ATAC-последовательность
ATAC-seq ( Анализ транспозазы доступного - хроматина молекулярной по всему геному с использованием секвенирования ) — это метод, используемый в биологии для оценки доступности хроматина . [1] В 2013 году этот метод был впервые описан как альтернативный усовершенствованный метод для MNase-seq , FAIRE-Seq и DNase-Seq . [1] ATAC-seq — это более быстрый анализ эпигенома, чем DNase-seq или MNase-seq. [2] [3] [4]
Описание
[ редактировать ]ATAC-seq идентифицирует доступные участки ДНК , исследуя открытый хроматин гиперактивной мутантной транспозазой Tn5 , которая вставляет адаптеры секвенирования в открытые участки генома. [2] [5] Хотя встречающиеся в природе транспозазы имеют низкий уровень активности, в ATAC-seq используется мутировавшая гиперактивная транспозаза. [6] В процессе, называемом «тагментация», транспозаза Tn5 расщепляет и помечает двухцепочечную ДНК адаптерами секвенирования. [7] [8] Затем меченые фрагменты ДНК очищают, ПЦР -амплифицируют и секвенируют с использованием секвенирования нового поколения . [8] Считывания секвенирования затем можно использовать для определения областей повышенной доступности, а также для картирования областей сайтов связывания факторов транскрипции и положений нуклеосом. [2] Количество чтений региона коррелирует с тем, насколько открыт этот хроматин при разрешении в один нуклеотид. [2] ATAC-seq не требует обработки ультразвуком или экстракции фенолом-хлороформом, как FAIRE-seq; [9] никаких антител, таких как ChIP-seq ; [10] и отсутствие чувствительного ферментативного расщепления, такого как MNase-seq или DNase-seq. [11] Подготовка ATAC-seq может быть завершена менее чем за три часа. [12]
Приложения
[ редактировать ]
Анализ ATAC-Seq используется для исследования ряда признаков доступности хроматина. Наиболее распространенным применением являются эксперименты по картированию нуклеосом . [3] но его можно применить для картирования сайтов связывания факторов транскрипции , [13] адаптирован для картирования метилирования ДНК , сайтов [14] или в сочетании с методами секвенирования. [15]
Полезность картирования энхансеров с высоким разрешением варьируется от изучения эволюционных различий в использовании энхансеров (например, между шимпанзе и людьми) во время развития. [16] и обнаружение карты энхансеров, специфичных для линии, используемых во время дифференцировки клеток крови. [17]
ATAC-Seq также применялся для определения полногеномной доступности хроматина при раке человека. [18] и выявление общего снижения доступности хроматина при дегенерации желтого пятна . [19] Методы вычислительного отслеживания можно использовать с помощью ATAC-seq, чтобы найти сайты связывания, специфичные для клеток, и факторы транскрипции с клеточно-специфической активностью. [13]
Одноклеточный ATAC-seq
[ редактировать ]В протокол ATAC-seq были внесены изменения для обеспечения возможности анализа отдельных клеток . Микрофлюидику можно использовать для разделения отдельных ядер и индивидуального выполнения реакций ATAC-seq. [12] При таком подходе перед тегментацией отдельные клетки захватываются либо микрофлюидным устройством, либо системой жидкостного осаждения. [12] [20] Альтернативным методом, не требующим выделения отдельной клетки, является комбинаторное клеточное индексирование. [21] Этот метод использует штрих-кодирование для измерения доступности хроматина в тысячах отдельных клеток; он может генерировать эпигеномные профили для 10 000–100 000 клеток за эксперимент. [22] Но комбинаторное индексирование сот требует дополнительного, специально разработанного оборудования или большого количества модифицированного Tn5. [23] Недавно был разработан объединенный метод штрих-кодов под названием sci-CAR, позволяющий совместно профилировать доступность хроматина и экспрессию генов в отдельных клетках. [24]
