ATAC-seq应用案例解析
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-06-30
真核生物中，DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成染色质的基本结构单位——核小体，进而高度折叠形成染色质，最终被包装入细胞核中。高度折叠的染色质结构对其包装进细胞核是必要的，然而DNA的复制和转录等过程都需要打开染色质的紧密结构。染色质开放性可以反映出染色质转录活跃程度及结合的其他DNA修饰信息，特定条件下的染色质开放性变化可以提供大量的基因表达调控信息，为蛋白结合新位点的研究提供了方向。
文献案例
研究背景：成人心脏是一个低再生潜能的器官。急性心肌梗死后的心力衰竭是心肌细胞不能增殖和补充丢失的心肌而导致的主要死亡原因。虽然斑马鱼已经成为研究内源性心脏再生的有力模型，但心肌细胞通过分解肌节、增殖和重新填充受损区域来应对损伤的分子机制尚不清楚，对其染色质景观和表观遗传障碍的调节还不了解，而必须克服这些障碍才能使心脏再生发生。
研究方法：作者利用ATAC-Seq首次发现在冷冻损伤后，再生心肌细胞染色质可及性格局发生了广泛的变化。通过生物信息学和基因表达分析，发现AP-1结合位点是心脏再生过程中获得可及性区域中含量最高的基序，并使用特异性显性负性方法，发现阻断 AP-1 功能导致了心肌细胞增殖缺陷，以及 fbxl22 和 ilk 位点染色质可及性的降低，并利用RT-qPCR及TF足迹等实验及分析证实这两个靶基因分别调节肌节的分解和心肌细胞向损伤区域的突起。此外，研究还通过进一步实验证明过表达AP-1家族成员 Jun b 和 Fosl1 可以促进哺乳动物心肌细胞体外行为的改变。
研究结果：
1. 心肌细胞染色质可及性景观在再生过程中发生重大变化
利用ATAC-seq技术对再生心肌 Tg （gata4： EGFP +CMs） 及未损伤细胞 T g (myl7：nucDsRed) 进行分析，对鉴定出的差异上、下调peak相关基因进行GO分析发现：上调peak相关基因在调节生物过程中富集，如细胞迁移、调节细胞对刺激的反应和细胞骨架组织；下调peak相关基因则在肌原纤维组装等生物过程中富集。再生心肌细胞染色质可及性更高的基因区域的KEGG分析揭示了参与PDGF、Wnt和整合素信号通路的基因富集。因此作者认为染色质可及性变化很可能是激活多个基因和信号通路的先决条件，而其中一些先前已被证明与斑马鱼心脏再生有关。
为了确定可能招募染色质重塑酶以控制CM中染色质景观的转录因子，作者对上调的peak区域进行了转录因子基序分析，并结合分析之前已发表的斑马鱼在冷冻损伤后多个时间点的RNA-Seq心室的数据及RT-qPCR结果，发现多个 j un / f os 基因（AP-1 转录因子家族）响应成人心脏的CMs冷冻损伤而上调。通过TF足迹对比分析小鼠ATAC-Seq数据发现：在斑马鱼CMs中表达的AP-1家族成员（ junba / bb和 fosl1a ）在心肌梗塞后的小鼠边界区CM 中没有高度表达或上调。
2. AP-1对于斑马鱼心脏再生是必需的
由于在CMs再生过程中有多个 jun/fos 基因的表达，作者利用显性负转基因系，以组织特异性的方式抑制所有AP-1转录因子的功能（研究表明显性阴性基因 A - F os 在多种情况下都能抑制AP-1转录因子的功能），并结合免疫染色及PCNA/Mef2联合免疫染色方式的结果，最终认为：AP-1转录因子功能对于CM的去分化和增殖以及随后的瘢痕消退是必需的，在CM再生中起关键作用并调控CM的关键过程，包括肌节解体和CM突入损伤区域。
