单细胞ATAC:单细胞分辨率的染色质可及性,更高精度地探索细胞内部的调控机制

项目简介
ATAC-seq自问世以来,凭借其便捷的操作、低细胞需求量和高信噪比等优势,迅速成为研究染色质可及性的强大工具。其应用价值体现在多个方面,包括识别基因调控元件、研究转录因子结合、发现潜在标志物等。并广泛应用于基因调控、细胞发育分化、疾病研究和基因组三维结构等多个研究领域,推动产生了多项重大研究成果。
为满足更高层次的研究需求,在单细胞水平上实现更精细的染色质可及性研究。表观生物正式推出基于华大平台的单细胞表观组学产品scATAC-seq,通过高效的捕获磁珠及文库试剂盒,最大程度保证了scATAC文库制备的稳定性和重复性。更低成本,更优数据;细胞捕获效率高达60%以上;双胞污染率,在捕获15,000细胞核时<6%;周期短,1天内可完成文库制备工作。通过scATAC-seq,可监测异质细胞群体中染色质可及性状态的动态变化,更高精度的细胞状态识别对于生成发育轨迹、细胞分化和疾病相关的细胞状态变化至关重要。提供对基因调控更深入的理解。

技术流程
1. 将细胞或组织制备细胞核悬液,加入Tn5转座酶进行批量切割插入
2. 细胞核标记与分选,生成液滴(DNBelab C4配备4个独立控制的微流控通路,支持1-4样本的灵活上样。scATAC文库制备过程中的细胞核分离、标记过程仅需6分钟)
3. 回收液滴进行PCR,破乳回收DNA,构建单细胞ATAC文库
4. 文库pooling后进行高通量测序(DNBSEQ-T7日产可高达7 Tb,4联载片平台,支持PE150和PE100不同读长并行测序)
技术应用与优势
技术优势
较传统ATAC-seq的优势:
1. 单细胞分辨率,识别单个细胞的染色质可及性特征,识别稀有细胞类型,理解独特调控特征
2. 描述特定于细胞类型或谱系的调控元件
3. 在生成发育轨迹、细胞分化和与疾病相关的细胞状态变化时,具备更高的准确性
4. 能够在小细胞群体或过渡状态下检测稀有的染色质可及性变化5. 动态变化的高准确性追踪
技术应用
1. 分析异质细胞群体的染色质可及性,识别细胞类型和亚型,揭示基因调控机制和细胞分化过程
2. 监测染色质可及性的动态变化。比如,可以跟踪不同发育阶段的动态变化,以理解细胞如何随时间改变基因表达。
3. 通过峰值调用和细胞聚类分析等,识别开放染色质区域,推断基因表达潜力,并关联调控元件与目标基因
4. 可与scRNA-seq数据整合分析,关联染色质可及性和基因表达模式,可以发现差异表达基因是否也具有显著的染色质可及性差异,揭示细胞功能的调控机制。
送样要求
细胞
细胞量≥2×105,细胞活性>85%,细胞大小5-40 um,细胞结团比例<10%,细胞悬液中无明显细胞碎片等杂质
组织
≥0.1g/样本
分析内容
基本分析
1. 原始reads过滤与比对
2. 质控:插入片段长度分布、peak片段数等
3. TSS富集分数
4. 低质量细胞过滤
5. 降维聚类分析
6. 细胞类型注释
高级分析
1. Motif分析
2. 细胞轨迹分析
3. Peak相关基因富集分析(GO/KEGG)
4. 个性化分析定制

图1. TSS富集分数密度图
实测数据

图2. 插入片段长度分布图

图3. 聚类分群UMAP图

图4. 细胞类型注释

图5. IGV峰图

图6. GO富集分析气泡图

图7. 细胞轨迹分析UMAP图

图1. scATAC-seq数据分析结果
案例解读
Nat Immunol:IRF8定义小胶质细胞表观遗传景观,调控其出生后发育并影响阿尔茨海默病进展[1]
这项研究探讨了干扰素调节因子8(IRF8)在出生后小胶质细胞发育和阿尔茨海默病发病机制中的作用。为了解IRF8如何调控小胶质细胞的出生后成熟,作者使用了多种测序技术,包括CUT&RUN、RNA-seq、ATAC-seq、WGBS、scRNA-seq与scATAC-seq联合分析。通过分析IRF8结合位点、转录组、染色质可及性、DNA甲基化和单细胞基因表达,研究发现IRF8在出生后逐步结合到小胶质细胞的增强子区域,协调表观遗传变化,从而指导小胶质细胞特异性基因的表达。其中,作者为了探究IRF8对小胶质细胞染色质可及性的影响及其与转录组的关联,研究人员使用scATAC-seq分析了野生型和IRF8cKO小胶质细胞的染色质可及性图谱、转录因子结合基序、以及染色质可及性与基因表达的关系。此外,还分析了5xFAD模型中吞噬Aβ斑块的小胶质细胞的染色质状态,并与IRF8缺失的影响进行了比较。这项研究表明,IRF8对于建立出生后小胶质细胞的表观遗传图谱和转录程序至关重要,并暗示IRF8可能是AD治疗的潜在靶点。

图2. scATAC-seq聚类的代表性IGV峰图
参考文献
[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.