發(fā)布日期：2017-02-09
人類單個細胞約有 60 億 DNA 堿基對，如果按照線性計算，單個細胞的 DNA 大約有 3 米長。而這么長的 DNA 如何包裝進只有 6 - 8 微米大小的細胞核中是當今生物學和醫(yī)學研究的熱門話題。在細胞中，這些 DNA 與多種蛋白結合形成具有多層結構的染色質。在整個基因組中，只有~1% 的染色質是活躍的，被稱為活躍染色質。這些活躍染色質的打開和關閉，以及它們在細胞核中的位置與基因的表達調控有密切關系，任何一個步驟的差錯都有可能引起人類的疾病甚至癌癥的發(fā)生。
一直以來，研究者利用 DNAse I 酶切和高通量測序方法（DNAse-Seq）揭示活躍染色質在基因組中的線性位置。但是這種方法需要百萬以上的細胞以及大量的時間投入。近年來，斯坦福大學的 Dr. Howard Chang（張元豪教授）和 Dr. Will Greenleaf 實驗室利用轉座子酶 Tn5 可共價鍵插入它的 DNA 接頭到基因組中然后 PCR 擴增的特性，建立了 ATAC-seq 技術。此技術僅需要少于 5 萬個細胞甚至單個細胞，且在~6 個小時內完成活躍染色質文庫的構建，因此該技術革命性的改進了活躍基因組測序方法。另外，研究者通常利用免疫染色的方法去探索活躍染色質在細胞核中的分布，但是這種策略通常受制于抗體的特異性而且不能很高通量測序同時進行。
而精確醫(yī)療時代的到來，需要把染色質三維空間包裝和線性測序同時結合在一起。為了解決這個技術的挑戰(zhàn)，Dr. Howard Chang 實驗室發(fā)明了 ATAC-see 技術，此技術可以同時檢測活躍染色質在細胞核內的三維空間分布和高通量線性測序。在 ATAC-see 中，熒光修飾的 Tn5DNA 接頭以共價鍵的方式插入到活躍染色質中，從而可以精確的定位活躍染色體在細胞核中的三維空間位置（圖 1 -2）。由于 DNA 接頭共價鍵的插入，圖像分析之后可以繼續(xù)做高通量測序揭示活性染色質的線性序列（圖 1 -2）。利用此技術，該團隊發(fā)現(xiàn)在不同種類的人類細胞中，活躍染色體的分布有著細胞種類特異性，特別是人類中性粒細胞的活躍染色質的包裝與其它的細胞有很大的差別，并且這種特定的編排和中性粒細胞抗細菌感染有密切的關聯(lián)。另外此技術還可以和流式細胞分選技術直接結合，從而定量的測定活躍染色質在不同細胞中的組成，例如該團隊結合細胞核染色和 ATAC-see 發(fā)現(xiàn)細胞周期早期增強子區(qū)域比啟動子區(qū)域要更早的打開。
該技術發(fā)表在 《Nature Methods》上，斯坦福大學的 Dr. Howard Chang 實驗室的陳興啟博士為文章的第一作者，共同合作者包括斯坦福大學的 Dr. Will Greenleaf 和 Dr. Jan Liphardt，以及加州大學伯克利分校的 Dr. Jennifer DouDNA 等人。
ATAC-see reveals the accessible genome by transposase-mediated imaging and sequencing.
來源：X-MOL
