ATAC-seq技術簡介及與ChIP-Seq的異同
信息來源：金開瑞 作者：genecreate 發布時間：2019-07-17 09:30:31
ATAC-Seq簡介
ATAC-seq全稱Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing，即利用轉座酶研究染色質可進入性的高通量測序技術。
要理解這個東西有什么用，首先得認識一下染色體/質的結構。
真核生物的核DNA并不是裸露的，而是有蛋白質即組蛋白與之相結合的。DNA一圈一圈得纏繞在組蛋白上，形成串珠式的結構。而這樣的結構還能夠進一步折疊、濃聚，并在其他架構蛋白的輔助下，形成染色體。
這樣做的意義在于，將超長的DNA鏈，折疊成很小很小的結構，從而能夠塞進小小的細胞核里。比如說，人類的DNA鏈如果完整展開，那么大概會有2米那么長。而經過這樣的折疊，就變成了納米至微米級染色體/質的結構了。
但是我們又知道，DNA的復制，基因的轉錄，是需要將DNA的高級結構解開的。這就類似于我們要從zip文件中獲得信息的話，首先需要解壓縮。但是，這里的解壓縮并不需要將整個zip全部打開，而只需要打開一部分，即需要表達基因的區域即可。
這部分打開的染色質，就叫開放染色質（open chromatin）。而打開的染色質，就允許一些調控蛋白（比如轉錄因子和輔因子）跑過來與之相結合。而染色質的這種特性，就叫做染色質的可進入性（chromatin accessibility）。
我們如何去尋找開放的染色質區域呢？
傳統的實驗方法主要是借助MNase-seq和DNase I hypersensitivity assay。
這兩個實驗的主要思路是一致的：染色質變得開放，就意味著DNA和組蛋白的濃聚程度降低，就會有一部分DNA暴露出來。而一旦失去了蛋白質的保護，這部分DNA就可以被DNA酶（MNase或DNase I）所切割。然后，我們再把切割完的DNA拿來測序，和已知的全基因組序列相比較，就能發現被切掉的是哪些東西，沒有被切掉的地方又在哪里，就知道開放的染色質區域在哪里了。
不過，這兩個方法有明顯的缺陷。即耗時費力與重復性差。具體就不展開講，親手做過的就知道這兩個方法有多么討厭。
2013年，美國Stanford大學的William Greenleaf教授研發了一種全新的方法，利用DNA轉座酶結合高通量測序技術，來研究染色體的可進入性，即ATAC-seq。
DNA轉座，是一種把DNA序列從染色體的一個區域搬運到另外一個區域的現象，由DNA轉座酶來實現。這種轉座插入DNA，也是需要插入位點的染色質是開放的，否則就會被一大坨高級結構給卡住。那么，我們只要人為地，將攜帶已知DNA序列標簽的轉座復合物（即帶著測序標簽的轉座酶），加入到細胞核中，再利用已知序列的標簽進行PCR后測序，就知道哪些區域是開放染色質了。而這也就是ATAC-seq的原理。
ATAC-seq出來的結果，和傳統方法出來的結果具有很強的一致性，同時也和基于組蛋白修飾marker的ChIP-seq有較高的吻合程度。而相比起來，ATAC-seq的重復性，比MNase-seq和DNase-seq的更強，操作起來也更加簡單，而且只需要很少的細胞/組織量，同時出來的信號更加漂亮。目前已經是研究染色質開放性首選的技術方法。
ATAC-Seq與CHIP-Seq的異同
ATAC-Seq與ChIP-Seq的不同的是ATAC-Seq是全基因組范圍內檢測染色質的開放程度，可以得到全基因組范圍內的蛋白質可能結合的位點信息，一般用于不知道特定的轉錄因子，用此方法與其他方法結合篩查感興趣的特定調控因子；但是ChIP-Seq是明確知道感興趣的轉錄因子是什么，根據感興趣的轉錄因子設計抗體去做ChIP實驗拉DNA，驗證感興趣的轉錄因子是否與DNA存在相互作用。ATAC-Seq、ChIP-Seq、Dnase-Seq、MNase-Seq、FAIRE-Seq整體的分析思路一致，找到富集區域，對富集區域進行功能分析。
1. ChIP-Seq是揭示特定轉錄因子或蛋白復合物的結合區域，實際是研究DNA和蛋白質的相互作用，利用抗體將蛋白質和DNA一起富集，并對富集到的DNA進行測序。
2. DNase-Seq、ATAC-Seq、FAIRE-Seq都是用來研究開放染色質區域。DNase-Seq是用的DNase I內切酶識別開放染色質區域，而ATAC-seq是用的Tn5轉座酶，隨后進行富集和擴增；FAIRE-Seq是先進行超聲裂解，然后用酚-氯仿富集。
3. MNase-Seq是用來鑒定核小體區域。
An overview of ChIP–seq, DNase-seq, ATAC-seq,
MNase-seq and FAIRE–seq experiments
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