ATAC szekv

Az ATAC-seq (az angol nyelvből.  A ssay for T ransposase- Accessible C hromatin using szekvenceing ) egy módszer a kromatin nyitottság fokának teljes genomikai értékelésére [1] . A módszer 2013-ban jelent meg az MNase-seq (mikrokokális nukleáz számára hozzáférhető helyek szekvenálása ), a FAIRE-Seq és a DNase-seq alternatívájaként [1] . A DNase-seq-hez és az MNase-seq-hez képest az ATAC-seq gyorsabb és érzékenyebb módszer az epigenom elemzésére [2] [3] [4] .

Leírás

Az ATAC-seq a Tn5 transzpozáz hiperaktív mutáns formájával detektálja a kromatinon belüli kitett DNS -régiókat, amely szekvenáló adaptereket illeszt be a genom szabaddá vált régióiba [2] [5] . Míg a vad típusú transzpozázok általában alacsony aktivitásúak, az ATAC-seq-ben használt enzim aktivitása megnövekedett [6] . A tagmentálás folyamata során a Tn5 transzpozáz kettős szálú töréseket visz be a genom nyitott régióiba, és szekvenáló adaptereket inszertál a törésekbe [7] . Az adaptereket tartalmazó DNS-fragmenseket ezután megtisztítják, polimeráz láncreakcióval amplifikálják és következő generációs szekvenálási módszerekkel szekvenálják [7] . A szekvenálás eredményeként kapott leolvasások alapján lehetséges a nyitott kromatin régiók, a transzkripciós faktor kötőhelyek , valamint a nukleoszóma pozíciók azonosítása [2] . Minél nyitottabb a kromatin, annál több leolvasás esik a genom megfelelő régiójára, és az ilyen értékelés pontossága eléri az egy nukleotid értéket [2] . A FAIRE-seq-vel ellentétben az ATAC-seq nem igényel ultrahangos kezelést vagy fenollal és kloroformmal történő extrakciót [8] ; A ChIP-seq-vel ellentétben ez a módszer nem igényel antitestek alkalmazását [9] vagy DNS-vágást speciális enzimekkel, mint a DNáz-seq és MNase-seq módszerek [10] esetében . A minta előkészítése az ATAC-seq-hez mindössze három órát vesz igénybe [11] .  

Alkalmazás

Az ATAC-seq a nyitott kromatin régiók mennyiségi meghatározására szolgál. Leggyakrabban ezt a módszert kísérletekben alkalmazzák a nukleoszómák helyzetének megállapítására [3] , azonban a transzkripciós faktorok kötőhelyeinek [12] és DNS-metilációs helyek azonosítására is használható [13] . Az ATAC-seq felhasználható az enhanszerek lokalizálására , például az enhanszer evolúcióval kapcsolatos vizsgálatokban [14] vagy a vérsejtek differenciálódása során működő specifikus enhanszerek azonosítására [15] .

Az ATAC-seq-et az aktív kromatin régiók genomszintű kimutatására használták különböző humán rákos sejtekben [16] . Ezzel a módszerrel a makuladegenerációban a nyitott kromatin régiók számának általános csökkenését mutatták ki [17] . Az ATAC-seq felhasználható az ezekre a sejtekre specifikus fehérjekötő helyek , valamint a különböző sejttípusokban specifikus aktivitással rendelkező transzkripciós faktorok azonosítására [12] .

ATAC-seq egyes cellák

Az ATAC-seq protokollnak vannak módosításai, amelyeket a kromatin egyes sejtekben történő elemzésére terveztek. Mikrohidrodinamikai megközelítések segítségével lehetőség nyílik az egyes sejtmagok izolálására , és már azokon ATAC-seq előállítására [11] . Ebben a megközelítésben az egyes sejtek izolálása a szekvenáláshoz szükséges adapterek genomba történő bevezetése előtt történik [11] [18] . Egy másik megközelítés, az úgynevezett kombinatorikus sejtindexelés, nem igényli az egyes sejtek izolálását. Ez a módszer vonalkódot használ a kromatin elérhetőségének felmérésére több ezer sejtben . Egy ilyen kísérletben 10 000–100 000 sejt epigenomikus profilját lehet elérni [19] . A sejtek kombinatorikus indexeléséhez azonban további komplex berendezésre és a Tn5 transzpozáz speciális formájára van szükség [20] .

