ATAC-seq

ATAC-seq (от англ. Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing) — метод для полногеномного оценивания степени открытости хроматина^[1]. Метод появился в 2013 году как альтернатива MNase-seq (секвенирование сайтов, доступных для микрококковой нуклеазы), FAIRE-Seq и DNase-seq^[1]. По сравнению с DNase-seq и MNase-seq ATAC-seq является более быстрым и чувствительным методом анализа эпигенома^{[англ.]*[2][3][4]}.

ATAC-seq выявляет открытые участки ДНК в составе хроматина с помощью гиперактивной мутантной формы транспозазы Tn5, которая вставляет адаптеры^[англ.] 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^[англ.], 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].

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].

Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии.