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ATAC-seq，全稱 Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing，是 2013 年由斯坦福大學 William J. Greenleaf 和 Howard Y. Chang 實驗室開發的用來研究染色質可及性（通常也理解為染色質的開放性）的方法。 真核生物的核 DNA 并不是裸露的，而是組蛋白與之結合。DNA 一圈一圈地纏繞在 8 個組蛋白上，形成核小體，每個核小體占了約 147bp 的 DNA。一個個核小體構成了串珠樣的結構，然后進一步折疊、聚合，并在其他架構蛋白的協助下，形成染色體。這樣就能將超長的 DNA 鏈，折疊成很小很小的結構，塞進小小的細胞核里。
但是在基因轉錄的過程中，并非需要完全解開 DNA 鏈的全部結構，而是只需部分解開，即表達基因的區域。這一步驟主要依賴于染色體組蛋白的修飾，尤其是乙酰化。被打開的染色質稱為開放染色質（open chromatin）。一旦染色質打開，調控蛋白（例如轉錄因子）就有機會結合其中。染色質的可及性是指染色質打開的特性，主要由染色體組蛋白的修飾實現，因此染色質的可及性反映了調控因子與開放染色質結合的程度，與轉錄調控密切相關。通過研究特定細胞狀態下開放的染色質區域，我們能夠在 DNA 水平上了解其轉錄調控機制。 研究開放染色質區域的技術傳統的實驗方法主要包括 MNase-seq 和 DNase-seq，它們的主要思路是：當染色質變得開放時，DNA 和組蛋白的聚集程度降低，導致一部分 DNA 暴露出來。失去蛋白質的保護后，這部分 DNA 可被 DNA 酶（如 MNase 或 DNase I）切割。隨后，我們對切割后的 DNA 進行測序，并將其與已知的全基因組序列進行比較，以確定哪些序列被切割，哪些基因序列未受影響，從而確定開放的染色質區域。但是這兩種方法存在明顯的缺陷，主要表現在耗時費力和重復性差的問題。 還有 FAIRE-Seq，先進行超聲裂解，然后用酚-氯仿富集，不依賴酶和抗體，但弊端就是檢測背景高，測序信噪比低，甲醛交聯時間不好把握等等。 ChIP-Seq 是揭示特定轉錄因子或蛋白復合物的結合區域，實際是研究 DNA 和蛋白質的相互作用，利用抗體將蛋白質和 DNA 一起富集，并對富集的 DNA 測序。 整體的分析思路一致，這些技術找富集區域，對富集區域進行功能分析。 相比起來，ATAC-seq 是用 Tn5 轉座酶，操作起來也更加簡單，重復性好，而且最重要的一點是實驗只需要很少的細胞/組織量，出來的信號也更加漂亮，所以 ATAC-seq 目前已經是研究染色質開放性首選的技術方法。
ATAC-seq 技術ATAC-seq 技術用到了一個轉座酶 Tn5：DNA 轉座是一種由 DNA 轉座酶介導，把 DNA 序列從染色體的一個區域插入到另外一個區域的現象，類似于“剪切粘貼”。這個過程，也是需要插入位點的染色質是開放的，否則就會被一大坨高級結構給卡住。 轉座酶可以隨機結合并切割染色質開放區的 DNA，并且可同時在切割位點插入接頭序列。只要將攜帶已知 DNA 序列標簽的轉座復合物（即帶紅色和藍色序列標簽的 Tn5 轉座酶）加入到細胞核中一起孵育，再利用已知序列標簽進行 PCR 擴增即可形成文庫，經過測序就可以獲得染色質開放區的信息。
ATAC-seq 實驗流程一般來說包括以下幾個步驟：
ATAC-seq 技術的優勢
ATAC-seq 技術的應用那么說了這么半天的 ATAC-seq 歸根到底是用來干嘛呢？主要有以下應用
ATAC-seq 適用于機制研究，探索信號通路、表型變化、疾病等與基因調控的相關性。并以其簡便高效、重復性好等優點，成為研究染色質開放區的有效技術方法。 在表觀遺傳研究中，ATAC-seq 能夠探索表觀修飾是否與研究目標有相關性，可通過 Open Chromatin 區域和 Motif 分析尋找參與基因調控的轉錄因子。ATAC-seq、CUT&Tag 和 RNA-seq 等方法技術能夠助力科研人員進行相關研究 ATAC-seq 的技術限制
參考資料
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