單細(xì)胞ATAC-seq

細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)域檢測新技術(shù)

產(chǎn)品介紹

單細(xì)胞ATAC測序（scATAC-seq）是基于10x genomics平臺的微流控和油滴包裹技術(shù)，在單細(xì)胞水平對細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)域進(jìn)行檢測的新技術(shù)，可用于繪制細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)的單細(xì)胞圖譜，是一種高分辨率研究染色質(zhì)開放程度與DNA結(jié)合蛋白調(diào)控基因的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，在單細(xì)胞水平研究表觀遺傳學(xué)的有效手段。

染色質(zhì)可及性檢測-ATAC測序技術(shù)

染色質(zhì)可及性的早期研究技術(shù)是ATAC-seq(Assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing)，該技術(shù)可進(jìn)行高通量測序的染色質(zhì)可及性(開放性)研究，而染色質(zhì)開放區(qū)域一般是染色質(zhì)中呈松散狀態(tài)、可發(fā)生DNA復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，ATAC-seq 使用改造 Tn5轉(zhuǎn)座酶，捕獲染色質(zhì)開放區(qū)，將測序接頭引入開放染色質(zhì)的兩端，用于表觀遺傳、基因調(diào)控研究。2015 年 Science 和Nature發(fā)表論文先后提出利用單細(xì)胞 ATAC-seq 技術(shù)對染色質(zhì)可及性進(jìn)行檢測，探索細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，解決了以往存在的細(xì)胞異質(zhì)性難題，極大的擴大了ATAC-seq 技術(shù)的應(yīng)用范圍。同時2018年10月，10x Genomics 推出的 Chromium 單細(xì)胞 ATAC 解決方案提供了一種全面的、可擴展的方法來研究分析單個樣本中成百上千個細(xì)胞中染色質(zhì)的開放情況?？稍趩渭?xì)胞水平進(jìn)行多組學(xué)聯(lián)合分析，深度挖掘細(xì)胞異質(zhì)性表觀遺傳調(diào)控機理。

技術(shù)原理

單細(xì)胞ATAC測序是通過改造Tn5轉(zhuǎn)座酶對混合的細(xì)胞核懸液進(jìn)行核 DNA 的切割，然后使用微流控芯片將溶液中的細(xì)胞核包裹到油滴中，形成納米級的凝膠微珠乳濁液（GEMs）。采用 10x barcode條形碼，對每個細(xì)胞核切割的 DNA 加上唯一的10x barcode條形碼。通過文庫構(gòu)建，測序，最終根據(jù) 10x barcode 條形碼將測序得到的序列關(guān)聯(lián)到每個單獨的細(xì)胞核上。

單細(xì)胞ATAC測序技術(shù)原理

產(chǎn)品優(yōu)勢

低成本

每個細(xì)胞成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)單細(xì)胞ATAC測序

高分辨率

可在單細(xì)胞水平檢測轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域的開放性染色質(zhì)

高通量

8通道微流體系統(tǒng)，每個微流孔通道一次性可捕獲500-10000個細(xì)胞核

高效率

每個樣本細(xì)胞核捕獲率高達(dá)65%

大數(shù)據(jù)

