單細胞ATAC：單細胞分辨率的染色質可及性，更高精度地探索細胞內部的調控機製
項目簡介
ATAC-seq自問世以來，憑借其便捷的操作、低細胞需求量和高信噪比等優勢，迅速成為研究染色質可及性的強大工具。其應用價值體現在多個方麵，包括識別基因調控元件、研究轉錄因子結合、發現潛在標誌物等。並廣泛應用於基因調控、細胞發育分化、疾病研究和基因組三維結構等多個研究領域，推動產生了多項重大研究成果。
為滿足更高層次的研究需求，在單細胞水平上實現更精細的染色質可及性研究。表觀生物正式推出基於華大平台的單細胞表觀組學產品scATAC-seq，通過高效的捕獲磁珠及文庫試劑盒，最大程度保證了scATAC文庫製備的穩定性和重複性。更低成本，更優數據；細胞捕獲效率高達60%以上；雙胞汙染率，在捕獲15,000細胞核時＜6%；周期短，1天內可完成文庫製備工作。通過scATAC-seq，可監測異質細胞群體中染色質可及性狀態的動態變化，更高精度的細胞狀態識別對於生成發育軌跡、細胞分化和疾病相關的細胞狀態變化至關重要。提供對基因調控更深入的理解。
技術流程
1. 將細胞或組織製備細胞核懸液，加入Tn5轉座酶進行批量切割插入
2. 細胞核標記與分選，生成液滴（DNBelab C4配備4個獨立控製的微流控通路，支持1-4樣本的靈活上樣。scATAC文庫製備過程中的細胞核分離、標記過程僅需6分鍾）
3. 回收液滴進行PCR，破乳回收DNA，構建單細胞ATAC文庫
4. 文庫pooling後進行高通量測序（DNBSEQ-T7日產可高達7 Tb，4聯載片平台，支持PE150和PE100不同讀長並行測序）
技術應用與優勢
技術優勢
較傳統ATAC-seq的優勢：
1. 單細胞分辨率，識別單個細胞的染色質可及性特征，識別稀有細胞類型，理解獨特調控特征
2. 描述特定於細胞類型或譜係的調控元件
3. 在生成發育軌跡、細胞分化和與疾病相關的細胞狀態變化時，具備更高的準確性
4. 能夠在小細胞群體或過渡狀態下檢測稀有的染色質可及性變化5. 動態變化的高準確性追蹤
技術應用
1. 分析異質細胞群體的染色質可及性，識別細胞類型和亞型，揭示基因調控機製和細胞分化過程
2. 監測染色質可及性的動態變化。比如，可以跟蹤不同發育階段的動態變化，以理解細胞如何隨時間改變基因表達。
3. 通過峰值調用和細胞聚類分析等，識別開放染色質區域，推斷基因表達潛力，並關聯調控元件與目標基因
4. 可與scRNA-seq數(shu)據(ju)整(zheng)合(he)分(fen)析(xi)，關(guan)聯(lian)染(ran)色(se)質(zhi)可(ke)及(ji)性(xing)和(he)基(ji)因(yin)表(biao)達(da)模(mo)式(shi)，可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)差(cha)異(yi)表(biao)達(da)基(ji)因(yin)是(shi)否(fou)也(ye)具(ju)有(you)顯(xian)著(zhu)的(de)染(ran)色(se)質(zhi)可(ke)及(ji)性(xing)差(cha)異(yi)，揭(jie)示(shi)細(xi)胞(bao)功(gong)能(neng)的(de)調(tiao)控(kong)機(ji)製(zhi)。
送樣要求
細胞
細胞量≥2×10⁵，細胞活性＞85%，細胞大小5-40 um，細胞結團比例＜10%，細胞懸液中無明顯細胞碎片等雜質
組織
≥0.1g/樣本
分析內容
基本分析
1. 原始reads過濾與比對
2. 質控：插入片段長度分布、peak片段數等
3. TSS富集分數
4. 低質量細胞過濾
5. 降維聚類分析
6. 細胞類型注釋
高級分析
1. Motif分析
2. 細胞軌跡分析
3. Peak相關基因富集分析（GO/KEGG）
4. 個性化分析定製
實測數據
TSS富集分數密度圖
細胞類型注釋
圖2. 插入片段長度分布圖
圖5. IGV峰圖
圖3. 聚類分群UMAP圖
圖7. 細胞軌跡分析UMAP圖
圖1. scATAC-seq數據分析結果
案例解讀
Nat Immunol：IRF8定義小膠質細胞表觀遺傳景觀，調控其出生後發育並影響阿爾茨海默病進展[1]
這項研究探討了幹擾素調節因子8（IRF8）在出生後小膠質細胞發育和阿爾茨海默病發病機製中的作用。為了解IRF8如何調控小膠質細胞的出生後成熟，作者使用了多種測序技術，包括CUT&RUN、RNA-seq、ATAC-seq、WGBS、scRNA-seq與scATAC-seq聯合分析。通過分析IRF8結合位點、轉錄組、染色質可及性、DNA甲基化和單細胞基因表達，研究發現IRF8在出生後逐步結合到小膠質細胞的增強子區域，協調表觀遺傳變化，從而指導小膠質細胞特異性基因的表達。其中，作者為了探究IRF8對小膠質細胞染色質可及性的影響及其與轉錄組的關聯，研究人員使用scATAC-seq分析了野生型和IRF8cKO小膠質細胞的染色質可及性圖譜、轉錄因子結合基序、以及染色質可及性與基因表達的關係。此外，還分析了5xFAD模型中吞噬Aβ斑塊的小膠質細胞的染色質狀態，並與IRF8缺失的影響進行了比較。這項研究表明，IRF8對於建立出生後小膠質細胞的表觀遺傳圖譜和轉錄程序至關重要，並暗示IRF8可能是AD治療的潛在靶點。
圖2. scATAC-seq聚類的代表性IGV峰圖
參考文獻
[1]Saeki K, Pan R, Lee E, Kurotaki D, Ozato K. IRF8 defines the epigenetic landscape in postnatal microglia, thereby directing their transcriptome programs. Nat Immunol. 2024;25(10):1928-1942.