ATAC-seq

ATAC-seq выявляет открытые участки ДНК в составе хроматина с помощью гиперактивной мутантной формы транспозазы Tn5, которая вставляет адаптеры для секвенирования в открытые участки генома[2][5]. В то время как транспозазы дикого типа, как правило, обладают невысокой активностью, фермент, использующийся в ATAC-seq, обладает повышенной активностью[6]. В ходе процесса тагментации (англ. tagmentation) транспозаза Tn5 вносит двуцепочечные разрывы в открытые участки генома и вставляет в области разрывов адаптеры для секвенирования[7]. Затем фрагменты ДНК, содержащие адаптеры, очищают, амплифицируют с помощью полимеразной цепной реакции и секвенируются с помощью методов секвенирования нового поколения[7]. На основании прочтений, полученных в результате секвенирования, можно выявить открытые участки хроматина, участки связывания транскрипционных факторов, а также позиции нуклеосом[2]. Чем более открыт хроматин, тем больше прочтений приходится на соответствующий участок генома, причём точность такой оценки достигает значения в один нуклеотид[2]. В отличие от FAIRE-seq, ATAC-seq не требует обработки ультразвуком или экстракции с помощью фенола и хлороформа[8]; в отличие от ChIP-seq, этот метод не требует применения антител[9], а также разрезания ДНК специальными ферментами, как в случае методов DNase-seq и MNase-seq[10]. Пробоподготовка для ATAC-seq занимает всего лишь около трёх часов[11].

Применения ATAC-seq

ATAC-seq используют для количественной оценки участков открытого хроматина. Чаще всего этот метод используют в экспериментах по установлению положения нуклеосом[3], однако с его помощью можно выявлять сайты связывания транскрипционных факторов[12] и сайты метилирования ДНК[13]. С помощью ATAC-seq можно устанавливать местоположение энхансеров, например, в исследованиях эволюции энхансеров[14] или для выявления специфических энхансеров, функционирующих в ходе дифференцировки клеток крови[15].

ATAC-seq использовали для полногеномного определения участков активного хроматина в клетках разных видов рака человека[16]. С помощью этого метода было показано общее снижение количества открытых участков хроматина при макулодистрофии[17]. ATAC-seq может быть использован для выявления сайтов связывания белков, специфичных для данных клеток, а также транскрипционных факторов со специфической активностью в разных типах клеток[12].

Существуют модификации протокола ATAC-seq, предназначенные для анализа хроматина в одиночных клетках. С помощью микрогидродинамических подходов можно выделить отдельные клеточные ядра, и уже на них произвести ATAC-seq[11]. В этом подходе изоляция одиночных клеток происходит до этапа внесения адаптеров для секвенирования в геном[11][18]. Другой подход, известный как комбинаторная индексация клеток, не требует изоляции одиночных клеток. В этом методе для оценки доступности хроматина в тысячах клеток применяется баркодирование. За один такой эксперимент можно получить эпигеномный профиль для 10000 — 100000 клеток[19]. Однако для комбинаторной индексации клеток требуется дополнительное сложное оборудование и особая форма транспозазы Tn5[20].

Биоинформатический анализ данных ATAC-seq одиночных клеток основан на построении матрицы, в которой участкам хроматина противопоставляется число пришедшихся на них прочтений. Такие матрицы могут быть очень велики и содержать сотни тысяч участков хроматина, причём ненулевое количество прочтений приходится не более чем на 3 % из них[21]. Подобно стандартному ATAC-seq, ATAC-seq одиночных клеток позволяет выявлять транскрипционные факторы, активные в данной клетке, например, с помощью анализа количества прочтений, пришедшихся на их сайты связывания[22].