獲得所有染色質(zhì)開放區(qū)域，不局限于某個轉(zhuǎn)錄因子位點

適用范圍廣

適用于細(xì)胞系，原代細(xì)胞，凍存細(xì)胞，新鮮組織等

經(jīng)驗豐富

累計制備100余種組織類型、5000+例的單細(xì)胞樣本，超高核抽提經(jīng)驗

應(yīng)用方向

染色質(zhì)開放區(qū)域圖譜繪制

細(xì)胞異質(zhì)性預(yù)測新細(xì)胞類型

胚胎細(xì)胞發(fā)育表觀遺傳修飾

疾病潛在標(biāo)志物預(yù)測

腫瘤表觀機制研究

基因調(diào)控

結(jié)果展示

tSNE細(xì)胞分群

轉(zhuǎn)錄因子聚類圖

Motif動態(tài)分布分析

細(xì)胞軌跡分析

Peak可視化分析

常見問題

如何選擇單細(xì)胞ATAC-seq測序數(shù)據(jù)量？

建議每個細(xì)胞核測 25000 read pairs，一般數(shù)據(jù)量為25~50G可達(dá)到最佳測序數(shù)據(jù)量和測序飽和。

對于10X scATAC-seq的樣本要求？

（1）物種要求：人、小鼠、其他物種要求有較高質(zhì)量的基因組；

（2）樣本類型：細(xì)胞系，原代細(xì)胞，凍存細(xì)胞，新鮮組織等可制備高質(zhì)量單細(xì)胞懸液；

（3）樣本要求：單細(xì)胞懸液，采用活細(xì)胞，細(xì)胞活性>80%，細(xì)胞濃度700~1200 cells/μL，細(xì)胞總量可達(dá)1*10^6個，細(xì)胞成團(tuán)率＜5%；血液采用EDTA 抗凝的全血（不可肝素抗凝），>5ml；組織采用新鮮組織，200mg。

（4）細(xì)胞核抽提質(zhì)量要求：活細(xì)胞比例<5%（臺盼藍(lán)等染色可觀測）；顯微鏡下，細(xì)胞核形態(tài)完整；盡量去除細(xì)胞碎片和細(xì)胞團(tuán)。

單細(xì)胞ATAC-seq細(xì)胞分群和scRNA-seq有何不同？

單細(xì)胞ATAC測序根據(jù)染色質(zhì)的可及性特征進(jìn)行降維聚類細(xì)胞分群，得到的細(xì)胞分群不依賴于基因表達(dá)，對于一些低豐度表達(dá)的細(xì)胞靈敏性更高，可通過染色質(zhì)開放區(qū)域挖掘更多低豐度表達(dá)的細(xì)胞。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄測序和單細(xì)胞ATAC-seq可以聯(lián)合分析嗎？

可以。

目前關(guān)于scRNA-seq和scATAC-seq聯(lián)合分析有兩種情況：

（1）細(xì)胞量足夠的情況下，一份單細(xì)胞懸液可以分成兩份，一部分進(jìn)行10X scRNA，另一部分抽核后進(jìn)行10X scATAC。分別進(jìn)行scRNA-seq和scATAC-seq，根據(jù)染色質(zhì)可及性和基因表達(dá)聯(lián)合分析挖掘更多具有表觀遺傳潛力的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

（2）10x Genomics新的單細(xì)胞多組學(xué)解決方案：Chromium單細(xì)胞多組學(xué)ATAC+基因表達(dá)，實現(xiàn)了同一細(xì)胞同時分析基因表達(dá)和開放染色質(zhì)，將得到ATAC文庫和基因表達(dá)文庫測序原始數(shù)據(jù)加載到Cell Ranger ARC分析流程中，并通過Loupe Browser進(jìn)行可視化，將基因表達(dá)讀數(shù)與潛在的調(diào)控功能相關(guān)聯(lián)。這種方式得到的染色質(zhì)開放性和基因表達(dá)關(guān)系更緊密客觀真實，有助于尋找基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系。

經(jīng)典案例

?scATAC-seq繪制哺乳動物染色質(zhì)可及性圖譜

文中對13個成年小鼠組織的約100000個單細(xì)胞進(jìn)行ATAC測序分析，鑒定出85種不同的染色體可接近性模式及近400000個差異可接近性元件。利用測序數(shù)據(jù)，將調(diào)控元件及其靶基因關(guān)聯(lián)起來，基于轉(zhuǎn)錄因子特異性定義亞群，探索細(xì)胞染色質(zhì)可接近性異質(zhì)性，并將小鼠染色質(zhì)可及性與人類全基因組關(guān)聯(lián)，為哺乳動物細(xì)胞亞群基因調(diào)控相關(guān)的深入研究提供了依據(jù)。

文獻(xiàn)原文：A Single-Cell Atlas of In Vivo Mammalian Chromatin Accessibility. 2018, Cell, IF=38.637