为了鉴定导致CM:A-Fos(+)心脏不能再生的靶基因，作者进行了再次的ATAC-Seq分析，结合转基因品系样本和RT-qPCR 结果，认为：AP-1转录因子可促进未受损CMs中染色质可及性的变化，与再生CMs相似。
3.推测AP-1靶基因 fbx122 可促进心肌细胞肌节的解体
通过对数据的分析，作者鉴定出AP-1的可能靶基因 fbxl22 ，并通过RT-qPCR证实了其表达上调；TF footprint IGV可视化发现：相较于CM：A-Fos(-)CMs，CM:A-Fos (+) CMs中保护DNA不被转座酶切割的保护作用减弱，与AP-1结合的丧失有关。结合实验验证，发现 fbxl22 是AP-1转录因子的靶点，进一步实验研究表明 fbx122 在斑马鱼CMs 中的过度表达可以促进肌节蛋白降解。
4.推测AP-1靶基因 ilk 可促进心肌细胞向损伤区突起
作者在数据分析假定的AP-1靶基因，整合素连接激酶( ilk ) ，并通过RT-qPCR及TF 足迹分析证实 ilk 是AP-1靶基因，可促进心肌细胞向损伤区域突起，并通过进一步实验验证AP-1转录因子可以调节哺乳动物的心肌细胞行为。
5.JUNB和FOSL1可以调节哺乳动物心肌细胞(CM)的行为
为了确定AP-1转录因子是否也能调节哺乳动物CM行为，作者利用 GFP、Junb、Fosl1、Junb+Fosl1 mRNA分别转染原代大鼠新生儿心肌细胞培养物，结合RT-QPCR、免疫印迹和免疫染色及验证实验，发现在哺乳动物CMs中，心肌梗塞后通常不上调或高表达的AP-1家族基因 Junb+Fosl1 的过表达导致了CMs行为的改变，这与斑马鱼CMs再生过程中发生的行为变化相似（包括CM增殖和CM突出）。
结论：AP-1 转录因子通过调节染色质可及性改变，从而激活促进心肌细胞去分化、增殖和突入损伤区域的基因表达程序，在心肌细胞损伤反应中发挥重要作用。
ATAC-seq应用案例解析
答：研究方法：作者利用ATAC-Seq首次发现在冷冻损伤后，再生心肌细胞染色质可及性格局发生了广泛的变化。通过生物信息学和基因表达分析，发现AP-1结合位点是心脏再生过程中获得可及性区域中含量最高的基序，并使用特异性显性负性方法，发现阻断 AP-1 功能导致了心肌细胞增殖缺陷，以及 fbxl22 和 ilk ...
「与国同庆,万字长文」ATAC-seq实战教程:从SRA数据下载到高分辨率论文...
答：首先，我们要分析拟南芥干细胞和叶肉细胞的ATAC-seq数据，为了保证环境一致性，我们将在独立的conda环境atac_test中操作。对于新手，我会特别强调软件安装的便捷工具，例如使用“软件管家”。环境创建和数据下载是基础，我们将在Windows上利用Linux子系统进行，具体如下：创建并激活环境：conda create -n atac...
ATAC测序
答：ATAC-seq的核心在于，通过将转座酶携带的DNA接头注入细胞核，转座酶会识别并插入开放的染色质区域。这些片段随后被加上接头，利用接头序列进行PCR扩增，从而在全基因组上捕捉到那些处于开放状态的区域。这一技术的应用广泛且深入，例如：染色质开放区域图谱绘制：揭示基因活动的热点区域，理解基因表达调控的关...
组学技术——ATAC-seq
答：要想知道ATAC-seq的作用，首先必须知道染色质的结构，以human为例，有一定molecular biology背景的人都知道，人类的DNA并不是裸露的，长度惊人的DNA链是以一种特殊的结构被“收纳”在细胞中的：DNA缠绕在组蛋白上，形成串珠式的结构。这样的结构还能够进一步折叠、浓聚，并在其他架构蛋白的辅助下，进而形...
科普讲堂 | ATAC-seq:染色质开放性测序技术
答：ATAC-seq技术应用 重大疾病发病机制：癌症、生殖系统、糖尿病等疾病发病机制；药物相关研究：药物作用机制、新药研发、耐药性及敏感性研究；潜在标志物预测：临床生物标志物发现、生物标志物功能研究；染色体结构研究：染色体开发性图谱绘制、核小体定位预测、转录因子结合位点分析。任喜梅 | 文案 ...
ATAC-seq经典之作
答：通过加上adaptor的转座酶Tn5在原生染色质上的转座，实现快速、灵敏的表观基因组分析。ATAC-Seq应用一个很简单的两步法建库，细胞数可低至500个细胞（500–50,000 cells）。作者应用该技术发现了几类DNA结合蛋白：严格回避核小体的、勉强允许和核小体共定位的、倾向于和核小体共定位的。高通量的表观...
ATAC-seq分析干货-1
答：ATAC-seq技术由于其要求细胞量少，实验简单、快速、高效且应用范围广，是近年来转录调控、表观遗传修饰研究的一项重要的技术手段。近两年应用ATAC-seq方法发表的文章数量也是飞速上升，可见ATAC-seq的火爆程度。现在，如果你还不了解ATAC，还不抓紧学起来！今天我们先来学习一下ATAC-seq相关的背景介绍。在...
国内首篇ATAC-seq高粱表观遗传研究
答：此外，在高粱中，ACRs和表观遗传修饰的动态相互作用是否以及在多大程度上参与了染色质可及性还不明确。作者对4个高粱BTx623（模式品种）的幼叶和茎组织（重复）进行了ATAC-seq，分别得到了 40201，36087，39423和37214个peak，通过pearson相关性分析（>0.9），说明 数据具有高重复性 。具体来说，ACRs...
ATAC-seq专题---生信分析流程
答：ATAC-seq信息分析流程主要分为以下几个部分:数据质控、序列比对、峰检测、motif分析、峰注释、富集分析,下面将对各部分内容进行展开讲解。 下机数据经过过滤去除接头含量过高或低质量的reads,得到clean reads用于后续分析。常见的trim软件有Trimmomatic、Skewer、fastp等。fastp是一款比较新的软件,使用时可以用--adapter_se...
ATAC-seq实战 0 Tn5转座
答：原核生物的转座分为两种方式，复制转座和保守转座。复制转座的供体DNA完整，把通过复制的DNA片段插入基因位点上；保守转座则是从供体DNA上分离一段DNA，以转座酶作为中介，连接到目标DNA上而实现的 (又被成为 'cut and paste' 转座)。Tn5是极好的模型来研究保守转座模式。Tn5 Tnp 有476个氨基酸长； ...
文献案例
研究背景：成人心脏是一个低再生潜能的器官。急性心肌梗死后的心力衰竭是心肌细胞不能增殖和补充丢失的心肌而导致的主要死亡原因。虽然斑马鱼已经成为研究内源性心脏再生的有力模型，但心肌细胞通过分解肌节、增殖和重新填充受损区域来应对损伤的分子机制尚不清楚，对其染色质景观和表观遗传障碍的调节还不了解，而必须克服这些障碍才能使心脏再生发生。
研究方法：作者利用ATAC-Seq首次发现在冷冻损伤后，再生心肌细胞染色质可及性格局发生了广泛的变化。通过生物信息学和基因表达分析，发现AP-1结合位点是心脏再生过程中获得可及性区域中含量最高的基序，并使用特异性显性负性方法，发现阻断 AP-1 功能导致了心肌细胞增殖缺陷，以及 fbxl22 和 ilk 位点染色质可及性的降低，并利用RT-qPCR及TF足迹等实验及分析证实这两个靶基因分别调节肌节的分解和心肌细胞向损伤区域的突起。此外，研究还通过进一步实验证明过表达AP-1家族成员 Jun b 和 Fosl1 可以促进哺乳动物心肌细胞体外行为的改变。
研究结果：
1. 心肌细胞染色质可及性景观在再生过程中发生重大变化
