發(fā)布日期：2017-02-09

人類單個細(xì)胞約有 60 億 DNA 堿基對，如果按照線性計算，單個細(xì)胞的 DNA 大約有 3 米長。而這么長的 DNA 如何包裝進(jìn)只有 6 - 8 微米大小的細(xì)胞核中是當(dāng)今生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的熱門話題。在細(xì)胞中，這些 DNA 與多種蛋白結(jié)合形成具有多層結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)。在整個基因組中，只有~1% 的染色質(zhì)是活躍的，被稱為活躍染色質(zhì)。這些活躍染色質(zhì)的打開和關(guān)閉，以及它們在細(xì)胞核中的位置與基因的表達(dá)調(diào)控有密切關(guān)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(zhì)在基因組中的線性位置。但是這種方法需要百萬以上的細(xì)胞以及大量的時間投入。近年來，斯坦福大學(xué)的 Dr. Howard Chang（張元豪教授）和 Dr. Will Greenleaf 實驗室利用轉(zhuǎn)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(shù)。此技術(shù)僅需要少于 5 萬個細(xì)胞甚至單個細(xì)胞，且在~6 個小時內(nèi)完成活躍染色質(zhì)文庫的構(gòu)建，因此該技術(shù)革命性的改進(jìn)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(zhì)在細(xì)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(jìn)行。

而精確醫(yī)療時代的到來，需要把染色質(zhì)三維空間包裝和線性測序同時結(jié)合在一起。為了解決這個技術(shù)的挑戰(zhàn)，Dr. Howard Chang 實驗室發(fā)明了 ATAC-see 技術(shù)，此技術(shù)可以同時檢測活躍染色質(zhì)在細(xì)胞核內(nèi)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(zhì)中，從而可以精確的定位活躍染色體在細(xì)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(zhì)的線性序列（圖 1 -2）。利用此技術(shù)，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在不同種類的人類細(xì)胞中，活躍染色體的分布有著細(xì)胞種類特異性，特別是人類中性粒細(xì)胞的活躍染色質(zhì)的包裝與其它的細(xì)胞有很大的差別，并且這種特定的編排和中性粒細(xì)胞抗細(xì)菌感染有密切的關(guān)聯(lián)。另外此技術(shù)還可以和流式細(xì)胞分選技術(shù)直接結(jié)合，從而定量的測定活躍染色質(zhì)在不同細(xì)胞中的組成，例如該團(tuán)隊結(jié)合細(xì)胞核染色和 ATAC-see 發(fā)現(xiàn)細(xì)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(shù)發(fā)表在 《Nature Methods》上，斯坦福大學(xué)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(xué)的 Dr. Will Greenleaf 和 Dr. Jan Liphardt，以及加州大學(xué)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