技术介绍

细胞通过一组交互式调节机制(例如 DNA 甲基化、组蛋白修饰和转录因子活性)来控制其基因表达。染色质可及性在很大程度上反映了细胞的综合调控状态。因此,细胞的染色质可及性谱与其转录组一起充当信息层来描述细胞身份。此外,探索染色质可及性谱可以进一步了解 scRNA-seq 数据可能无法捕获的基因调控机制和细胞分化过程。

scATAC-seq(single-cell Assay for Transposase-Accessible Chromatin with sequencing)是一种单细胞水平的染色质开放性检测技术。它的核心思想是利用 Tn5 转座酶 将测序接头插入到基因组中开放的染色质区域,然后通过高通量测序读取这些片段,从而获得每个单细胞中染色质可及性的分布情况。

相比传统的 bulk ATAC-seq,scATAC-seq 可以揭示不同细胞群体在调控元件(如增强子、启动子、转录因子结合位点等)可及性上的异质性。

技术优势

✔  数据质量高(核心优势):先对混合细胞核进行批量转座,后再进行单细胞分离与标记,避免了在液滴生成过程中因细胞核破损造成的分子交叉污染,显著降低了背景噪音,从而获得信噪比更优、数据质量更高的测序结果。

✔  细胞通量大:基于微流控液滴技术,单次运行可高效捕获数千至上万个细胞核,能够满足对复杂细胞群体进行大规模取样的研究需求。

✔  性价比优异:作为国产平台,成本相较于国外同类技术方案更具竞争力,为广大研究者提供了更低门槛的单细胞表观遗传学研究工具。

技术应用

1.解析细胞异质性

在复杂组织或肿瘤中区分不同的细胞类型和亚型。即使是稀有或过渡状态的细胞,也可以通过染色质可及性谱被识别出来。

2.检测疾病或治疗过程中的动态变化

监测不同发育阶段、疾病进程或药物处理过程中染色质开放状态的变化。例如,追踪抗癌药物对染色质可及性及基因调控的影响。

3.揭示调控元件

识别不同细胞类型特异的启动子、增强子和转录因子结合位点。帮助发现调控基因表达的关键因子及潜在治疗靶点。

4.将表观遗传学与基因表达联系起来

通过与scRNA-seq联合分析,把染色质可及性和基因表达模式对应起来。揭示转录因子在不同发育过程或疾病中的调控机制。

技术流程

从生物样本(如组织等)中分离出细胞核,接着对细胞核进行转座酶处理,使染色质开放区域 DNA 片段化,然后利用DNBelab C系列平台进行单细胞分选,将处理后的 DNA 构建文库,再通过测序获取数据,后续经数据分析(如峰识别、聚类、 motif 富集等),以解析单细胞染色质可及性信息 。

scATAC-seq & scRNA-seq 分析流程
scATAC-seq 分析流程

实测数据

核小体绑定模式图
聚类和非线性降维可视化
TOP3 marker peaks 小提琴图
CoveragePlot 图
motif active 图

案例解析