利用ATAC-seq技术对再生心肌 Tg （gata4： EGFP +CMs） 及未损伤细胞 T g (myl7：nucDsRed) 进行分析，对鉴定出的差异上、下调peak相关基因进行GO分析发现：上调peak相关基因在调节生物过程中富集，如细胞迁移、调节细胞对刺激的反应和细胞骨架组织；下调peak相关基因则在肌原纤维组装等生物过程中富集。再生心肌细胞染色质可及性更高的基因区域的KEGG分析揭示了参与PDGF、Wnt和整合素信号通路的基因富集。因此作者认为染色质可及性变化很可能是激活多个基因和信号通路的先决条件，而其中一些先前已被证明与斑马鱼心脏再生有关。
为了确定可能招募染色质重塑酶以控制CM中染色质景观的转录因子，作者对上调的peak区域进行了转录因子基序分析，并结合分析之前已发表的斑马鱼在冷冻损伤后多个时间点的RNA-Seq心室的数据及RT-qPCR结果，发现多个 j un / f os 基因（AP-1 转录因子家族）响应成人心脏的CMs冷冻损伤而上调。通过TF足迹对比分析小鼠ATAC-Seq数据发现：在斑马鱼CMs中表达的AP-1家族成员（ junba / bb和 fosl1a ）在心肌梗塞后的小鼠边界区CM 中没有高度表达或上调。
2. AP-1对于斑马鱼心脏再生是必需的
由于在CMs再生过程中有多个 jun/fos 基因的表达，作者利用显性负转基因系，以组织特异性的方式抑制所有AP-1转录因子的功能（研究表明显性阴性基因 A - F os 在多种情况下都能抑制AP-1转录因子的功能），并结合免疫染色及PCNA/Mef2联合免疫染色方式的结果，最终认为：AP-1转录因子功能对于CM的去分化和增殖以及随后的瘢痕消退是必需的，在CM再生中起关键作用并调控CM的关键过程，包括肌节解体和CM突入损伤区域。
为了鉴定导致CM:A-Fos(+)心脏不能再生的靶基因，作者进行了再次的ATAC-Seq分析，结合转基因品系样本和RT-qPCR 结果，认为：AP-1转录因子可促进未受损CMs中染色质可及性的变化，与再生CMs相似。
3.推测AP-1靶基因 fbx122 可促进心肌细胞肌节的解体
通过对数据的分析，作者鉴定出AP-1的可能靶基因 fbxl22 ，并通过RT-qPCR证实了其表达上调；TF footprint IGV可视化发现：相较于CM：A-Fos(-)CMs，CM:A-Fos (+) CMs中保护DNA不被转座酶切割的保护作用减弱，与AP-1结合的丧失有关。结合实验验证，发现 fbxl22 是AP-1转录因子的靶点，进一步实验研究表明 fbx122 在斑马鱼CMs 中的过度表达可以促进肌节蛋白降解。
4.推测AP-1靶基因 ilk 可促进心肌细胞向损伤区突起
作者在数据分析假定的AP-1靶基因，整合素连接激酶( ilk ) ，并通过RT-qPCR及TF 足迹分析证实 ilk 是AP-1靶基因，可促进心肌细胞向损伤区域突起，并通过进一步实验验证AP-1转录因子可以调节哺乳动物的心肌细胞行为。
5.JUNB和FOSL1可以调节哺乳动物心肌细胞(CM)的行为
为了确定AP-1转录因子是否也能调节哺乳动物CM行为，作者利用 GFP、Junb、Fosl1、Junb+Fosl1 mRNA分别转染原代大鼠新生儿心肌细胞培养物，结合RT-QPCR、免疫印迹和免疫染色及验证实验，发现在哺乳动物CMs中，心肌梗塞后通常不上调或高表达的AP-1家族基因 Junb+Fosl1 的过表达导致了CMs行为的改变，这与斑马鱼CMs再生过程中发生的行为变化相似（包括CM增殖和CM突出）。
结论：AP-1 转录因子通过调节染色质可及性改变，从而激活促进心肌细胞去分化、增殖和突入损伤区域的基因表达程序，在心肌细胞损伤反应中发挥重要作用。
答：研究方法：作者利用ATAC-Seq首次发现在冷冻损伤后，再生心肌细胞染色质可及性格局发生了广泛的变化。通过生物信息学和基因表达分析，发现AP-1结合位点是心脏再生过程中获得可及性区域中含量最高的基序，并使用特异性显性负性方法，发现阻断 AP-1 功能导致了心肌细胞增殖缺陷，以及 fbxl22 和 ilk ...
