大家都很熟悉常规的转录组测序和单细胞转录组测序，，就是检测特定时空下样品的基因表达量，但对表观领域的新秀ATAC-seq，特别是单细胞ATAC-seq，可能很多人都会或多或少的有些困惑，就像我这位马老师，开口就问，单细胞ATAC-seq有啥用！我简单的解释了两句，她也不是很清楚，所以就有了这篇推文。
很 I 高 I 兴 I 你 I 能 I 来
希 I 望 I 你 I 别 I 离 I 开
接下来的内容分三步走：
第一步，介绍基本概念；
第二步，介绍常规的ATAC-seq；
第三步，介绍10x单细胞ATAC-seq。
01
基本概念
图 1. 常染色质（Euchromatin)和异染色质（Heterochromatin)
（图片出处）
你我都是细胞构成的，而细胞又分为细胞质和细胞核，在由磷脂双分子包裹的细胞核里，有重要的遗传物质-染色质，这本质上决定了你是谁，O(∩_∩)O哈哈哈~哈哈哈！
核小体、蛋白质和RNA态，转录活性高的物质构成了染色质，在细胞核中染色质中有两种状态：一种是常染色质，压缩程度低，处于松散的状于核的中间；一种是异染色质，压缩程度高，高度压缩，转录活性很低，位于核周边（图 1 ）。
以前我认为ATAC-seq技术就是来研究常染色质的，但我是错的。常染色质占整个基因90%（点击查看详情），而通过ATAC-seq等技术获得的“open chromatin”只占整个基因组的1%-9%，所以常染色质≠“open chromatin”【1】【2】。“open chromatin”被翻译成开放染色质，它由DNase-seq and FAIRE-seq这个两种技术所定义，就是在基因组范围内核小体缺失处的DNA片段，这个位置因为没有组蛋白八聚体占位，所以是裸漏的，其他的蛋白和酶容易接近这个位置，所以这样的位置通常是转录调控元件，比如enhancers, promoters, insulators, and locus control regions【3】。通过ATAC-seq等技术在全基因组范围内获得这些调控元件，将有助于我们理解一个基因在一个特定时空是如何被表达调控的。
02
什么是ATAC-seq？
ATAC-seq is short for An Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing.
2013年Greenleaf发了第一篇ATAC-seq的文章，在他的文章里，提到了ATAC-seq可以做的三件事【4】：
那么ATAC-seq这个实验怎么做？
首先提取完整的细胞核，Tn5转座酶进入通透性增加的细胞核内，随机的进入开放染色质位置，将DNA片段切断，并将Tn5酶所带的adaptor(蓝红短棒）皆在DNA片段的末端，两个酶分子就切下来一个DNA片段，并且两端都带着已知的adaptor。
将这样的片段富集，然后进行PCR扩增，构建文库就可以测序，测序后将片段化的DNA片段回帖到基因组上就可以知道哪些位置是开放的（图 2）！
接下来要通过生息的分析，找到差异的开放位点，motif 分析，以及和RNA-seq联合分析。
别问我具体的咋分析，这是一个实事求是的问题，非得让我说点什么，那我只能告诉你，看人家文献画了什么图，你就画什么图就好了。
图 2. ATAC反应的卡通图
03
10x单细胞ATAC-seq
以上介绍的是Bulk ATAC，什么意思那，就是做实验时取了很多细胞一起来做实验，最后拿到的结果是所有细胞的信号值累加，通过bulk ATAC是找共性，但大家都知道，组织是具有异质性的，那么bulk ATAC这个时候就不行了，而10x genomics在18年推出的单细胞ATAC就能解决这个异质性的问题。那么10x单细胞ATAC的原理是什么那? 单细胞核悬液通过10x的仪器进行分选并打上特异的标记，这样获得的数据就来自每一个细胞核。大体的实验过程就是在上仪器前，制备细胞核悬液，然后用Tn5酶处理细胞核，上机进行分选打标记，测序，最后进行数据分析，目前分析的软件主要是用10x提供的cellranger-ATAC进行分析（图 3）。
图 3. 单细胞ATAC-seq流程图
单细胞数据出来后，最主要的就是做t-SNE聚类，将细胞进行分群，找到新的亚群。分群的依据就是根据差异的开放区域不同，将细胞分成不同的群。Bulk ATAC-seq的功能分析都能套用到单细胞ATAC-seq上，具体怎么操作也要具体问题具体分析。
本质上讲，单细胞ATAC-seq能解决异质性问题。另外，单细胞ATAC是一个新的技术，增加文章的创新性，好发文章，但别问我用了这个技术能发几分的文章，这我说了不算，是由编辑和reviewer决定的。
早安
午安
晚安
参考文献
Open chromatin defined by DNaseI and FAIRE identifies regulatory elements that shape cell-type identity
High-Resolution Mapping and Characterization of Open Chromatin across the Genome
Genome-wide identification of DNaseI hypersensitive sites using active chromatin sequence libraries
Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position
文字 / 刘师兄
排版 / 大璐
图片 / 网络
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