Компьютерный анализ scATAC-seq основан на построении матрицы счета с количеством чтений на открытые области хроматина. Открытые области хроматина могут быть определены, например, с помощью стандартного пикового определения псевдообъемных данных ATAC-seq. Дальнейшие шаги включают сокращение данных с помощью PCA и кластеризацию ячеек. [20] Матрицы scATAC-seq могут быть чрезвычайно большими (сотни тысяч регионов) и чрезвычайно разреженными, т. е. менее 3% записей не равны нулю. [25] Следовательно, вменение матрицы счетчиков является еще одним важным шагом, выполняемым с использованием различных методов, таких как факторизация неотрицательной матрицы. Как и в случае с объемным ATAC-seq, scATAC-seq позволяет находить регуляторы, такие как факторы транскрипции, контролирующие экспрессию генов в клетках. Этого можно достичь, посмотрев на количество прочтений вокруг мотивов TF. [26] или анализ следов. [25]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Буэнростро Дж.Д., Гиреси П.Г., Заба Л.К., Чанг ХИ, Гринлиф У.Дж. (декабрь 2013 г.). «Транспозиция нативного хроматина для быстрого и чувствительного эпигеномного профилирования открытого хроматина, ДНК-связывающих белков и положения нуклеосом» . Природные методы . 10 (12): 1213–8. дои : 10.1038/nmeth.2688 . ПМЦ 3959825 . ПМИД 24097267 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Буэнростро Дж.Д., Ву Б., Чанг Х.И., Гринлиф У.Дж. (январь 2015 г.). «ATAC-seq: метод анализа доступности хроматина по всему геному» . Современные протоколы молекулярной биологии . 109 : 21.29.1–21.29.9. дои : 10.1002/0471142727.mb2129s109 . ПМЦ 4374986 . ПМИД 25559105 .
- ^ Перейти обратно: а б Шеп А.Н., Буэнростро Дж.Д., Денни С.К., Шварц К., Шерлок Дж., Гринлиф У.Дж. (ноябрь 2015 г.). «Структурированные нуклеосомные отпечатки пальцев позволяют картировать архитектуру хроматина в регуляторных регионах с высоким разрешением» . Геномные исследования . 25 (11): 1757–70. дои : 10.1101/гр.192294.115 . ПМК 4617971 . ПМИД 26314830 .
- ^ Сонг Л., Кроуфорд Дж. Э. (февраль 2010 г.). «DNase-seq: метод высокого разрешения для картирования активных генных регуляторных элементов по всему геному клеток млекопитающих» . Протоколы Колд-Спринг-Харбора . 2010 (2): pdb.prot5384. дои : 10.1101/pdb.prot5384 . ПМЦ 3627383 . ПМИД 20150147 .
- ^ Баич М., Махер К.А., Дил РБ (2018). «Идентификация областей открытого хроматина в геномах растений с использованием ATAC-Seq». Динамика хроматина растений . Методы молекулярной биологии. Том. 1675. стр. 183–201. дои : 10.1007/978-1-4939-7318-7_12 . ISBN 978-1-4939-7317-0 . ISSN 1064-3745 . ПМЦ 5693289 . ПМИД 29052193 .
- ^ Резников В.С. (2008). «Транспозон Тн5». Ежегодный обзор генетики . 42 (1): 269–86. дои : 10.1146/annurev.genet.42.110807.091656 . ПМИД 18680433 .
- ^ Ади, Эндрю (декабрь 2010 г.). «Быстрое создание библиотек фрагментов дробовика с низкими затратами и низким уровнем смещения путем транспозиции высокой плотности in vitro» . Геномная биология . 11 (12): 119 р. дои : 10.1186/gb-2010-11-12-r119 . ПМК 3046479 . ПМИД 21143862 .
- ^ Перейти обратно: а б Пичелли С., Бьорклунд А.К., Рейниус Б., Сагассер С., Винберг Г., Сандберг Р. (декабрь 2014 г.). «Процедуры транспозазы и тагментации Tn5 для крупномасштабных проектов секвенирования» . Геномные исследования . 24 (12): 2033–40. дои : 10.1101/гр.177881.114 . ПМЦ 4248319 . ПМИД 25079858 .
