IF10+發文攻略——轉錄組+ATAC

隨著二代測序的發展，轉錄組測序已經成為大眾式的工具型技術。

無論是做哪方面研究，只要涉及基因方面，均可以結合轉錄組測序分析篩選目標基因

，因此轉錄組相關的文章在逐年增多。但是轉錄組主導的組學文章分數則越發越低，影響因子普遍在2-3分。

如何在轉錄調控領域發表出高分的文章

，就是一個值得思考的問題了。

今天，小張張就給大家介紹一個好的高分文章研究思路：轉錄組與ATAC新組學技術相結合。

ATAC的原理

在瞭解ATAC之前，我們要先知道什麼是染色質開放區。

染色質開放區顧名思義就是染色質開放的區域

。我們大家都知道在染色質中大部分基因組DNA是與核小體緊密纏繞的，但是也會存在一些無核小體的DNA裸露區域。這些區域可以與其他蛋白分子（例如轉錄因子）接近並結合，以完成轉錄、DNA複製、DNA修復等工作。因此這些開放區域的變化，就會引起相關基因轉錄調控的變化。

那ATAC技術，其實就是我們常說的ATAC測序，就是針對染色質開放區域進行測序的新技術。這種技術的流程主要分為4步：

1：細胞裂解後提取細胞核；

2：Tn5轉座酶切割並引入接頭。Tn5轉座酶可以識別出染色質開放區域，並且對該區域進行切割；

3：富集酶切片段後進行篩選與文庫構建；

4：對該區域的片段進行測序，獲得染色質開放區域的資訊

。

圖1：ATAC-seq原理

ATAC+轉錄組研究策略

瞭解完了ATAC技術之後，有的老師可能會問，

那ATAC與轉錄組之間存在什麼關聯麼？

ATAC-seq之後我們就可以得到檢測到的染色質開放區域，該區域就可以與其對應的motif（轉錄因子）相結合，從而調控下游基因的表達。

那ATAC與轉錄組應該如何進行關聯分析呢？

首先，我們要針對不同樣本進行ATAC-seq和轉錄組測序，獲得樣本的染色質開放peaks和基因的表達資訊；第二步：計算ATAC-seq和轉錄組資料的相關性；第三步：獲得差異開放區域的差異基因，並進行富集分析等功能方面的研究；第四步：對相關的轉錄因子進行挖掘，研究轉錄因子的調控網路。

圖2：ATAC+轉錄組研究策略

下面我就透過一篇文獻給大家講解一下ATAC和轉錄組是如何進行關聯分析的。

相關文獻解讀

為了使大家更瞭解ATAC+轉錄組的高分文章策略，下面就介紹一篇發表在NC上的ATAC與轉錄組關聯的文章。這篇文章的研究思路比較清晰，值得借鑑一下。

圖3：ATAC+轉錄組相關文獻

研究背景

老年性黃斑病變（AMD）是老年人視力下降的重要原因。但表觀遺傳改變在多大程度上能夠調節AMD的進展尚不清楚。

研究材料

8個供體眼睛樣本，從每隻供體眼的黃斑和周圍區域採集視網膜和色素上皮細胞（RPE），共獲得19例正常、9例早期AMD和17例晚期AMD的樣本。對這些樣本進行ATAC-seq和轉錄組測序。

研究思路

圖4：文章研究思路

1. ATAC結果的整體展示

作者將黃斑視網膜、周圍視網膜、黃斑RPE和周圍RPE的樣本比較，發現染色質視網膜和RPE共有42。0%的ATAC-Seq峰，41。1%的ATAC-Seq峰是視網膜特異性的，16。9%的RPE特異性的（圖5 圈圖）。黃斑視網膜與周圍視網膜相比有5855個峰上調，2689個峰下調（圖5a）；黃斑RPF與視網膜RPF相比有432個峰上調，959個峰下調（圖5b）。

圖5：ATAC結果整體展示

2. AMD樣本染色質開放區的變化

作者研究發現正常樣本的染色質開放區域訊號顯著高於AMD樣本（圖a）。

因此作者對視網膜和RPE區域的正常樣本、早期AMD樣本、晚期AMD樣本的染色質開放區進行比對（圖d、e）。結果發現，在視網膜中，正常樣本與早期AMD樣本的peaks沒有明顯變化，而晚期與早期AMD樣本比較存在939個顯著下調的peaks；在RPE中，早期與正常樣本比較存在5458個顯著下調的peaks，但與晚期沒有明顯差異。

表明在AMD患者的視網膜和RPE中，染色質可及性普遍下降。

圖6：AMD樣本染色質開放區的變化情況

3. ATAC與轉錄組關聯分析

作者結合ATAC與轉錄組的資料，對視網膜和RPE中差異染色質開放區域（DAR）的基因進行分析分析。結果表明，視網膜中DAR相關基因更可能調控視網膜層分層和光受體存活，而RPE中DAR相關基因更可能調控炎症反應和凋亡（圖7d）。之後作者對進行ATAC與轉錄組的資料相關性分析，發現兩組學資料之間存在高度的相關性（圖7e）。並且與早期AMD相比，晚期DAR相關基因顯著下調（圖7f）。該結果表明，視網膜和RPE部位的染色質開放性的改變導致AMD相關基因的表達減少。

圖7：ATAC與轉錄組關聯分析

4. 染色質開放區域相關基因分析

作者結合結合RNA-seq資料，尋找已知的可以調節染色質開放性的差異表達基因。其中在在所有組蛋白去乙醯化酶（HDAC）基因中，作者發現其中3個（HDAC10、HDAC11、SIRT1）在AMD和對照組之間表達呈現顯著差異。其中HDAC11基因在RPE中均顯著增加，並且主要分佈於RPE細胞核（圖8e）。之後對HDAC11進行過表達實驗，發現該基因過表達引起的變化與AMD患者RPE的變化有很強的一致性（圖8g），結果表明HDAC11過表達可能是導致AMD染色質開放區整體下降的部分原因。

圖8：HDAC11的實驗驗證

總結

這篇文章就是一篇很典型的ATAC+轉錄組的文章。

作者首先對ATAC結果/轉錄組結果的整體展示，然後分析不同樣本之間染色質開放區域的變化，之後將ATAC峰值與基因表達量的進行相關性分析，尋找染色質開放區域相關的差異基因；最後尋找目標基因，進行實驗驗證。

圖9：ATAC+轉錄組研究思路

從研究意義來講

，ATAC是目前比較新穎的組學研究，所以ATAC+轉錄組的多組學研究比較具有創新性；

並且多組學的研究可以幫助我們從多層次瞭解生物學問題，增加了我們研究的深度；從研究難度來講，ATAC+轉錄組生信分析難度中等，所需實驗較少，適合大部分樣本並且研究耗時較短。

因此利用ATAC與轉錄組結合發表出高分文章是個不錯的選擇。

但是要注意的是，新技術是有時效性的，越早開展研究，越容易發出高分文章。所謂機不可失失不再來。