近年来，ATAC-seq技术成为研究基因表观组学的新利器，在Cell、Nature等顶级期刊发表了多篇高分文章。这些研究主要通过ATAC-seq来研究表观遗传学调控，包括信号通路、细胞发育、疾病发生等，同时结合motif分析来识别哪些转录因子参与基因表达调控。
表1 ATAC-seq发表的部分高分文章
什么是ATAC-seq？
染色质开放区：真核生物染色体是由DNA分子包裹组蛋白形成的核小体结构通过一系列折叠过程而形成的。有一些经染色质重塑后呈现出松散状态的区域被称为染色质开放区或染色质可及性区域，而DNA复制和基因转录都发生在这些区域（图1.a）。
ATAC-seq，(Assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing)：基于高通量测序的染色质转座酶可接近性实验。使用Tn5转座酶切割染色质的开放区域，同时加上测序引物(adapter)进行高通量测序(图1.b)，是一种快速灵敏的表观遗传学研究技术。
图1 Tn5转座酶切割原理
单细胞ATAC-seq——表观基因组学研究新突破
图2 Science和Nature先后发表单细胞ATAC-seq文章
2015年4月，Science发表了《通过标记组合细胞研究单细胞染色质可及性》的文章。同年7月，Nature发表了《单细胞染色质可及性揭示转录调控机理》的文章。这两篇论文先后提出利用单细胞ATAC-seq技术对染色质可及性进行检测，探索细胞转录调控机制，解决了以往存在的细胞异质性难题，成为ATAC-seq技术的一大突破。
图3 近期利用单细胞ATAC-seq技术发表的部分高分文章
10X Genomics单细胞ATAC-seq
单细胞10X Genomics平台与ATAC-seq强强联合，
会碰撞出怎样的火花？
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10X Genomics单细胞ATAC-seq
一
产品介绍
博奥晶典10X Genomics单细胞ATAC-seq，是基于10X Genomics平台，在单细胞水平对细胞染色质开放区域进行检测的新技术（图4）。可用于绘制细胞染色质开放区的单细胞图谱，是一种单细胞水平研究表观遗传学的有效手段。
图4 10X Genomics ChromiumTMSingle Cell平台
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技术原理
单细胞ATAC-seq是建立在GemCode技术上的微流体平台（图5）。
首先，转座酶进入细胞核，并优先在染色质的开放区域片段化DNA，同时在DNA片段的末端添加测序引物；
其次，带有条形码的凝胶珠和单个细胞核包裹在油滴中。每个油滴内，凝胶珠溶解，细胞核裂解释放片段化的DNA片段，接下来给每个细胞核内的DNA加上barcode，液体油层破坏后，带有barcode标签的DNA进行后续文库构建；
最后，Illumina测序平台对文库进行测序检测，即可一次性获得大量单细胞的DNA染色质开放区域数据。
图5 单细胞ATAC-seq技术原理
2
实验流程
图6 单细胞ATAC-seq实验流程
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样本要求
样本类型：单细胞核悬浮液。
保存运输：新鲜样品冰块保存、新鲜运输。
二
产品优势
☆ 超低污染:线粒体DNA的reads数＜2%；
☆ 超高通量:每个微流孔通道一次性可捕获500—10000个单细胞核；
☆ 超高捕获效率:平台每个细胞核的捕获效率达到了65%；
☆ 超短周期:Tn5转座酶切割染色质的开放区域，同时在DNA片段的末端添加测序引物，省时省力；
☆ 超多数据量:获得染色质所有开放染色质区域，不局限于某个转录因子位点或蛋白保护区域；
☆ 超低成本：相较于其他单细胞核捕获平台或传统酶切方法，价格大幅降低。
三
技术应用
单细胞ATAC-seq如何应用到我们的科研中呢？
总结近几年的高分文献，单细胞ATAC测序主要可以应用于以下6个研究领域：
应用研究实例
1、染色质开放区域图谱绘制
2018年，Darren A. Cusanovich等在Cell上发表《单细胞水平研究哺乳动物染色质可及性》的文章。对来自同一小鼠13个组织的单细胞染色质可及性数据进行了图谱绘制，将所有的细胞分为85个亚群。
图7 单细胞ATAC-seq绘制小鼠不同组织内染色质可及性图谱
2、揭示组织空间构架
不同层级神经元的染色质可及性区域表现出了一定的差异，因此推测染色质可及性变化与组织空间架构有关。
图8 不同层级神经元的染色质可及性差异
3、揭示人类特征细胞与疾病的关系
小鼠单细胞ATAC-seq数据与人类GWAS数据关联分析，揭示细胞类型与人类疾病之间的关系。
图9 人类疾病表型与细胞类型的关系
对于单细胞ATAC的测序今天就介绍到这里，
您是否还意犹未尽呢？
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“单细胞ATAC如何解释细胞类型与人类疾病的关系”
博奥晶典单细胞测序平台介绍：
博奥晶典作为国内第一家引进10X
Genomics平台的公司，率先在国内开展上万级通量的单细胞转录组测序服务。目前已经完成了1000多个样品、50种不同样品类型的服务，覆盖的物种和样品类型包括人和小鼠的肝脏、肺脏、皮肤、心脏、脑、肾脏、血液、卵巢、神经，以及鸡、斑马鱼、猪、水稻、拟南芥、油菜、白菜、橄榄等，是目前国内大规模单细胞测序经验最为丰富的公司。博奥晶典支持10X
Genomics单细胞转录组测序的国内首篇科研论文发表在《PNAS》，并且目前为止该平台国内最高分科研论文发表在国际干细胞领域顶级期刊《Cell
Stem Cell》。
博奥晶典于2018年9月与BD(中国)成立单细胞研究联合实验室，致力于大规模单细胞测序产品的开发和打磨，目前可开展如下单细胞测序产品的服务。
参考文献：
[1] Single Cell and Open Chromatin Analysis Reveals Molecular Origin of Epidermal Cells of the skin.Developmental Cell,(2018).
[2] High-throughput chromatin accessibility profiling at single-cell resolution.Nature Communications,(2018).
[3] A Single-Cell Atlas of In Vivo Mammalian Chromatin Accessibility.Cell,(2018).
[4] Single-cell chromatin accessibility reveals principles of regulatory variation.Nature,(2015).
[5] Multiplex single-cell profiling of chromatin accessibility by combinatorial cellular indexing.Science,(2015)
稿件来源：博奥晶典