transposase [20] .

Bioinformatikanalyse af enkeltcellede ATAC-seq-data er baseret på konstruktionen af ​​en matrix , hvor kromatinregioner er i modsætning til antallet af læsninger, der faldt på dem. Sådanne matricer kan være meget store og indeholde hundredtusindvis af kromatinregioner, hvor et antal aflæsninger, der ikke er nul, udgør ikke mere end 3 % af dem [21] . Som standard ATAC-seq gør single-celle ATAC-seq det muligt at identificere transkriptionsfaktorer, der er aktive i en given celle, for eksempel ved at analysere antallet af læsninger på deres bindingssteder [22] .

Noter

  1. ↑ 1 2 Buenrostro JD , Giresi PG , Zaba LC , Chang HY , Greenleaf WJ Transposition af naturligt kromatin til hurtig og følsom epigenomisk profilering af åben kromatin, DNA-bindende proteiner og nukleosomposition.  (engelsk)  // Nature Methods. - 2013. - December ( bind 10 , nr. 12 ). - S. 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.  (engelsk)  // Current Protocols In Molecular Biology. - 2015. - 5. januar ( bind 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 Strukturerede nukleosomfingeraftryk muliggør højopløsningskortlægning af kromatinarkitektur inden for regulatoriske områder.  (engelsk)  // Genome Research. - 2015. - November ( bind 25 , nr. 11 ). - P. 1757-1770 . - doi : 10.1101/gr.192294.115 . — PMID 26314830 .
  4. ↑ Song L. , Crawford GE DNase-seq: en højopløsningsteknik til kortlægning af aktive genregulerende elementer på tværs af genomet fra pattedyrsceller.  (eng.)  // Cold Spring Harbor Protocols. - 2010. - Februar ( bd. 2010 , nr. 2 ). - P. 5384-5384 . - doi : 10.1101/pdb.prot5384 . — PMID 20150147 .
  5. ↑ Bajic, Marko; Maher, Kelsey A.; Deal, Roger B. Identifikation af åbne kromatinregioner i plantegenomer ved hjælp af ATAC-Seq // Plantekromatindynamik  (ubestemt) . - 2018. - T. 1675. - S. 183-201. — (Metoder i molekylærbiologi). - ISBN 978-1-4939-7317-0 . - doi : 10.1007/978-1-4939-7318-7_12 .
  6. ↑ Reznikoff WS Transposon Tn5.  (engelsk)  // Årlig gennemgang af genetik. - 2008. - Bd. 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 transposase- og tagmenteringsprocedurer til massivt skalerede sekventeringsprojekter.  (engelsk)  // Genome Research. - 2014. - December ( bind 24 , nr. 12 ). - S. 2033-2040 . - doi : 10.1101/gr.177881.114 . — PMID 25079858 .
  8. ↑ Simon JM , Giresi PG , Davis IJ , Lieb JD Brug af formaldehyd-assisteret isolering af regulatoriske elementer (FAIRE) til at isolere aktivt regulatorisk DNA.  (engelsk)  // Naturprotokoller. - 2012. - Bd. 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 CETCh-seq: CRISPR-epitoptagging ChIP-seq af DNA-bindende proteiner.  (engelsk)  // Genome Research. - 2015. - Oktober ( bind 25 , nr. 10 ). - S. 1581-1589 . - doi : 10.1101/gr.193540.115 . — PMID 26355004 .
  10. ↑ Hoeijmakers, Wieteke Anna Maria; Bartfai, Richard. Karakterisering af nukleosomlandskabet ved mikrokok-nuklease-sekventering (MNase-seq) // Chromatin Immunopræcipitation  (neopr.) . - 2018. - T. 1689. - S. 83-101. — (Metoder i molekylærbiologi). — 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 Enkeltcellet kromatintilgængelighed afslører principper for regulatorisk variation.  (engelsk)  // Nature. - 2015. - 23. juli ( bd. 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 Identifikation af transkriptionsfaktorbindingssteder ved hjælp af ATAC-seq.  (engelsk)  // Genome Biology. - 2019. - 26. februar ( bind 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 måler DNA-methylering ved tilgængeligt kromatin.  (engelsk)  // Genome Research. - 2019. - Juni ( bind 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. Forstærker divergens og cis-regulatorisk evolution i menneskets og chimpans neurale kam.  (engelsk)  // Cell. - 2015. - 24. september ( bd. 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. Immunogenetik. Kromatintilstandsdynamik under bloddannelse.  (engelsk)  // Science (New York, NY). - 2014. - 22. august ( bd. 345 , nr. 6199 ). - S. 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 Kromatintilgængelighedslandskabet for primære humane kræftformer.  (engelsk)  // Science (New York, NY). - 2018. - 26. oktober ( bd. 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-analyse afslører et udbredt fald i kromatintilgængelighed ved aldersrelateret makuladegeneration.  (engelsk)  // Nature Communications. - 2018. - 10. april ( bind 9 , nr. 1 ). - S. 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-tilgængelighedsprofilering ved enkeltcelle løsning.  (engelsk)  // Nature Communications. - 2018. - 7. september ( bind 9 , nr. 1 ). - S. 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 Dråbebaseret kombinatorisk indeksering af enkeltcelle-tilgængelighed i storskala.  (engelsk)  // Nature Biotechnology. - 2019. - August ( bind 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 hurtig og robust metode til enkeltcelle-kromatintilgængelighedsprofilering.  (engelsk)  // Nature Communications. - 2018. - 17. december ( bind 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: at udlede transkriptionsfaktor-associeret tilgængelighed fra enkeltcellede epigenomiske data.  (engelsk)  // Nature Methods. - 2017. - Oktober ( bind 14 , nr. 10 ). - S. 975-978 . - doi : 10.1038/nmeth.4401 . — PMID 28825706 .