答：首先，我们要分析拟南芥干细胞和叶肉细胞的ATAC-seq数据，为了保证环境一致性，我们将在独立的conda环境atac_test中操作。对于新手，我会特别强调软件安装的便捷工具，例如使用“软件管家”。环境创建和数据下载是基础，我们将在Windows上利用Linux子系统进行，具体如下：创建并激活环境：conda create -n atac...
答：ATAC-seq的核心在于，通过将转座酶携带的DNA接头注入细胞核，转座酶会识别并插入开放的染色质区域。这些片段随后被加上接头，利用接头序列进行PCR扩增，从而在全基因组上捕捉到那些处于开放状态的区域。这一技术的应用广泛且深入，例如：染色质开放区域图谱绘制：揭示基因活动的热点区域，理解基因表达调控的关...
答：要想知道ATAC-seq的作用，首先必须知道染色质的结构，以human为例，有一定molecular biology背景的人都知道，人类的DNA并不是裸露的，长度惊人的DNA链是以一种特殊的结构被“收纳”在细胞中的：DNA缠绕在组蛋白上，形成串珠式的结构。这样的结构还能够进一步折叠、浓聚，并在其他架构蛋白的辅助下，进而形...
答：ATAC-seq技术应用 重大疾病发病机制：癌症、生殖系统、糖尿病等疾病发病机制；药物相关研究：药物作用机制、新药研发、耐药性及敏感性研究；潜在标志物预测：临床生物标志物发现、生物标志物功能研究；染色体结构研究：染色体开发性图谱绘制、核小体定位预测、转录因子结合位点分析。任喜梅 | 文案 ...
答：通过加上adaptor的转座酶Tn5在原生染色质上的转座，实现快速、灵敏的表观基因组分析。ATAC-Seq应用一个很简单的两步法建库，细胞数可低至500个细胞（500–50,000 cells）。作者应用该技术发现了几类DNA结合蛋白：严格回避核小体的、勉强允许和核小体共定位的、倾向于和核小体共定位的。高通量的表观...
答：ATAC-seq技术由于其要求细胞量少，实验简单、快速、高效且应用范围广，是近年来转录调控、表观遗传修饰研究的一项重要的技术手段。近两年应用ATAC-seq方法发表的文章数量也是飞速上升，可见ATAC-seq的火爆程度。现在，如果你还不了解ATAC，还不抓紧学起来！今天我们先来学习一下ATAC-seq相关的背景介绍。在...
答：此外，在高粱中，ACRs和表观遗传修饰的动态相互作用是否以及在多大程度上参与了染色质可及性还不明确。作者对4个高粱BTx623（模式品种）的幼叶和茎组织（重复）进行了ATAC-seq，分别得到了 40201，36087，39423和37214个peak，通过pearson相关性分析（>0.9），说明 数据具有高重复性 。具体来说，ACRs...
答：ATAC-seq信息分析流程主要分为以下几个部分:数据质控、序列比对、峰检测、motif分析、峰注释、富集分析,下面将对各部分内容进行展开讲解。 下机数据经过过滤去除接头含量过高或低质量的reads,得到clean reads用于后续分析。常见的trim软件有Trimmomatic、Skewer、fastp等。fastp是一款比较新的软件,使用时可以用--adapter_se...
答：原核生物的转座分为两种方式，复制转座和保守转座。复制转座的供体DNA完整，把通过复制的DNA片段插入基因位点上；保守转座则是从供体DNA上分离一段DNA，以转座酶作为中介，连接到目标DNA上而实现的 (又被成为 'cut and paste' 转座)。Tn5是极好的模型来研究保守转座模式。Tn5 Tnp 有476个氨基酸长； ...
