单细胞ATAC-seq

技术简介

单细胞ATAC测序（scATAC-seq）是基于10x Genomics平台的微流控和油滴包裹技术，在单细胞水平对细胞染色质开放区域进行检测的技术，可用于绘制细胞染色质开放区的单细胞图谱，是一种高分辨率研究染色质开放程度与DNA结合蛋白调控基因的表达网络，在单细胞水平研究表观遗传学的有效手段。瀚因scATAC-Seq服务可以同时检测数千个细胞的全基因组染色质可及性，从而检测异种群体中的细胞亚群。目前，单细胞ATAC-seq技术可应用于肿瘤异质性、免疫微环境、神经科学、胚胎发育、细胞分化等领域的研究。

技术原理

单细胞ATAC-seq利用改造Tn5转座酶对混合的细胞核悬液进行核DNA切割，捕获染色质开放区，将测序接头引入染色质开放区的两端。随后采用10x Barcode条形码标记细胞来源，形成油滴包裹的GEM。通过文库构建、高通量测序获取信息并进行数据分析。

单细胞ATAC-seq技术原理

技术应用

l探索疾病机制：肿瘤微环境、肿瘤异质性、病程进展、癌症形态等疾病机制探索

l挖掘稀有细胞：鉴定和发现新的细胞类型，并分析其在生物学过程参与的作用

l描绘细胞发育轨迹：解析细胞发育和分化轨迹，创建细胞发育谱系，明确器官发育轨迹等

l预测潜在Biomarker：临床生物标志物发现、生物标志物功能研究，药物靶点发现

技术优势

l低成本：每个细胞成本远远低于传统单细胞测序、组织测序

l短周期：1 h即可完成Tn5转座酶对染色质开放区域的切割

l高通量：7 min即可完成1,000-80,000个细胞核的标记

l大数据：可获得多至万个细胞的数据，不依赖于抗体捕获，全面性研究染色质开放区域

送样要求*

l样本物质：人源样本

l细胞数量：>50000

l细胞悬液浓度：600-1200个/µl

l细胞尺径：5μm- 40 μm

l细胞活性：>80%

*具体送样细节请致电详询我司。

经典案例

1. 单细胞测序技术绘制人类造血细胞分化调控图谱

    文章通过对10类已定义的人类造血细胞亚群进行单细胞ATAC测序及数据分析，构建造血过程相关细胞的染色体可接近性图谱，描绘造血分化轨迹。研究发现在多能性细胞类型中，不同发育分支的谱系偏向是一致的，而常见髓样祖细胞(CMPs)和粒细胞-巨噬细胞祖细胞(GMPs)存在一定的异质性，进一步通过整合单细胞转录组数据联合分析，解析转录因子动态调控变化机制。

文章内容概览

<Buenrostro, Jason D., et al. Integrated single-cell analysis maps the continuous regulatory landscape of human hematopoietic differentiation. Cell, 2018 May 31;173(6):1535-1548.e16.>

2. 小鼠细胞类型与人类疾病的相关性探索

文章利用单细胞ATAC-seq技术绘制了雄性小鼠13个组织的染色质可及性图谱，发现了85类染色质可及性及约40万个潜在的调节元件，为了解哺乳动物的染色质可及性打下了基础。根据单细胞的染色质可及性的异同将所有细胞分为不同的亚群，并对亚群进行注释，得到小鼠的染色质可及性图谱；在此基础上，研究染色质可及性的组织特异性，以内皮细胞为例，发现内皮细胞可分为9个亚类，不同组织中的亚类组成有较大差异。最后将单细胞ATAC-seq与GWAS（全基因组关联分析）结合起来，揭示了小鼠细胞类型与人类疾病的相关性。

 内皮细胞在组织中的分布

<Darren A C, Andrew J H, Delasa A, et al. A Single-Cell Atlas of In Vivo Mammalian Chromatin Accessibility. Cell, 2018 Aug 23;174(5):1309-1324.>

3. 表观遗传变异的细胞异质性研究

文章对来源于16个健康人外周血及骨髓细胞的63,882个细胞核样本进行单细胞ATAC测序分析，绘制了来自血液、基底细胞癌组织的200,000多个单细胞的染色质可及性图谱。基于染色质开放程度，鉴定出31个细胞亚群，并深入探索了免疫细胞谱系的调控轨迹。研究团队还对PD-1治疗前后采集的基底细胞癌患者的原发性肿瘤样本进行了检测，通过分析37,818个细胞的ATAC-seq数据，发现来源于不同患者的基质细胞、免疫细胞基本聚到一起，而肿瘤细胞的分群则表现出显著的异质性。在PD-1免疫治疗后，对治疗有相应的患者中出现两种T细胞亚群（耗竭性CD8+T细胞和CD4+滤泡辅助T细胞）的扩张且比例相当，暗示这两种细胞类型在PD-1阻断后，其分化过程可能处于一致的调控模式。

