ATAC-seq讲座视频笔记

系列笔记基于达澈生物讲座视频，从中初步学习了解生信分析中常遇到的组学分析技术。
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1、ATAC-seq研究目的

Assays for Transposase-Accessible Chromatin with high throughout sequencing

• ATAC-seq与ChIP-seq都是表观转录组学的重要组成部分；

  
  
  image from wiki

• 如其全称，ATAC-seq是探索染色体可及性（chromatin accessibility），即染色体的开放状态（open chromatin）。

关于染色体可及性（chromatin accessibility）

• 通常染色体DNA链先与组蛋白缠绕1.67圈(147bp)形成核小体(nuclesome)结构，核小体间通过50bp左右DNA序列相连；然后核小体通过特定折叠方式最终形成致密的染色体结构。

  
  
  image from wiki

• 若致密的核小体结构被破坏后，启动子、增强子、绝缘子、沉默子等顺式调控原件和反式作用因子可以与之接近，与真核生物的转录调控密切相关。这就是指open chromatin。

• ATAC即研究开放染色质区域里，松散核小体之间，具有重要调控意义的连接序列。

2、ATAC-seq的主要原理

• ATAC的T是指Transposase，就是指实验中用到的Tn5转座酶，是实验的关键

• Tn5转座酶简单来说发挥cut & paste的作用，如下图
  Tn5酶（图中蓝色小圆圈）从一段DNA序列中剪切掉一条DNA短片段，“粘贴”到第二段DNA序列中；

  
  
  image.png

• 而ATAC技术则利用Tn5酶特性，并进行巧妙设计：预先加上两个接头(illumina)，粘贴至特定区域（open chromatin）两端，后识别（磁珠）、PCR构建文库，测序。

  
  
  image.png

• 如上图所示，Tn5 转座酶优先插入nucleosome-free regions（NFR）的特性，但是 Tn5 也有可能插入相邻核小体之间的连接区，此时其 DNA fragement 会更长（超过150bp）而且和相邻核小体的个数相关。因此ATAC fragment distribubtion中mono-, di-, and tri-nucleosomes (~ 200, 400, 600 bp, respectively)左右特征峰也是质检时的关注点之一。

  
  
  image from Genome Biology

3、ATAC-seq数据分析

image from 达澈生物

• RAW data → clean data(Cutadapt,fastqc) → Alignment(hisat2) → peak calling(macs2)

上面三步基本与chip-seq分析流程一致，但值得注意的是peak calling时二者存在一定区别，这与二者的研究目的与技术有关

image.png

chip-seq：双峰内移→单峰（相当于蛋白结合DNA中间位点）；macs，以及双峰原因见之前笔记
ATAC-seq：双峰外移→双峰（对应两个Tn5酶切位点）

接下来的分析同样也是围绕peak展开

• site annotation & region function；
  visualization（profile analysis、heatmap ），可使用Y叔的chipseeker包
• motif（homer）
• Differential analysis
  diff peak，diff function→kegg
• 联合RNA-seq、ChIP-seq等多组学分析

image from 达澈生物

4、ATAC-seq文献阅读推荐

• The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos
  • https://www.nature.com/articles/nature18606
• Probing chromatin landscape reveals roles of endocardial TBX20 in septation
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4966318/
• Chromatin accessibility maps of chronic lymphocytic leukaemia identify subtype-specific epigenome signatures and transcription regulatory networks
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5494194/
• Chromatin accessibility underlies synthetic lethality of SWI/SNF subunits in ARID1A-mutant cancers
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5643100/
• Reprogramming of Meiotic Chromatin Architecture during Spermatogenesis
  • https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30735655/#affiliation-1