技术简介及原理

       ATAC-seq(Assay for Targeting Accessible Chromatin with high-throughout sequencing)是研究基因组范围内染色质开放区域的一种实验技术，通过活跃的Tn5转座酶，对染色质结构开放结构区域进行捕获测序，仅需少量细胞便可获得实时全基因组活性调控序列信息，可以直接鉴定与转录因子结合区域和核小体位置，从而为研究基因调控、DNA印记等提供有效的方法。

       真核生物中的核小体是染色质的基本结构单位。DNA与组蛋白结合后形成核小体，核小体再进一步折叠压缩后形成染色质。DNA的复制和转录都需要将染色质的紧密结构打开，从而允许调控因子结合DNA。这部分被打开的染色质，就叫开放染色质（Accessible Chromatin）。开放染色质允许调控因子结合的特性称为染色质的可及性（Chromatin Accessibility）。因此，认为染色质的可及性与转录调控密切相关。

       开放染色质的研究方法有ATAC-seq以及传统的DNase-Seq及FAIRE-seq等，ATAC-Seq由于所需细胞量少，实验简单，可以在全基因组范围内检测染色质的开放状态，目前已经成为研究染色质开放性的首选技术方法。

技术流程

ATAC-Seq可以解决的问题

1.  转录因子的调控差异

2. Motif对应转录因子的检索

技术应用案例

案例：体细胞重编程过程中转录因子对染色质开放性的影响

Ward, C., et al., Fine-Tuning Mybl2 Is Required for Proper Mesenchymal-to-Epithelial Transition during Somatic Reprogramming. Cell Rep, 2018. 24(6): p. 1496-1511 e8

2018年英国伯明翰大学的Paloma Garcia实验室对体细胞重编程过程的调节因子进行了研究。众所周知，2012年时任京都大学的山中伸弥教授因发现了体细胞重编程因子而获得了诺贝尔生理或医学奖。Paloma教授的研究表明与现在的重编程调节因子的作用相反，转录因子Mybl2蛋白的过度表达会抑制体细胞重编程过程。他们通过ATAC-seq实验观察了Mybl2-AmCyan实验组和AmCyan对照组在体细胞重编程过程中的染色质开放性变化。有趣的是，从总体上观察单个测序峰中调节因子Oct4、Sox2、Oct4-Sox2和Klf4的结合Motif数量的变化时，只有Sox2的结合Motif数量在Mybl2过表达时有明显的减少（图C）。但在缩小观察窗口区间后再观察时发现除了Klf4，其余的都发现在Mybl2过表达时有显著的减少（图D）。这表明过表达Mybl2基因可能影响Sox2和Oct4与特定染色质区域的结合。通过数据统计发现Mybl2过表达后的Peak数较对照组有明显减少（图E），表明染色质变得更加封闭和紧凑。最后，通过对序列峰中的Motif反向检索对应的转录因子时，发现实验组和对照组的序列峰的Top 3 Motif对应的转录因子是不同的（图F，G），提示了Mybl2的过表达能改变体细胞重编程的过程。