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  3.  

     
    多数基因组中的染色质都紧紧盘绕在细胞核内,但也有一些区域经染色质重塑后呈现出松散的状态,这部分无核小体的裸露DNA区域被称为开放染色质(open chromatin),而DNA复制和基因转录都发生在这些区域。染色质的这种特性叫做染色质的易接近性(chromatin accessibility),通过研究细胞特定状态下开放的染色质区域可以在DNA水平上了解其转录调控。
     
    10x Gennomics单细胞ATAC-seq(Single Cell Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing,单细胞染色质易开放区域测序)基于GemCode微流体平台,利用Tn5转座酶切割染色质的开放区域,并加上测序引物进行高通量测序,以高分辨率研究染色质开放区域,为成千上万个单细胞提供全面的染色质调控图谱。
     

     

     

    应用领域

    1. 发现表观遗传变异引起的细胞异质性;
    2. 构建基因表达上游的基因调控网络;
    3. 定义细胞类型和分化状态;
    4. 预测疾病分子标志物。
     

     

    技术路线

     

     

     分析内容

     

    标准信息分析 (需提供参考基因序列、参考基因组序列及基因注释结果) 定制化信息分析

    1. 数据分析与质控:测序数据基本质控、样本基本信息结果统计;

    2. 比对分析:测序饱和度分析、插入片段长度分布;

    3. Peak分析:peak信息统计、TSS周围信号分布、peak区域片段分布统计;

    4. 单细胞亚群分类与分类结果可视化:细胞亚群聚类、分类结果可视化(TSNE图);

    5. Peak注释:peak相关基因注释、peak相关基因GO/KEGG功能富集分析;

    6. TF motif富集分析;

    7. 亚群染色质易接近性差异分析;

    8. 核心转录因子调控网络。

     

    10x Genomics 转录组关联分析。

     

    样品要求

    样本类型:单细胞核悬浮液,细胞悬液细胞数起始量105个;

    细胞类型:细胞系、原代细胞、冷冻保存样品;

    细胞活性:活细胞比例在70%以上;

    细胞核大?。盒∮?span lang="EN-US">40μm,核膜完整性好,细胞核比例在95%以上。

     

     

    项目周期

    标准流程完成时间为60个工作日

     

     

    参考文献

    [1]. Buenrostro J D, Wu B, Litzenburger U M, et al. Single-cell chromatin accessibility reveals principles of regulatory variation[J]. Nature, 2015, 523(7561): 486.

    [2]. Corces M R, Buenrostro J D, Wu B, et al. Lineage-specific and single-cell chromatin accessibility charts human hematopoiesis and leukemia evolution[J]. Nature genetics, 2016, 48(10): 1193.

    [3]. Cusanovich D A, Hill A J, Aghamirzaie D, et al. A single-cell atlas of in vivo mammalian chromatin accessibility[J]. Cell, 2018, 174(5): 1309-1324. e18.

    [4]. Mezger A, Klemm S, Mann I, et al. High-throughput chromatin accessibility profiling at single-cell resolution[J]. bioRxiv, 2018: 310284.

    [5]. Buenrostro J D, Corces M R, Lareau C A, et al. Integrated single-cell analysis maps the continuous regulatory landscape of human hematopoietic differentiation[J]. Cell, 2018.

    [6]. Lake B B, Chen S, Sos B C, et al. Integrative single-cell analysis of transcriptional and epigenetic states in the human adult brain[J]. Nature biotechnology, 2018, 36(1): 70.

     

     

     

    Q1:  10X单细胞转录组和10X ATAC可以做哪些关联分析?

    A:1)分群的关联,直接将转录组的分群映射到ATAC细胞分群中;

    2)基因组开放区域和下游基因表达的关联;

    3)开放区域的时序关系和基因表达的时序关系的关联(拟时分析)。

     

    Q2: 10x ATAC有生物学重复样本怎么分析?

    A:对于生物学重复的样本,我们会对每个生物学样本的peak进行组内合并。合并peak的方式一般有两种,分别是取交集,以及取并集。

     

     

     

     

     

     

    案例一  单细胞测序技术绘制哺乳动物染色质可接近性图谱

     

    研究应用单细胞ATAC-seq分析了5只成年雄性小鼠13个组织约10万个单细胞染色质可及性,最终得到81173个细胞,共鉴定出85个亚群和436206种调控元件,并利用启动子的相关基因对85个亚群的细胞类型进行注释,呈现了哺乳动物不同细胞类型的染色质调控图谱。

    联合单细胞RNA-seq分析数据,发现两种方法注释的细胞类型表现出高度一致性;基于KNN分类将scRNA-seq中最常见的标记关联到scATAC-seq数据,共同注释细胞类型。

    利用全基因组关联研究(GWAS)的数据,使用LDSC模型将人类的SNP提升到小鼠基因组中,根据DA峰值的重叠进行注释,研究人类特征性疾病与细胞类型间的相关性。

    图1 联合scRNA-seq与scATAC-seq数据共同注释细胞类型

     

    参考文献

    [1] Cusanovich Darren A, Hill Andrew J, Aghamirzaie Delasa, et al. A Single-Cell Atlas of In Vivo Mammalian Chromatin Accessibility[J]. Cell, 2018, 174:1309-1324.e18

     

     

    案例二 单细胞分辨率下新生小鼠心脏再生的细胞类型特异性基因调控网络

     

    2 scATAC-seq检测细胞类型;不同细胞类型的Rspo1基因组区域的开放染色质区域

    研究应用scATAC-seq技术对术后3天的心梗(myocardial infarction, MI)再生和非再生模型小鼠进行分析,得到30520个细胞,鉴定到118127个染色质开放区域,并将细胞进一步分为9个细胞亚群。联合scRNA-Seq分析数据,发现scATAC-Seq的样本细胞类型与scRNA-Seq相一致;展示了新生儿心脏再生过程中心外膜细胞在转录和开放染色质水平上的独特反应。

    将数量差异较大的心肌细胞(cardiomyocyte, CM)、内皮细胞(endothelial cell, EC)和成纤维细胞(fibroblast, FB)通过Motif分析方法筛选了心脏再生和非再生重塑过程中潜在的TFs触发损伤诱导的基因调控网络。通过构建再生和非再生心脏的MI诱导的细胞串扰网络,发现了在再生和非再生损伤反应中促进CM增殖、血管生成和纤维化的先前未被识别的分泌因子Rspo1。scATAC-seq揭示了Rspo1在不同细胞类型的染色质开放区域变化,开放染色质区域包含前人研究已经确定的对心外膜细胞具有特异性的TF motif。

     

    参考文献

    [2] Zhaoning Wang, Miao Cui, Akansha M. Shah, et al. Cell-Type-Specific Gene Regulatory Networks Underlying Murine Neonatal Heart Regeneration at Single-Cell Resolution[J]. Cell Reports, 2020, 33(10).