Az egysejtű ATAC-seq adatok bioinformatikai elemzése egy olyan mátrix felépítésén alapul , amelyben a kromatin régiók ellentétesek a rájuk eső leolvasások számával. Az ilyen mátrixok nagyon nagyok lehetnek, és több százezer kromatin régiót tartalmazhatnak, és a nullától eltérő leolvasások száma nem több, mint 3%-a [21] . A szabványos ATAC-seq-hez hasonlóan az egysejtű ATAC-seq is lehetővé teszi egy adott sejtben aktív transzkripciós faktorok azonosítását, például a kötőhelyeiken végzett leolvasások számának elemzésével [22] .

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Buenrostro JD , Giresi PG , Zaba LC , Chang HY , Greenleaf WJ Natív kromatin transzpozíciója a nyitott kromatin, a DNS-kötő fehérjék és a nukleoszómapozíció gyors és érzékeny epigenomikus profilálásához.  (angol)  // Természeti módszerek. - 2013. - december ( 10. évf. , 12. sz.). - P. 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.  (angol)  // Current Protocols In Molecular Biology. - 2015. - január 5. ( 109. köt. ). - P. 21-29 . - doi : 10.1002/0471142727.mb2129s109 . — PMID 25559105 .
  3. ↑ 1 2 Schep AN , Buenrostro JD , Denny SK , Schwartz K. , Sherlock G. , Greenleaf WJ A strukturált nukleoszóma ujjlenyomatok lehetővé teszik a kromatin architektúra nagy felbontású leképezését a szabályozási régiókon belül.  (angol)  // Genom Research. - 2015. - november ( 25. évf. , 11. sz.). - P. 1757-1770 . - doi : 10.1101/gr.192294.115 . — PMID 26314830 .
  4. ↑ Song L. , Crawford GE DNase-seq: nagy felbontású technika az emlőssejtek genomjában lévő aktív génszabályozó elemek feltérképezésére.  (eng.)  // Cold Spring Harbor Protocols. - 2010. - február ( 2010. évf. , 2. sz.). - P. 5384-5384 . - doi : 10.1101/pdb.prot5384 . — PMID 20150147 .
  5. ↑ Bajic, Marko; Maher, Kelsey A.; Deal, Roger B. Nyílt kromatin régiók azonosítása növényi genomokban ATAC-Seq használatával // Plant Chromatin Dynamics  (határozatlan) . - 2018. - T. 1675. - S. 183-201. — (Módszerek a molekuláris biológiában). - ISBN 978-1-4939-7317-0 . - doi : 10.1007/978-1-4939-7318-7_12 .
  6. ↑ Reznikoff WS Transposon Tn5.  (angol)  // Annual Review Of Genetics. - 2008. - Vol. 42 . - 269-286 . o . - 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 transzpozíciós és címkézési eljárások masszívan skálázott szekvenálási projektekhez.  (angol)  // Genom Research. - 2014. - december ( 24. évf. , 12. sz.). - P. 2033-2040 . - doi : 10.1101/gr.177881.114 . — PMID 25079858 .
  8. ↑ Simon JM , Giresi PG , Davis IJ , Lieb JD . A szabályozóelemek formaldehiddel segített izolálása (FAIRE) az aktív szabályozó DNS izolálására.  (angol)  // Természeti protokollok. - 2012. - Kt. 7, sz. 2 . - P. 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 epitóp tagging ChIP-seq of DNA-binding proteins.  (angol)  // Genom Research. - 2015. - október ( 25. évf. , 10. sz.). - P. 1581-1589 . - doi : 10.1101/gr.193540.115 . — PMID 26355004 .
