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  • 前沿|ATAC-seq专题-Genome Biology & Genome Research

    ATAC-seq(Assay for Transposase – Accessible Chromatin with highthroughput sequencing),是一种通过使用高通量测序对易接近转座酶核染色质进行分析的一种方法。通过高活性的Tn5转座酶将测序接头插入染色质的开放区域,然后通过测序数据来推断染色质区域的可接触性,并计算转录因子结合位点和核小体的区域位置。ATAC-seq是目前用于研究基因组调控定位最简单有效的方法。

    本期小编将分享近期发表的3篇ATAC-seq相关前沿文献。

    前沿文献一

    ATAC-seq数据中含有大量线粒体DNA(mtDNA) reads,严重影响数据的有效比例和有效测序深度,使用经典的ATAC-seq建库测序方法,作者观察到在K562细胞中比对到mtDNA reads比例在75%。

    因此作者改进了ATAC-seq建库方法,以减少mtDNA污染:1)将裂解缓冲液中细胞裂解的时间从最初的10分钟减少到5分钟;2)直接进行转座反应不引入加裂解缓冲液步骤。

    这2种方法中,不使用裂解缓冲液裂解方法(no lysis buffer),显著降低了mtDNA污染比例,仅18%,(可能是有助于线粒体核膜保持完整)。同时,增加了ATAC-seq和DNase-seq两种方法在reads水平的一致性。后续研究中采用改进的no lysis buffer方案进行ATAC-seq建库。

     

    作者还探究了文库/测序深度对揭示开放染色质区域的影响,高深度和中等深度的ATAC-seq鉴定了相似数量的peaks,而低深度则略微减少。具有生物学重复的低至中等深度25-50Mb reads文库足以可靠地鉴定人细胞系中的开放染色质区域。

    前人研究表明,DNase I酶以非随机方式切割基因组DNA,不同序列具有不同的切割倾向,并且这种序列偏差对未经校正的footprinting质量有不利影响。作者发现ATAC-seq和DNase-seq具有不同的序列偏差,但推断的足迹的位置基本上是一致的。

    偏差校正对footprinting性能的影响,对于DNase-seq比对ATAC-seq更大??梢酝ü褂蒙镅е馗蠢吹玫揭恢碌膄ootprinting,突出重复性评估的重要性。

    前沿文献二

    CCCTC结合因子(CCCTC-binding factor,CTCF)在间期中形成拓扑结构域(TAD)和loop环中起关键作用。在有丝分裂期间,不存在TAD,但是细胞周期中如何动态控制TAD形成尚不清楚。作者使用了4种不同的方法来阐明这个问题:

    1)使用5C技术,证实TAD和CTCF环很容易在间期检测到,但在分裂前中期不存在。

    2)ATAC-seq分析显示CTCF位点显示出大大降低的可及性,并且丧失了前中期CTCF footprinting,表明CTCF结合的丧失和结合基序周围的核小体阵列的重排。转录起始位点在前中期仍然可以接近。

    3)使用CUT&RUN测序直接证明了位点特异性CTCF结合的丧失。(CUT&RUN测序即靶标切割和使用核酸酶释放蛋白和靶DNA结合片段,将微核细胞核酸酶的抗体靶向控制切割与大规模平行DNA测序相结合,以鉴定DNA相关蛋白的结合位点。它可用于精确定位任何感兴趣的蛋白质的全局DNA结合位点。目前,ChIP-Seq是用于研究蛋白质-DNA关系的最常用技术,然而,它受到许多实际和经济限制,CUT&RUN测序则不受这些影响。)

    4)活细胞成像技术,光漂白荧光恢复和单分子追踪技术显示几乎所有CTCF染色质结合都在分裂前中期丢失。

    综上,在前中期期间CTCF与CTCF位点结合的丧失以及CTCF基序周围的染色质重排,并且cohesin丧失,将导致在有丝分裂期间观察到的TAD和CTCF环的丧失,并揭示CTCF位点、关键的结构顺式元件以及在蛋白因子结合和核小体定位中显示细胞周期阶段依赖性动力学。

    前沿文献三

    转录调控网络(Transcriptional regulatory networks,TRN)通过描述转录因子(TF)与其靶基因之间的相互作用提供对细胞行为的了解。ATAC-seq与TF motif分析相结合,提供了全基因组数百个TF的染色质结合的间接证据。

    作者提出了在哺乳动物中进行TRN推理的方法,使用ATAC-seq数据来改进基因表达模型。在辅助性T细胞17(Th17)分化的背景下测试了该方法,产生新的ATAC-seq数据以补充现有的Th17基因组资源。新的TRN推理方法整合和扩展之前的Th17 TRN,以整合所有Th17数据(基因表达、ATAC-seq、TF敲除和ChIP-seq)。

    鉴于ATAC-seq的普及,其提供高分辨率TF结合图谱和低样品起始量要求,作者预计他们的TRN方法将改进新哺乳动物系统中的TRN推断,特别是在体内,直接来自人和动物模型的细胞。

     

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