ATAC-seq - ATAC-seq

ATAC-seq (Аssay для Тransposase-Адоступный Cхроматин с использованием sequencing) - техника, используемая в молекулярная биология для оценки всего генома доступность хроматина.[1] В 2013 году этот метод был впервые описан как альтернативный продвинутый метод для MNase-seq, FAIRE-Seq и ДНКаза-Seq.[1] ATAC-seq - это более быстрый и более чувствительный анализ эпигенома, чем DNase-seq или MNase-seq.[2][3][4]

Описание

ATAC-seq определяет доступные ДНК области путем зондирования открытого хроматина гиперактивным мутантом Транспозаза Tn5 который вставляет адаптеры секвенирования в открытые области генома. [2][5] В то время как встречающиеся в природе транспозазы имеют низкий уровень активности, ATAC-seq использует мутированную гиперактивную транспозазу.[6] В процессе, называемом «мечение», транспозаза Tn5 расщепляет и маркирует двухцепочечную ДНК с помощью адаптеров секвенирования.[7][8] Помеченные фрагменты ДНК затем очищают, ПЦР -усиленный и секвенированный с использованием секвенирование следующего поколения.[8] Затем чтение секвенирования можно использовать для определения областей с повышенной доступностью, а также для отображения областей фактор транскрипции сайты связывания и положения нуклеосом.[2] Количество считываний для области коррелирует с тем, насколько открыт этот хроматин при разрешении одного нуклеотида.[2] ATAC-seq не требует обработка ультразвуком или же фенол-хлороформная экстракция как FAIRE-seq;[9] нет антител, подобных ChIP-seq;[10] и отсутствие чувствительного ферментативного переваривания, такого как MNase-seq или DNase-seq.[11] Подготовка к ATAC-seq может быть завершена менее чем за три часа.[12]

Приложения

Приложения ATAC-Seq

Анализ ATAC-Seq используется для исследования ряда сигнатур доступности хроматина. Чаще всего используется нуклеосома картографические эксперименты,[3] но его можно применить к отображению сайты связывания факторов транскрипции,[13] адаптирован к карте Метилирование ДНК места,[14] или в сочетании с методами секвенирования.[15]

Полезность картирования энхансеров с высоким разрешением варьируется от изучения эволюционного расхождения в использовании энхансеров (например, между шимпанзе и человеком) во время развития.[16] и раскрытие карты энхансеров, специфичных для клонов, используемых во время дифференцировки клеток крови.[17]

ATAC-Seq также применялся для определения общегеномного ландшафта доступности хроматина при раке человека,[18] и обнаруживая общее снижение доступности хроматина у дегенерация желтого пятна.[19] Методы компьютерного следа можно выполнять на ATAC-seq, чтобы найти специфичные для клетки сайты связывания и факторы транскрипции с клеточно-специфической активностью.[13]

Одноячеечный ATAC-seq

В протокол ATAC-seq внесены изменения, чтобы приспособить одноклеточный анализ. Микрофлюидика может использоваться для разделения отдельных ядер и индивидуального выполнения реакций ATAC-seq.[12] При таком подходе отдельные клетки захватываются либо микрофлюидным устройством, либо системой жидкого осаждения до мечения.[12][20] Альтернативный метод, который не требует изоляции отдельной клетки, - это комбинаторная клеточная индексация.[21] Этот метод использует штрих-кодирование для измерения доступности хроматина в тысячах отдельных клеток; он может генерировать эпигеномные профили от 10 000 до 100 000 клеток за эксперимент.[22] Но для комбинаторной клеточной индексации требуется дополнительное оборудование, разработанное на заказ, или большое количество модифицированного Tn5.[23]

Вычислительный анализ scATAC-seq основан на построении счетной матрицы с количеством считываний на открытые участки хроматина. Открытые области хроматина можно определить, например, стандартным вызовом пика псевдо-объемных 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 крайне разреженными, т.е. менее 3% записей ненулевые.[24] Следовательно, вменение матрицы подсчета - еще один важный шаг. Как и в случае с массовым 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.[25] или анализ отпечатков пальцев.[24]