  10. ↑ Hoeijmakers, Wieteke Anna Maria; Bartfai, Richard. A nukleoszóma táj jellemzése Micrococcus Nuclease-Sequencing (MNase-seq) segítségével // Chromatin Immunoprecipitation  (neopr.) . - 2018. - T. 1689. - S. 83-101. — (Módszerek a molekuláris biológiában). — 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 Az egysejtű kromatin hozzáférhetősége feltárja a szabályozási variáció elveit.  (angol)  // Természet. - 2015. - július 23. ( 523. köt. , 7561. sz.). - P. 486-490 . - doi : 10.1038/nature14590 . — PMID 26083756 .
  12. ↑ 1 2 Li Z. , Schulz MH , Look T. , Begemann M. , Zenke M. , Costa IG Transzkripciós faktor kötőhelyek azonosítása ATAC-seq.  (angol)  // Genombiológia. - 2019. - február 26. ( 20. évf. , 1. sz.). - P. 45-45 . - doi : 10.1186/s13059-019-1642-2 . — PMID 30808370 .
  13. ↑ Spektor R. , Tippens ND , Mimoso CA , Soloway PD metil-ATAC-seq a DNS metilációját méri elérhető kromatinnál.  (angol)  // Genom Research. - 2019. - június ( 29. évf. , 6. sz.). - 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. Enhancer divergence and cis-regulatory evolution in the human and chimp neural crest.  (angol)  // Cell. - 2015. - szeptember 24. ( 163. évf. , 1. sz.). - 68-83 . o . - 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. Immunogenetika. A kromatin állapot dinamikája a vérképzés során.  (angol)  // Tudomány (New York, NY). - 2014. - augusztus 22. ( 345. évf. , 6199. sz.). - P. 943-949 . - doi : 10.1126/tudomány.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 , Shef Felaufield AG I. , Castro MAA , Berman BP , Staudt LM , Zenklusen JC , Laird PW , Curtis C. , Cancer Genome Atlas Analysis Network. , Greenleaf WJ , Chang HY The chromatin accessibility landscape of primer human cancers.  (angol)  // Tudomány (New York, NY). - 2018. - október 26. ( 362. évf. , 6413. sz.). - 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. Az ATAC-Seq analízis a kromatin hozzáférhetőségének széles körű csökkenését mutatja az életkorral összefüggő makuladegenerációban.  (angol)  // Nature Communications. - 2018. - április 10. ( 9. köt . 1. sz .). - P. 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 accessibility profiling at single-cell felbontás.  (angol)  // Nature Communications. - 2018. - szeptember 7. ( 9. köt . 1. sz .). - P. 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 Cseppalapú kombinatorikus indexelés a masszív méretű, egy-egy cellás kromatológiai hozzáférés érdekében.  (angol)  // Természet Biotechnológia. - 2019. - augusztus ( 37. évf. , 8. sz.). - P. 916-924 . - doi : 10.1038/s41587-019-0147-6 . — PMID 31235917 .
  20. ↑ Chen X. , Miragaia RJ , Natarajan KN , Teichmann SA Gyors és robusztus módszer az egysejtű kromatin hozzáférhetőségi profilalkotására.  (angol)  // Nature Communications. - 2018. - december 17. ( 9. évf . 1. sz .). - 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: egycellás ATAC-  adatok kromatin-hozzáférhetőségi becslése . - 2019. - december 5. - doi : 10.1101/865931 .
  22. ↑ Schep AN , Wu B. , Buenrostro JD , Greenleaf WJ chromVAR: a transzkripciós faktorral összefüggő hozzáférhetőség következtetése egysejtű epigenomikus adatokból.  (angol)  // Természeti módszerek. - 2017. - október ( 14. évf. , 10. sz.). - P. 975-978 . - doi : 10.1038/nmeth.4401 . — PMID 28825706 .