ATAC-seq｜エピジェネティクス研究で使用される実験手法

ATAC（Assay for Transposase-Accessible Chromatin）-seqは、ゲノムワイドでオープンクロマチン構造を選択的に検出・シーケンスすることによってクロマチンへのアクセシビリティーをマッピングすることができる実験手法です。

ATAC-seqではTn5 トランスポゼースを用いてオープンクロマチン領域を断片化し、同時にタグを付加してシーケンスライブラリーを構築します。

私たち人間を含めた真核生物において、ゲノムDNA上にコードされている遺伝子は、精緻なメカニズムによってその機能のスイッチがオンオフされています。

どの遺伝子が働くのかを決める機構の一つに、クロマチンレベルでの制御機構があります。

真核生物の染色体は、ヒストンタンパク質の4量体がDNA2本鎖を巻き付けているヌクレオソームが多数連なるクロマチン構造によって構成されています。

クロマチン構造がきつく凝集している領域はヘテロクロマチンと呼ばれ、逆にクロマチン構造が緩まっている領域はユークロマチンと呼ばれます。

ヘテロクロマチン領域に存在する遺伝子はヌクレオソームが転写因子のDNAへのアクセスを阻害するため転写が抑制された状態にありますが、その一方、ユークロマチン領域に存在する遺伝子は転写が活発に行われています。

これらのエピジェネティックな構造変換に伴うオープンクロマチン領域にある遺伝子の転写が活性化することによって遺伝子発現がオンオフされています。

このことより、オープンクロマチン領域の解析が遺伝子制御機構の研究対象として、またバイオマーカー探索のターゲットとしても注目を集めています。

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ATAC-seqでは、オープンクロマチン領域の情報を得るため、ヌクレオソームによって保護されていない裸のDNA部位にトランスポゼースを使ってタグを導入します。

核を抽出・可溶化して、これにTn5 トランスポゼースとシークエンスに用いるプライマー配列を挿入した複合体（Tagmentase）を混ぜて感染させます。

すると、染色体の裸のDNA部分にトランスポゼースが結合して複合体中のプライマー配列タグを挿入しつつ断片を切り出します。これによりゲノム全領域の中でオープンクロマチン領域だけタグ化した断片を得ることができます。

この標識は次世代シークエンス用のアダプターになっているので、この標識部位を次世代シーケンス（NGS）でシーケンシングすることによって、転写が活性化されている場所とその頻度を調べることができます。

エピジェネティックな機構の中で転写がどのように制御されているかを明らかにするとともに、ヌクレオソーム中のタンパク質の結合位置を一塩基単位の分解能で特定することが可能です。

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ATAC-seqはオープンクロマチン領域の情報を選択的に得られるほかに、ChIP-seqと異なり対応する抗体のない生物種でも実施可能という大きなメリットがあります。

また、免疫沈降が必要でない分、少ない細胞数でも対応すると言われています。

近年、様々な組織中の細胞の不均一性を1細胞レベルで把握する取り組みとしてシングルセル解析が盛んにおこなわれていますが、シングルセルATAC-seqを行うことにより、組織中のクロマチンアクセシビリティー状態の分布を解析することが可能です。

デメリットは対象のオープンクロマチン領域すべてをシーケンスするため、次世代シーケンスのデータ量が大きくなることが挙げられます。

また、ミトコンドリアや葉緑体染色体DNAのコンタミを防ぐため、核の単離が必要になります。そのため、多少実験が煩雑になり、細胞数も必要になる可能性があることが挙げられます。

Diagenodeではお客様からお預かりしたサンプルのATAC-seq受託解析を承っております。

細胞の可溶化・核抽出からTDE1酵素を用いたタグ化、ライブラリ増幅、精製およびIlluminaプラットフォーム上での次世代シーケンスを承ります。

次世代シーケンシングの成果物として、シーケンスのクォリティーチェック、リファレンスゲノムへのアラインメント、リード濃縮領域の同定（ピークコーリング）結果をデフォルトでご提供いたします。

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