Рекомендации

  1. ^ а б Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ (декабрь 2013 г.). «Транспозиция нативного хроматина для быстрого и чувствительного эпигеномного профилирования открытого хроматина, ДНК-связывающих белков и положения нуклеосом». Методы природы. 10 (12): 1213–8. Дои:10.1038 / nmeth.2688. ЧВК  3959825. PMID  24097267.
  2. ^ а б c d Буэнростро Д.Д., Ву Б., Чанг Х.Й., Гринлиф ВДЖ (январь 2015 г.). «ATAC-seq: метод определения доступности хроматина для всего генома». Текущие протоколы в молекулярной биологии. 109: 21.29.1–21.29.9. Дои:10.1002 / 0471142727.mb2129s109. ЧВК  4374986. PMID  25559105.
  3. ^ а б Шеп А.Н., Буэнростро Д.Д., Денни С.К., Шварц К., Шерлок Г., Гринлиф В.Дж. (ноябрь 2015 г.). «Структурированные отпечатки пальцев нуклеосом позволяют с высоким разрешением картировать архитектуру хроматина в регуляторных областях». Геномные исследования. 25 (11): 1757–70. Дои:10.1101 / гр.192294.115. ЧВК  4617971. PMID  26314830.
  4. ^ Сонг Л., Кроуфорд Дж. Э. (февраль 2010 г.). «DNase-seq: метод высокого разрешения для картирования активных регуляторных элементов гена в геноме из клеток млекопитающих». Протоколы Колд-Спринг-Харбор. 2010 (2): pdb.prot5384. Дои:10.1101 / pdb.prot5384. ЧВК  3627383. PMID  20150147.
  5. ^ Баджич М., Махер К.А., Дил РБ (2018). «Идентификация открытых участков хроматина в геномах растений с использованием ATAC-Seq». Динамика хроматина растений. Методы молекулярной биологии. 1675. С. 183–201. Дои:10.1007/978-1-4939-7318-7_12. ISBN  978-1-4939-7317-0. ISSN  1064-3745. ЧВК  5693289. PMID  29052193.
  6. ^ Резникофф WS (2008). «Транспозон Tn5». Ежегодный обзор генетики. 42 (1): 269–86. Дои:10.1146 / annurev.genet.42.110807.091656. PMID  18680433.
  7. ^ Адей, Эндрю (декабрь 2010 г.). «Быстрое конструирование библиотек фрагментов дробовика с малым вводом и низким смещением путем транспозиции in vitro с высокой плотностью». Геномная биология. 11 (12): R119. Дои:10.1186 / gb-2010-11-12-r119. ЧВК  3046479. PMID  21143862.
  8. ^ а б Пичелли С., Бьёрклунд А. К., Рейниус Б., Сагассер С., Винберг Г., Сандберг Р. (декабрь 2014 г.). «Процедуры транспозазы и тегирования Tn5 для крупномасштабных проектов секвенирования». Геномные исследования. 24 (12): 2033–40. Дои:10.1101 / гр.177881.114. ЧВК  4248319. PMID  25079858.
  9. ^ Саймон Дж. М., Гиреси П. Г., Дэвис И. Дж., Либ Дж. Д. (январь 2012 г.). «Использование формальдегида для выделения регуляторных элементов (FAIRE) для выделения активной регуляторной ДНК». Протоколы природы. 7 (2): 256–67. Дои:10.1038 / nprot.2011.444. ЧВК  3784247. PMID  22262007.
  10. ^ Savic D, Partridge EC, Newberry KM, Smith SB, Meadows SK, Roberts BS и др. (Октябрь 2015 г.). "CETCh-seq: CRISPR-эпитоп, маркирующий ChIP-seq ДНК-связывающих белков". Геномные исследования. 25 (10): 1581–9. Дои:10.1101 / гр.193540.115. ЧВК  4579343. PMID  26355004.
  11. ^ Hoeijmakers WA, Bártfai R (2018). «Характеристика нуклеосомного ландшафта с помощью микрококковой нуклеазы-секвенирования (MNase-seq)». Иммунопреципитация хроматина. Методы молекулярной биологии. 1689. С. 83–101. Дои:10.1007/978-1-4939-7380-4_8. ISBN  978-1-4939-7379-8. ISSN  1064-3745. PMID  29027167.
  12. ^ а б c 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 регуляторной изменчивости». Природа. 523 (7561): 486–90. Bibcode:2015Натура.523..486Б. Дои:10.1038 / природа14590. ЧВК  4685948. PMID  26083756.
