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[转录组] IF10+发文攻略——转录组+ATAC

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    发表于 4 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
    随着二代测序的发展,转录组测序已经成为大众式的工具型技术。无论是做哪方面研究,只要涉及基因方面,均可以结合转录组测序分析筛选目标基因,因此转录组相关的文章在逐年增多。但是转录组主导的组学文章分数则越发越低,影响因子普遍在2-3分。如何在转录调控领域发表出高分的文章,就是一个值得思考的问题了。
    今天,小张张就给大家介绍一个好的高分文章研究思路:转录组与ATAC新组学技术相结合。

    一、ATAC的原理
    在了解ATAC之前,我们要先知道什么是染色质开放区。

    染色质开放区顾名思义就是染色质开放的区域,我们大家都知道在染色质中大部分基因组DNA是与核小体紧密缠绕的,但是也会存在一些无核小体的DNA裸露区域。这些区域可以与其他蛋白分子(例如转录因子)接近并结合,以完成转录、DNA复制、DNA修复等工作。因此这些开放区域的变化,就会引起相关基因转录调控的变化。

    那ATAC技术,其实就是我们常说的ATAC测序,就是针对染色质开放区域进行测序的新技术。这种技术的流程主要分为4步:

    1:细胞裂解后提取细胞核;
    2:Tn5转座酶切割并引入接头。Tn5转座酶可以识别出染色质开放区域,并且对该区域进行切割;
    3:富集酶切片段后进行筛选与文库构建;
    4:对该区域的片段进行测序,获得染色质开放区域的信息。



    图1:ATAC-seq原理


    二、ATAC+转录组研究策略

    了解完了ATAC技术之后,有的老师可能会问,那ATAC与转录组之间存在什么关联么?ATAC-seq之后我们就可以得到检测到的染色质开放区域,该区域就可以与其对应的motif(转录因子)相结合,从而调控下游基因的表达。

    那ATAC与转录组应该如何进行关联分析呢?首先,我们要针对不同样本进行ATAC-seq和转录组测序,获得样本的染色质开放peaks和基因的表达信息;第二步:计算ATAC-seq和转录组数据的相关性;第三步:获得差异开放区域的差异基因,并进行富集分析等功能方面的研究;第四步:对相关的转录因子进行挖掘,研究转录因子的调控网络。



    图2:ATAC+转录组研究策略


    下面我就通过一篇文献给大家讲解一下ATAC和转录组是如何进行关联分析的。

    三、相关文献解读

    为了使大家更了解ATAC+转录组的高分文章策略,下面就介绍一篇发表在NC上的ATAC与转录组关联的文章。这篇文章的研究思路比较清晰,值得借鉴一下。



    图3:ATAC+转录组相关文献


    1. 研究背景

    老年性黄斑病变(AMD)是老年人视力下降的重要原因。但表观遗传改变在多大程度上能够调节AMD的进展尚不清楚。

    2. 研究材料

    8个供体眼睛样本,从每只供体眼的黄斑和周围区域采集视网膜和色素上皮细胞(RPE),共获得19例正常、9例早期AMD和17例晚期AMD的样本。对这些样本进行ATAC-seq和转录组测序。

    3. 研究思路

    图4:文章研究思路

    (1)ATAC结果的整体展示

    作者将黄斑视网膜、周围视网膜、黄斑RPE和周围RPE的样本比较,发现染色质视网膜和RPE共有42.0%的ATAC-Seq峰,41.1%的ATAC-Seq峰是视网膜特异性的,16.9%的RPE特异性的(图5 圈图)。黄斑视网膜与周围视网膜相比有5855个峰上调,2689个峰下调(图5a);黄斑RPF与视网膜RPF相比有432个峰上调,959个峰下调(图5b)。



    图5:ATAC结果整体展示


    (2)AMD样本染色质开放区的变化

    作者研究发现正常样本的染色质开放区域信号显著高于AMD样本(图a)。因此作者对视网膜和RPE区域的正常样本、早期AMD样本、晚期AMD样本的染色质开放区进行比对(图d、e)。结果发现,在视网膜中,正常样本与早期AMD样本的peaks没有明显变化,而晚期与早期AMD样本比较存在939个显著下调的peaks;在RPE中,早期与正常样本比较存在5458个显著下调的peaks,但与晚期没有明显差异。表明在AMD患者的视网膜和RPE中,染色质可及性普遍下降。



    图6:AMD样本染色质开放区的变化情况



    (3)ATAC与转录组关联分析

    作者结合ATAC与转录组的数据,对视网膜和RPE中差异染色质开放区域(DAR)的基因进行分析分析。结果表明,视网膜中DAR相关基因更可能调控视网膜层分层和光受体存活,而RPE中DAR相关基因更可能调控炎症反应和凋亡(图7d)。之后作者对进行ATAC与转录组的数据相关性分析,发现两组学数据之间存在高度的相关性(图7e)。并且与早期AMD相比,晚期DAR相关基因显著下调(图7f)。该结果表明,视网膜和RPE部位的染色质开放性的改变导致AMD相关基因的表达减少。



    图7:ATAC与转录组关联分析



    (4)染色质开放区域相关基因分析

    作者结合结合RNA-seq数据,寻找已知的可以调节染色质开放性的差异表达基因。其中在在所有组蛋白去乙酰化酶(HDAC)基因中,作者发现其中3个(HDAC10、HDAC11、SIRT1)在AMD和对照组之间表达呈现显著差异。其中HDAC11基因在RPE中均显著增加,并且主要分布于RPE细胞核(图8e)。之后对HDAC11进行过表达实验,发现该基因过表达引起的变化与AMD患者RPE的变化有很强的一致性(图8g),结果表明HDAC11过表达可能是导致AMD染色质开放区整体下降的部分原因。



    图8:HDAC11的实验验证



    四、总结

    这篇文章就是一篇很典型的ATAC+转录组的文章。作者首先对ATAC结果/转录组结果的整体展示,然后分析不同样本之间染色质开放区域的变化,之后将ATAC峰值与基因表达量的进行相关性分析,寻找染色质开放区域相关的差异基因;最后寻找目标基因,进行实验验证。


    图9:ATAC+转录组研究思路



    从研究意义来讲,ATAC是目前比较新颖的组学研究,所以ATAC+转录组的多组学研究比较具有创新性;并且多组学的研究可以帮助我们从多层次了解生物学问题,增加了我们研究的深度;从研究难度来讲,ATAC+转录组生信分析难度中等,所需实验较少,适合大部分样本并且研究耗时较短。因此利用ATAC与转录组结合发表出高分文章是个不错的选择。但是要注意的是,新技术是有时效性的,越早开展研究,越容易发出高分文章。所谓机不可失失不再来。

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    参考文献:Wang J, Zibetti C, Shang P, et al. ATAC-Seq analysis reveals a widespread decrease of chromatin accessibility in age-related macular degeneration[J]. Nature Communications, 2018, 9(1).

    本文作者:基迪奥-小张张



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