『壹』 組學技術——ATAC-seq
最近和很多小夥伴聊到ATAC-seq這個組學技術，正好趁此機會學習分享一下。
要想知道ATAC-seq的作用，首先必須知道染色質的結構，以human為例，有一定molecular biology背景的人都知道，人類的DNA並不是裸露的，長度驚人的DNA鏈是以一種特殊的結構被「收納」在細胞中的：DNA纏繞在組蛋白上，形成串珠式的結構。這樣的結構還能夠進一步折疊、濃聚，並在其他架構蛋白的輔助下，進而形成染色體。
新的問題在於，這樣的高級結構必然會導致轉錄的難以進行，那麼細胞如何調整來進行正常的轉錄呢？答案就在於 染色質重塑 （chromatin remodeling），染色質重塑是通過對染色質結構的動態修飾，從而允許凝聚的基因組 DNA 與調控轉錄機制的相關蛋白相互作用，從而控制基因表達。[1]基於這樣的調控機制，可以將染色質分為兩類： 常染色質 （鬆散或開放染色質，euchromatin）結構可用於轉錄； 異染色質 （緊密或閉合染色質，heterochromatin）結構更緊湊，不易進行轉錄。
基於上面的描述，我們如何對基因組上不同的染色質結構進行研究呢？ATAC-seq給了我們這樣的機會，ATAC-seq全稱 A ssay for T ransposase- A ccessible C hromatin using seq uencing，是一種在全基因組范圍內評估 染色質開放性 的組學技術，是表觀遺傳學研究的重要方法，該項技術於2013年被斯坦福大學William Greenleaf教授團隊開發，相關論文發表在 Nature Methods 上。[3]
轉座子 （transposons）是基因組上的一種元件，它能夠改變自己在基因組上的位置，具有「跳躍性」，這個生物學過程就是由轉座酶介導的（transposase），Tn5就是一種轉座酶。 已經有研究表明，在體外例如轉座子更傾向於插入開放染色質區域。 [4]所以ATAC-seq利用這個特點，將測序所用adaptor加在Tn5轉座酶上，這樣Tn5轉座酶就可以將adaptor添加到開放染色質區域的DNA兩端，這樣就可以對這部分序列進行測序了。（當然作者們對其可行性進行了一波三折的評估，包括將其與之前經典的染色質結構研究組學技術 DNase-Seq 和 FAIRE-Seq 結果的比較）
還有其它的技術能夠實現這樣的目的，它們分別是 DNase-Seq 、 FAIRE-Seq 和 MNase-seq *，原理相通~
Reference:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Chromatin_remodeling .
[2] Xu J, Liu Y. Probing Chromatin Compaction and Its Epigenetic States in situ With Single-Molecule Localization-Based Super-Resolution Micros. Front Cell Dev Biol . 2021;9:653077.
[3] Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nat Methods . 2013;10(12):1213-1218.
[4] Gangadharan S, Mularoni L, Fain-Thornton J, Wheelan SJ, Craig NL. DNA transposon Hermes inserts into DNA in nucleosome-free regions in vivo. Proc Natl Acad Sci . 2010;107(51):21966-21972.