  13. ^ а б Ли З, Шульц М.Х., Зенке М., Коста И.Г. (2018-07-08). «Идентификация сайтов связывания транскрипционных факторов с помощью ATAC-seq». Дои:10.1101/362863. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  14. ^ Спектор Р., Типпенс Н.Д., Мимосо, Калифорния, Солоуэй, полиция (июнь 2019 г.). «метил-ATAC-seq измеряет метилирование ДНК в доступном хроматине». Геномные исследования. 29 (6): 969–977. Дои:10.1101 / gr.245399.118. ЧВК  6581052. PMID  31160376.
  15. ^ Хендриксон Д.Г., Сойфер I, Враник Б.Дж., Ботштейн Д., Скотт Макайзак Р. (2018), Одновременное профилирование доступности ДНК и динамики экспрессии генов с помощью ATAC-Seq и RNA-Seq, Методы молекулярной биологии, 1819, Springer New York, стр. 317–333, Дои:10.1007/978-1-4939-8618-7_15, ISBN  9781493986170, PMID  30421411
  16. ^ Прескотт С.Л., Сринивасан Р., Маркетто М.К., Гришина И., Нарваиза И., Селлери Л. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Расхождение энхансеров и цис-регуляторная эволюция нервного гребня человека и шимпанзе». Клетка. 163 (1): 68–83. Дои:10.1016 / j.cell.2015.08.036. ЧВК  4848043. PMID  26365491.
  17. ^ Лара-Астиасо Д., Вайнер А., Лоренцо-Вивас Е., Зарецкий И., Джайтин Д. А., Дэвид Е. и др. (Август 2014 г.). «Иммуногенетика. Динамика состояния хроматина при кроветворении». Наука. 345 (6199): 943–9. Дои:10.1126 / science.1256271. ЧВК  4412442. PMID  25103404.
  18. ^ Corces MR, Granja JM, Shams S, Louie BH, Seoane JA, Zhou W и др. (Октябрь 2018 г.). «Обзор доступности хроматина при первичном раке человека». Наука. 362 (6413): eaav1898. Bibcode:2018Научный ... 362.1898C. Дои:10.1126 / science.aav1898. ЧВК  6408149. PMID  30361341.
  19. ^ Ван Дж., Зибетти С., Шан П., Шрипати С.Р., Чжан П., Кано М. и др. (Апрель 2018). «Анализ ATAC-Seq показывает широко распространенное снижение доступности хроматина при возрастной дегенерации желтого пятна». Nature Communications. 9 (1): 1364. Bibcode:2018 НатКо ... 9,1364 Вт. Дои:10.1038 / s41467-018-03856-у. ЧВК  5893535. PMID  29636475.
  20. ^ а б Мезгер А., Клемм С., Манн И., Брауэр К., Мир А., Бостик М. и др. (Сентябрь 2018 г.). «Профилирование доступности хроматина с высокой пропускной способностью при одноклеточном разрешении». Nature Communications. 9 (1): 3647. Bibcode:2018НатКо ... 9,3647 млн. Дои:10.1038 / s41467-018-05887-х. ЧВК  6128862. PMID  30194434.
  21. ^ Кусанович, Даррен (май 2015 г.). «Мультиплексное профилирование отдельных клеток доступности хроматина с помощью комбинаторной клеточной индексации». Наука. 348 (6237): 910–914. Bibcode:2015Научный ... 348..910C. Дои:10.1126 / science.aab1601. ЧВК  4836442. PMID  25953818.
  22. ^ Lareau CA, Duarte FM, Chew JG, Kartha VK, Burkett ZD, Kohlway AS, Pokholok D, Aryee MJ и др. (2019). «Комбинаторное индексирование на основе капель для крупномасштабной одноклеточной эпигеномики». bioRxiv. Дои:10.1101/612713.
  23. ^ Чен X, Мирагая Р.Дж., Натараджан К.Н., Тейхманн С.А. (декабрь 2018 г.). «Быстрый и надежный метод профилирования доступности хроматина отдельных клеток». Nature Communications. 9 (1): 5345. Bibcode:2018НатКо ... 9,5345C. Дои:10.1038 / s41467-018-07771-0. ЧВК  6297232. PMID  30559361.
  24. ^ а б Ли З, Куппе С., Ченг М., Мензель С., Зенке М., Краманн Р. и др. (2019-12-05). "scOpen: оценка доступности хроматина для одноклеточных данных ATAC". bioRxiv: 865931. Дои:10.1101/865931.
  25. ^ Schep AN, Wu B, Buenrostro JD, Greenleaf WJ (октябрь 2017 г.). «chromVAR: вывод о доступности, связанной с транскрипционным фактором, из эпигеномных данных отдельных клеток». Методы природы. 14 (10): 975–978. Дои:10.1038 / nmeth.4401. ЧВК  5623146. PMID  28825706.

Внешний источник