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柳嘉欣
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公司新闻/正文
揭秘基因表观遗传学——ATAC-seq实验攻略
1546 人阅读发布时间：2024-10-22 09:10
一、ATAC-seq介绍
ATAC-seq是一种用于研究染色质可及性的高通量测序技术，其原理是利用转座酶将测序标记插入细胞核内可及的染色质区域，再通过高通量测序技术对插入位点进行分析，从而获得全基因组范围的染色质可及性图谱，它能够帮助我们了解基因如何在细胞内开启或关闭，从而影响生物体的生理和病理过程。
ATAC-seq作为一种高效的表观遗传学研究工具，其实验流程却非常简单，其中包括：
（1）细胞裂解与染色质释放：
首先，将细胞在特定的缓冲液中裂解，以释放染色质。这个过程通常需要使用盐和其他化学物质来维持染色质的完整性。
（2）利用转座酶切割染色质：
在裂解液中加入转座酶（如Tn5转座酶）。转座酶能够识别并切割DNA上未被蛋白质包裹的区域，即染色质的开放区域。这些区域通常是基因的启动子、增强子和其他调控元素。
（3）插入adaptors：
转座酶在切割DNA的同时，会将特定的 adaptors 插入到DNA断裂的两端。这些 adaptors 包含了后续PCR和测序所需的引物结合位点。
（4）PCR扩增：
使用含有 adaptors 的引物进行PCR扩增，以增加含有特定 adaptors 的DNA片段的量，为高通量测序做好准备。
（5）高通量测序：
扩增后的DNA片段被送入高通量测序仪进行测序。这些序列数据将被用来确定转座酶切割的位点，从而绘制出染色质的可及性图谱。
（6）数据分析：
通过生物信息学分析，将测序结果映射到参考基因组上，以确定哪些区域在细胞中是可及的。这些信息可以揭示哪些基因可能被激活或沉默，以及染色质结构如何影响基因表达。
二、ATAC-seq技术优势
ATAC-seq实验相较于现有的表观遗传学技术有明显的优势，其中包括：
1、简单快速的实验流程
无需特殊仪器：ATAC-seq的实验流程相对简单，不需要昂贵的特殊仪器，只需基础的分子生物学实验设备即可。
快速高效：整个实验流程可以在一天内完成，从细胞裂解到测序文库构建，节省了大量的时间。
2、全基因组范围的覆盖
全面性：ATAC-seq可以在全基因组范围内进行染色质可及性的分析，不仅能够检测到基因体上的开放区域，还能够覆盖到遗传元件如增强子、沉默子等。
高分辨率：通过高通量测序，ATAC-seq能够提供高分辨率的染色质可及性图谱，有助于详细解析基因调控网络。
3、高灵敏度和低输入量
低细胞数需求：ATAC-seq只需要很少的细胞数（约500-10000个细胞），适合于稀少或者难以获得的样本。
高灵敏度：即使是在极低的信号水平下，ATAC-seq也能够检测到染色质的可及性变化，适合于研究细微的基因表观遗传学差异。
4、单细胞分析能力
单细胞水平：ATAC-seq可以与单细胞技术结合，进行单细胞水平的染色质可及性分析，揭示细胞内部的异质性。
5、兼容性和多样性
兼容性：ATAC-seq数据可以与其他表观遗传学数据（如ChIP-seq、RNA-seq）结合分析，从而提供更全面的基因调控信息。
适用性广泛：适用于各种生物体和细胞类型，包括植物、动物和微生物。
通过这些优势，ATAC-seq成为了研究基因表观遗传学的一项强大工具，为科学家们提供了深入理解生物体基因调控机制的可能。
三、ATAC-seq应用场景
ATAC-seq的应用领域非常广泛，其核心优势在于能够在不需要大量细胞样本的情况下，快速、高效地提供全基因组水平的染色质可及性信息。这使得ATAC-seq成为连接遗传变异、表观遗传修饰和基因表达调控的有力工具。其应用方面包括：
（1）基因表达调控研究
ATAC-seq能够揭示哪些基因调控区域（如启动子、增强子和绝缘子）在特定细胞类型中是开放的，从而与基因表达水平相关联。研究者可以利用这些信息来理解基因如何在不同的生物过程或疾病状态下被调控。
（2）细胞异质性分析
在单细胞水平上应用ATAC-seq（scATAC-seq），可以研究细胞群体的异质性，包括不同细胞类型的染色质可及性差异，这对于理解细胞分化和发育过程至关重要。
（3）发育生物学
通过比较不同发育阶段细胞的ATAC-seq数据，研究者可以揭示染色质可及性的变化如何指导细胞命运的决定和器官的形成。
（4）疾病机理研究
ATAC-seq有助于揭示疾病状态下的染色质结构变化，如癌症中的表观遗传学改变，这可以提供关于疾病进展和治疗靶点的新见解。
（5）药物开发
通过ATAC-seq识别的调控区域可以作为药物开发的靶点。了解这些区域的开放或封闭状态可以帮助设计药物来调节特定的基因表达。
（6）表观遗传学
ATAC-seq提供了关于染色质可及性的直接信息，这是表观遗传学研究的一个重要方面。它可以用来研究DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传标记如何影响染色质结构和基因表达。
（7）基因组编辑
ATAC-seq数据可以帮助研究者识别易于CRISPR-Cas9等基因组编辑技术靶向的位点，从而提高基因编辑的效率和特异性。
（8）植物生物学
在植物中，ATAC-seq可以用来研究环境变化（如干旱、盐胁迫）如何影响染色质可及性和基因表达，这对于理解植物对环境适应的分子机制非常有用。
（9）免疫学
ATAC-seq可以用来研究免疫细胞在激活或分化过程中的染色质动态变化，这对于理解免疫应答的调控具有重要意义。
（10）时间生物学
通过在不同时间点对细胞进行ATAC-seq分析，研究者可以观察染色质可及性的时间变化模式，这对于理解生物钟和细胞周期调控至关重要。
ATAC-seq的实验原理使其成为一种非常有力的工具，用于研究染色质结构和基因调控机制，特别是在不需要大量的细胞材料或长时间的实验流程的情况下。通过ATAC-seq，研究者能够获得关于染色质可及性的全基因组视图，进而深入理解生物体的基因表达和功能。
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珠海舒桐医疗科技有限公司是一家以基因编辑为核心技术的生物医药企业，总部位于粤澳深度合作区——横琴新区，下设鼓润（武汉）医疗科技有限公司、广州舒桐医疗科技有限公司和杭州舒桐生物科技有限公司等全资子公司。公司为国家高新技术企业，拥有博士后工作站和多个博士后团队，已申请专利40余项，承担多项国家科技重大专项。公司致力于通过创新技术为多种疾病尤其肿瘤开展新药研发，提供基因靶向治疗方案。同时公司搭建了一站式基因编辑平台、分子诊断平台和科技服务平台，可提供从靶点筛选、基因编辑有效性检测到安全性评估的全流程解决方案；具备先进的CGT原料规模化生产能力，可为科研机构及生物医药企业提供安全高效的一站式服务和原料供应。舒桐医疗坚持以“创新、敬业、融合、开放”为核心价值观，致力于利用基因治疗技术造福人类健康，让生命更美好。