- ^ Саймон Дж.М., Гирези П.Г., Дэвис И.Дж., Либ Дж.Д. (январь 2012 г.). «Использование выделения регуляторных элементов с помощью формальдегида (FAIRE) для выделения активной регуляторной ДНК» . Протоколы природы . 7 (2): 256–67. дои : 10.1038/nprot.2011.444 . ПМЦ 3784247 . ПМИД 22262007 .
- ^ Савик Д., Партридж ЕС, Ньюберри К.М., Смит С.Б., Медоуз С.К., Робертс Б.С. и др. (октябрь 2015 г.). «CETCh-seq: мечение эпитопа CRISPR ChIP-seq ДНК-связывающих белков» . Геномные исследования . 25 (10): 1581–9. дои : 10.1101/гр.193540.115 . ПМЦ 4579343 . ПМИД 26355004 .
- ^ Хоймейкерс В.А., Бартфай Р. (2018). «Характеристика нуклеосомного ландшафта с помощью микрококкового нуклеазного секвенирования (MNase-seq)». Иммунопреципитация хроматина . Методы молекулярной биологии. Том. 1689. стр. 83–101. дои : 10.1007/978-1-4939-7380-4_8 . ISBN 978-1-4939-7379-8 . ISSN 1064-3745 . ПМИД 29027167 .
- ^ Перейти обратно: а б с Буэнростро Дж.Д., Ву Б., Литценбургер У.М., Рафф Д., Гонсалес М.Л., Снайдер М.П. и др. (июль 2015 г.). «Доступность одноклеточного хроматина раскрывает принципы регуляторных вариаций» . Природа . 523 (7561): 486–90. Бибкод : 2015Natur.523..486B . дои : 10.1038/nature14590 . ПМЦ 4685948 . ПМИД 26083756 .
- ^ Перейти обратно: а б Ли, Чжицзянь; Шульц, Марсель Х.; Смотри, Томас; Бегеманн, Матиас; Зенке, Мартин; Коста, Иван Г. (26 февраля 2019 г.). «Идентификация сайтов связывания транскрипционных факторов с использованием ATAC-seq» . Геномная биология . 20 (1): 45. дои : 10.1186/s13059-019-1642-2 . ПМК 6391789 . ПМИД 30808370 .
- ^ Спектор Р., Типпенс Н.Д., Мимосо Калифорния, Солоуэй П.Д. (июнь 2019 г.). «метил-ATAC-seq измеряет метилирование ДНК в доступном хроматине» . Геномные исследования . 29 (6): 969–977. дои : 10.1101/гр.245399.118 . ПМК 6581052 . ПМИД 31160376 .
- ^ Хендриксон Д.Г., Сойфер И., Враник Б.Дж., Ботштейн Д., Скотт МакИсаак Р. (2018), «Одновременное профилирование динамики доступности ДНК и экспрессии генов с помощью ATAC-Seq и RNA-Seq», Вычислительная клеточная биология , Методы молекулярной биологии, том. 1819, Springer New York, стр. 317–333, номер документа : 10.1007/978-1-4939-8618-7_15 , ISBN. 9781493986170 , PMID 30421411
- ^ Прескотт С.Л., Шринивасан Р., Маркетто М.С., Гришина И., Нарваиза И., Селлери Л. и др. (сентябрь 2015 г.). «Дивергенция усилителей и цис-регуляторная эволюция в нервном гребне человека и шимпанзе» . Клетка . 163 (1): 68–83. дои : 10.1016/j.cell.2015.08.036 . ПМЦ 4848043 . ПМИД 26365491 .
- ^ Лара-Астиасо Д., Вайнер А., Лоренцо-Вивас Е., Зарецкий И., Джайтин Д.А., Дэвид Е. и др. (август 2014 г.). «Иммуногенетика. Динамика состояния хроматина в процессе кроветворения» . Наука . 345 (6199): 943–9. дои : 10.1126/science.1256271 . ПМЦ 4412442 . ПМИД 25103404 .
- ^ Корсес М.Р., Гранха Дж.М., Шамс С., Луи Б.Х., Сеоан Дж.А., Чжоу В. и др. (октябрь 2018 г.). «Ландшафт доступности хроматина при первичных раковых заболеваниях человека» . Наука . 362 (6413): eaav1898. Бибкод : 2018Sci...362.1898C . дои : 10.1126/science.aav1898 . ПМК 6408149 . ПМИД 30361341 .
- ^ Ван Дж., Зибетти С., Шан П., Шрипати С.Р., Чжан П., Кано М. и др. (апрель 2018 г.). «Анализ ATAC-Seq выявил повсеместное снижение доступности хроматина при возрастной дегенерации желтого пятна» . Природные коммуникации . 9 (1): 1364. Бибкод : 2018NatCo...9.1364W . дои : 10.1038/s41467-018-03856-y . ПМЦ 5893535 . ПМИД 29636475 .
- ^ Перейти обратно: а б Мезгер А., Клемм С., Манн И., Брауэр К., Мир А., Бостик М. и др. (сентябрь 2018 г.). «Высокопроизводительное профилирование доступности хроматина с разрешением одной клетки» . Природные коммуникации . 9 (1): 3647. Бибкод : 2018NatCo...9.3647M . дои : 10.1038/s41467-018-05887-x . ПМК 6128862 . ПМИД 30194434 .
- ^ Кусанович, Даррен (май 2015 г.). «Мультиплексное профилирование отдельных клеток доступности хроматина путем комбинаторного клеточного индексирования» . Наука . 348 (6237): 910–914. Бибкод : 2015Sci...348..910C . дои : 10.1126/science.aab1601 . ПМЦ 4836442 . ПМИД 25953818 .
- ^ Ларо К.А., Дуарте Ф.М., Чу Дж.Г., Карта В.К., Беркетт З.Д., Колуэй А.С., Похолок Д., Ари М.Дж. и др. (2019). «Комбинаторное индексирование на основе капель для крупномасштабной эпигеномики отдельных клеток» . биоRxiv . дои : 10.1101/612713 .
- ^ Чен X, Мирагайа Р.Дж., Натараджан К.Н., Тейхманн С.А. (декабрь 2018 г.). «Быстрый и надежный метод определения профиля доступности хроматина отдельных клеток» . Природные коммуникации . 9 (1): 5345. Бибкод : 2018NatCo...9.5345C . дои : 10.1038/s41467-018-07771-0 . ПМК 6297232 . ПМИД 30559361 .
- ^ Цао, Джуньюэ; Кусанович, Даррен А.; Рамани, Виджай; Агамирзаие, Деласа; Плинер, Ханна А.; Хилл, Эндрю Дж.; Даза, Риза М.; Макфалин-Фигероа, Хосе Л.; Пакер, Джонатан С.; Кристиансен, Лена; Стимерс, Фрэнк Дж. (28 сентября 2018 г.). «Совместное профилирование доступности хроматина и экспрессии генов в тысячах отдельных клеток» . Наука . 361 (6409): 1380–1385. Бибкод : 2018Sci...361.1380C . дои : 10.1126/science.aau0730 . ISSN 0036-8075 . ПМК 6571013 . ПМИД 30166440 .
- ^ Перейти обратно: а б Ли З., Куппе С., Ченг М., Мензель С., Зенке М., Краманн Р. и др. (2021). «Оценка доступности хроматина на основе данных ATAC-seq для отдельных клеток с помощью scOpen» . Природные коммуникации . 12 (1): 865931. Бибкод : 2021NatCo..12.6386L . дои : 10.1038/s41467-021-26530-2 . ПМЦ 8568974 . ПМИД 34737275 .
- ^ Шеп А.Н., Ву Б., Буэнростро Дж.Д., Гринлиф У.Дж. (октябрь 2017 г.). «chromVAR: вывод о доступности, связанной с транскрипционным фактором, на основе эпигеномных данных отдельных клеток» . Природные методы . 14 (10): 975–978. дои : 10.1038/nmeth.4401 . ПМК 5623146 . ПМИД 28825706 .