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10x Genomics單細(xì)胞ATAC測(cè)序
背景介紹
單細(xì)胞測(cè)序是近年來生物學(xué)領(lǐng)域最火的技術(shù)之一，憑借其極高的分辨率能夠精準(zhǔn)的剖析樣本細(xì)胞組成信息，進(jìn)而揭示單個(gè)細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)狀態(tài)，并反映細(xì)胞間的異質(zhì)性。另外，現(xiàn)有單細(xì)胞平臺(tái)可以一次性分離幾千個(gè)單細(xì)胞，有助于發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞類型。隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，其在解析細(xì)胞異質(zhì)性，揭示微環(huán)境中細(xì)胞群體間的關(guān)系，追蹤疾病發(fā)生發(fā)展等研究中將發(fā)揮越來越重要的作用，后續(xù)可為個(gè)性化預(yù)防、治療提供技術(shù)支持。
單細(xì)胞測(cè)序和傳統(tǒng)測(cè)序的區(qū)別
技術(shù)原理
10x Genomics平臺(tái)基于微流控技術(shù)分選單個(gè)細(xì)胞，將帶有barcode標(biāo)簽的凝膠珠與細(xì)胞或細(xì)胞核、酶以及分液油混合，產(chǎn)生成千上萬個(gè)單細(xì)胞乳液微滴，每個(gè)微滴都作為單獨(dú)的反應(yīng)體系，凝膠珠在其中溶解，捕獲每個(gè)細(xì)胞的目標(biāo)分子，添加barcode并擴(kuò)增。這樣來自同一細(xì)胞或細(xì)胞核的所有片段都共享一種10x barcode。將成千上萬個(gè)細(xì)胞的帶有barcode的產(chǎn)物混合，進(jìn)行下游反應(yīng)，從而產(chǎn)生與短讀長(zhǎng)測(cè)序儀兼容的文庫(kù)。在測(cè)序后，生物信息分析工具將利用可識(shí)別的barcode序列將測(cè)序片段定位到原本的單細(xì)胞或細(xì)胞核。
基于Next GEM技術(shù)的10x Genomics單細(xì)胞技術(shù)原理及工作流程
微滴結(jié)構(gòu)
注：微滴（GEM） 包裹了10x Genomics系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)微反應(yīng)，其中單細(xì)胞、試劑以及帶有barcode的凝膠珠都包裹在單個(gè)微滴內(nèi)。
10x Genomics單細(xì)胞ATAC測(cè)序
染色質(zhì)開放區(qū)：
染色質(zhì)重塑后有些區(qū)域呈現(xiàn)出松散狀態(tài)，這些區(qū)域被稱為染色質(zhì)開放區(qū)或染色質(zhì)可及性區(qū)域，而DNA復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄都發(fā)生在這些區(qū)域。因此獲取這些信息有利于了解開放區(qū)域?qū)虮磉_(dá)的調(diào)控，更好的理解生物調(diào)控。
ATAC測(cè)序：
使Tn5轉(zhuǎn)座酶切割染色質(zhì)的開放區(qū)域，同時(shí)加上測(cè)序引物進(jìn)行高通量測(cè)序，是一種快速靈敏的表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)。
染色質(zhì)可及性 ATAC 測(cè)序技術(shù)
10x Genomics單細(xì)胞ATAC技術(shù)可以在單細(xì)胞水平對(duì)細(xì)胞染色質(zhì)開放區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。首先，轉(zhuǎn)座酶進(jìn)入細(xì)胞核，并優(yōu)先在染色質(zhì)的開放區(qū)域切割DNA，同時(shí)在DNA片段的末端添加測(cè)序引物；其次，帶有barcode的凝膠珠在油滴內(nèi)對(duì)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA片段進(jìn)行barcode標(biāo)記，帶有barcode標(biāo)簽的DNA進(jìn)行后續(xù)文庫(kù)構(gòu)建；最后， Illumina測(cè)序平臺(tái)對(duì)文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序檢測(cè)，即可一次性獲得大量單細(xì)胞的DNA染色質(zhì)開放區(qū)域數(shù)據(jù) 。
單細(xì)胞 ATAC-seq 技術(shù)原理
結(jié)果展示
單細(xì)胞ATAC基本分析展示
細(xì)胞分群圖（左1）； Motif位點(diǎn)分析圖 （左2）；Peak峰可及性分析（右1）； 擬時(shí)間序列分析（右2）
單細(xì)胞ATAC與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析
相關(guān)性分析圖 差異亞群分析（左）； scATAC和scRNA聯(lián)合分析（右）
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
超高通量
標(biāo)準(zhǔn)模式下，每個(gè)樣本可檢測(cè)500-10,000個(gè)細(xì)胞，高通量模式下，每個(gè)樣本可檢測(cè)1,000-20,000個(gè)細(xì)胞；
高捕獲率
每個(gè)樣本捕獲效率高達(dá)65%，高效捕獲每個(gè)細(xì)胞中的基因表達(dá)信息；
高性價(jià)比
與低通量或傳統(tǒng)人工操作等方法相比，成本降低數(shù)十倍；
廣泛應(yīng)用
對(duì)細(xì)胞類型無限制，已廣泛應(yīng)用于識(shí)別細(xì)胞周期、腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性、鑒定罕見細(xì)胞類型、免疫細(xì)胞分析、疾病分型等領(lǐng)域；
經(jīng)驗(yàn)豐富
百奧醫(yī)藥技術(shù)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已累積100余種不同組織類型、數(shù)千余個(gè)樣品的10x Genomics單細(xì)胞測(cè)序經(jīng)驗(yàn)。
送樣要求
應(yīng)用方向
應(yīng)用案例
單細(xì)胞ATAC測(cè)序揭示糖尿病胰島細(xì)胞類型和特異性調(diào)控機(jī)制
Single-cell chromatin accessibility identifies pancreatic islet cell type- and state-specific regulatory programs of diabetes risk
發(fā)表雜志：Nature Genetics（IF: 38.330）； 發(fā)表時(shí)間： 2021年 4月； 應(yīng)用技術(shù)： 10x Genomics單細(xì)胞ATAC測(cè)序
單細(xì)胞ATAC測(cè)序?yàn)榻沂緩?fù)雜疾病的細(xì)胞類型特異性機(jī)制創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。由于胰島是2型糖尿?。═2D）的核心，本研究利用10x Genomics單細(xì)胞ATAC測(cè)序分析了15,298個(gè)胰島細(xì)胞，并鑒定出12個(gè)亞群，包括多個(gè)α、 β和δ細(xì)胞狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)了228,873個(gè)可及的染色質(zhì)位點(diǎn)，并確定了潛在的譜系和特異性調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子。 觀察到空腹血糖和T2D全基因組相關(guān)研究對(duì)β細(xì)胞和其他內(nèi)分泌細(xì)胞類型的狀態(tài)特異性富集。在定位于胰島可及染色質(zhì)的T2D信號(hào)中，先確定了具有預(yù)測(cè)調(diào)控功能和與目標(biāo)基因共可及的變體。 KCNQ1基因座上的一個(gè)T2D變異rs231361預(yù)測(cè)了對(duì)與INS共可及的β細(xì)胞增強(qiáng)子的影響，以及影響INS水平的胚胎干細(xì)胞來源的β細(xì)胞的基因組編輯。共同證明了單細(xì)胞表觀基因組學(xué)在解釋復(fù)雜疾病遺傳學(xué)方面的力量。
胰島細(xì)胞分群圖（左）； 轉(zhuǎn)錄因子的啟動(dòng)子可及性與Motif富集關(guān)聯(lián)分析（中）； Peak峰可及性分析（右）