肿瘤细胞的的异质性及PD-1治疗前后细胞亚群的改变

<Satpathy A T, Granja J M, Yost K E, et al. Massively parallel single-cell chromatin landscapes of human immune cell development and intratumoral T cell exhaustion. Nat Biotechnol, 2019 Aug; 37(8): 925-936.>

4. 基因调控网络构建

     通过scATAC-seq数据，研究人员可以根据开放染色质上顺式调控元件的基因活性评分来推断特定细胞中转录因子的表达。推定的转录因子结合位点的可接近性可作为转录因子表达数据的补充，以建立细胞类型特异性的调控网络。斯坦福大学的研究人员在混合表型急性白血病研究中，利用这种方法及其scATAC-seq数据，将启动子可接近性与靶基因表达相关联，从而确定了调控白血病基因的疾病特异性网络。重要的是，各个细胞谱系和发育状态的转录因子活性以及更广泛的调控网络都可以追踪，而这在单独使用scRNA-seq时颇具挑战性。

淋巴谱系轨迹中的转录因子动态

<Granja J M, Klemm S, McGinnis L M, et al. Single-cell multiomic analysis identifies regulatory programs in mixed-phenotype acute leukemia. Nat Biotechnol, 2019 Dec;37(12):1458-1465>

5. 疾病潜在生物标志物研究

文章首先对原发肿瘤、阴性和阳性淋巴结进行scRNA-seq，共获得30213个细胞的转录组谱，研究人员在乳腺癌患者的阳性淋巴结中发现了异常高表达CXCL14的一种新的细胞亚群。之后研究人员对阳性及阴性淋巴结样本进行了scATAC-seq以获得染色质可及性谱，利用scATAC-seq数据揭示了CXCL14肿瘤细胞亚群的可及性，并确定了多个可能是乳腺癌淋巴结转移潜在调节因素的转录因子，为理解乳腺癌淋巴结转移机制提供了新的思路，并对临床乳腺癌淋巴结转移患者的转化应用具有潜在价值。

scATAC-seq揭示了CXCL14肿瘤细胞的染色质可及性

<Xu K, Zhang W, Wang C, et al. Integrative analyses of scRNA-seq and scATAC-seq reveal CXCL14 as a key regulator of lymph node metastasis in breast cancer. Hum Mol Genet,2021 Apr 27;30(5):370-380> 

瀚因优势

l丰富项目经验：瀚因生命团队具有丰富的scATAC-seq项目经验，可提供标准流程单细胞ATAC方案设计及生信分析。

l专业生信分析：瀚因生命团队拥有专业科研团队、具成熟的新算法及自动化pipeline开发能力，强大的技术储备能够为客户提供涵盖“从分析到解读”的一站式数据分析服务，满足深度分析及个性化分析需求。

l科学方案设计：瀚因团队scATAC-seq项目从方案设计到数据处理，符合领域内标准流程设计与分析，实现稳定的数据分析及成果交付。

l优质项目文章：瀚因团队已发表Cancer Cell、Genome Biology、BIB等多篇高水平文章，涵盖临床医疗、组学技术开发及生物信息算法开发等领域内全方向。

l专业服务体系：瀚因秉承”科学严谨、客观公正、诚信为本、服务至上”的发展理念，积极追求以技术为核心、品质为宗旨、信誉为己任的服务理念，为科研服务和产品研发提供专业的技术服务。

套餐定制

瀚因生命提供全方位的个性化定制分析服务，客户可根据不同的需求，选择不同的方案。

单细胞ATAC-seq生物信息分析

分析流程

结果展示

质控分析

细胞聚类

转录因子motif富集分析

细胞分化轨迹分析

双组学一致性（转录组关联分析）

不同基因区间在不同注释细胞类型峰的分布情况（转录组关联分析）

瀚因项目展示

瀚因生命创始人兼首席科学家、中国科学技术大学瞿昆教授团队联合美国斯坦福大学 Howard Chang 实验室，首次揭示了T细胞淋巴瘤（Cutaneous T cell lymphoma，CTCL）的表观遗传调控机制。该研究并利用ATAC-seq技术快速分析正常人和患者血液中微量活体T淋巴细胞的染色质开放位点，展现了CTCL患者和健康对照组的CD4+细胞DNA可及性图谱并确定了驱动白血病调节组的转录因子激活的三种主要模式。

1. 对外周血CD4+ T细胞进行DNA可及性分析，绘制出Normal CD4+，CTCL，Leukemic和Host 细胞的DNA 可及性图谱。

2. 通过对CTCL Leukemic细胞和Host细胞DNA可及性的组间对比，获得其表观基因组特征。

3.利用转录因子分析，发现驱动白血病调节组的转录因子激活的三种主要模式：Jun-AP1， CTCF及包括EGR, SMAD, MYC和KLF的motif集，为白血病的表观遗传治疗提供潜在靶点。

扫码关注官方公众号

扫码关注环环测公众号

扫码进入环环测小程序