最近大火的ATAC, 究竟是干什么的

ATAC全称如下

Assay for Transposase Accessible Chromatin with hight-throughput sequencing

名字很长，翻译为转座酶可及的染色质区域的高通量测序。在这个冗长的名字中，高通量测序我们一点都不陌生，NGS二代测序已经发展了这么多年，各种组学技术，比如WES, WGS, RNA_seq等等，应用非常广泛。那么”转座酶可及的染色质区域”又是什么呢？这个词应该这样来理解，通过转录酶获取到的染色质可及区域。

转座酶是由转座子编码的一种酶，在NGS中用于文库构建，最常用的是Tn5转座酶，其随机性好，稳定性高，插入位点易测。通过转座酶， 只需一步反应就可以实现DNA的片段化，末端修复，接头连接，大大加快了文库构建的过程，illumina的Nextear系列试剂盒就是利用转座酶来进行文库构建。值得注意的是，相比其他超声等DNA片段化方式，tn5切割好的序列与adapter之间有9bp的gap需要补齐。

染色质可及，英文为chromatin accessibility, 即可以说是染色质的一种特性，也可以说是染色质上的一种特定区域。DNA缠绕在核小体上，通过高度折叠构成了染色质，这就是染色质的一维模型，绳珠模型。当细胞形式行使特定功能时，比如转录因子调控，基因转录等需要特定蛋白质结合到DNA上的过程，为了能够容纳蛋白质，需要将部分折叠的染色质区域”打开”，以方便这些蛋白质的结合。

将特定区域”打开”的特性就称之为染色质可及性，而打开的染色质区域称之为open chromatin, 也叫做开放染色质区域，与之相对的，其他未开放的区域称之为close chromatin，示意图如下

从染色质开放的原因可以看出，这些区域对于研究基因的表达调控至关重要。为了获取这些开放的染色质区域，科学家们也发明了各种方法，比如MNase-seq, DNase-seq, FAIRE等手段，但是这些技术缺点比较明显，实验步骤繁多，重复性差，需要的细胞量大，而ATAC_seq利用了Tn5转座酶来建库，实验步骤少，建库时间短，重复性好。

ATAC文库构建的过程示意如下

通过Tn5转录酶富集开放染色质区域的DNA序列，然后进行高通量测序。如上图所示，通过将测序得到的序列mapping回基因组，可以识别开放的区域在基因组上的具体位置，即peak区域。

和其他技术相比，ATAC识别到的信号如下

以上图片来自文献 Chromatin accessibility: a window into the genome

通过ATAC,可以一次性得到整个基因组上的开放染色质图谱，可以用于探究转录因子结合，基因表达调控等生物学过程。比较发育不同阶段，不同实验条件下，开放染色质图谱的变化，可以进一步探究特定的生物学机制，比如胚胎发育的不同阶段，肿瘤相对正常组织开放染色质图谱的变化等等。