NGS系列產品之表觀遺傳----ATAC和Cut&Tag
解鎖DNA-蛋白互作研究新技術，快來圍攻表觀遺傳的新秀
染色質可及性
真核生物的核DNA并不是裸露的，而是有蛋白質即組蛋白與之相結合。DNA一圈一圈地纏繞在組蛋白上，形成串珠式的結構。這樣的結構還能夠進一步折疊、濃聚，并在其他架構蛋白的輔助下，形成染色體。DNA的復制，基因的轉錄，需要將DNA的高級結構解開。不需要將整個染色體全部打開，只需打開表達基因的區(qū)域。這一過程，主要由染色體的表觀修飾來實現(xiàn)。而這部分打開的染色質，就叫開放染色質（open chromatin）。染色質一旦打開，就允許調控蛋白（比如轉錄因子和輔因子）與之相結合。染色質的這種特性，就叫做染色質的可進入性或可及性（chromatin accessibility）。
DNA折疊與開放示意圖
表觀遺傳學&研究方法
表觀遺傳學是一門研究基因表達調控的科學，它關注的是如何在不改變DNA序列的情況下，使基因表達受到行為、環(huán)境和表型的影響，可以說染色質的可及性對于基因表達的影響非常關鍵。表觀遺傳學的研究背景主要是基于對基因表達調控的深入理解，以及探索環(huán)境因素如何影響基因的活性和表達。
表觀遺傳學的研究方法包括但不限于以下幾種：
1. ATAC-Seq技術：這是一種用于分析染色質可及性的方法，可以揭示基因組中開放區(qū)域，這些區(qū)域通常是轉錄因子結合的位點。
2. 全基因組亞硫酸氫鹽測序(WGBS)：這種方法可以檢測全基因組水平上的DNA甲基化狀態(tài)，是研究表觀遺傳學中DNA甲基化的重要手段。
3. 簡化代表性亞硫酸氫鹽測序(RRBS)：這是一種針對基因組中富含CpG島區(qū)域的DNA甲基化分析方法，相對于WGBS，它成本較低。
4. 甲基化DNA免疫共沉淀測序(MeDIP-seq)：通過使用抗甲基化DNA的抗體富集甲基化DNA片段，然后進行測序，以研究甲基化模式2。
5. 染色質免疫共沉淀測序(ChIP-seq)：通過使用特定抗體富集與組蛋白修飾或轉錄因子結合的DNA片段，然后進行測序，用于研究蛋白質-DNA相互作用。
6. CUT&Tag技術：這是一種較新的技術，用于在單細胞水平上研究蛋白質-DNA相互作用，相較于ChIP-seq，它更為簡便且適用于少量細胞樣本2。
7. 3C-seq技術：這是一種用于研究染色質三維結構的技術，可以揭示基因組中不同區(qū)域的空間相互作用。
8. RNA測序(RNA-seq)：通過測序RNA分子來研究基因表達水平，是研究非編碼RNA和基因表達調控的重要方法。
這些方法的應用和普及改變了人們對多種表觀遺傳現(xiàn)象的傳統(tǒng)認識，使研究人員能夠更加全面地深入了解各種表觀遺傳標志在機體內的廣泛分布，以及它們如何在外界因素的影響下發(fā)生相應的動態(tài)變化。其中ATAC和Cut&Tag由于其靈敏度高，操作方便等優(yōu)點，成為研究表觀遺傳學的利器。下面我們就這兩種方法來進行詳細的介紹。
ATAC-Seq技術詳解
ATAC-Seq
ATAC（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）是一種用于研究染色質可及性的高通量測序技術。它的原理是：染色質的開放區(qū)域更容易被轉錄因子和其他調控蛋白訪問，這些區(qū)域通常與基因的活躍表達相關。該方法通過Tn5轉座酶將序列接頭插入到染色質開放區(qū)域，然后通過DNA測序數據分析來推斷染色質各區(qū)域的基因活躍度情況。
ATAC-Seq的關鍵步驟：
1. 樣本準備：首先從細胞中提取染色質，這是DNA和組蛋白緊密結合形成的物質，它決定了基因的可訪問性。
2. 染色質裂解：通過裂解細胞，釋放出染色質，使其暴露出更多的表面區(qū)域。
3. 轉座酶處理：使用一種特殊的轉座酶Tn5，這種酶能夠識別開放的染色質區(qū)域，并在這些區(qū)域切割DNA。
4. DNA片段化：轉座酶在開放染色質區(qū)域切割DNA，產生小片段。
5. 測序接頭插入：轉座酶不僅切割DNA，還會在其切割位點插入測序所需的接頭序列。
6. 高通量測序：對這些切割并帶有接頭的DNA片段進行高通量測序，以識別開放染色質區(qū)域。
7. 數據分析：測序數據通過生物信息學分析，確定開放染色質區(qū)域的位置，這些區(qū)域可能包含調控基因表達的關鍵元件。
ATAC實驗原理示意圖
CUT&Tag技術詳解
CUT&Tag
CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）是一種用于研究蛋白質-DNA相互作用的技術，該技術利用Tn5轉座酶的特點，在切割染色質的同時直接插入接頭（adaptor），極大地縮減了建庫時間，且對樣本量的要求更低，所需的測序深度也更低。
CUT&Tag的關鍵步驟：
1. 樣本準備：選擇或分離單細胞樣本，這對于研究細胞異質性非常重要。
2. 抗體介導的富集：使用特定抗體識別并結合目標蛋白，這些蛋白可能是轉錄因子、組蛋白修飾或其他染色質結合蛋白。
3. Tn5酶切割：Protein A-Tn5酶復合體被引導至目標蛋白結合的DNA區(qū)域，并在這些區(qū)域切割DNA。
4. 測序接頭添加：在切割位點添加測序所需的接頭序列。
5. PCR擴增：由于單細胞樣本中DNA量較少，需要通過PCR擴增來增加DNA片段的數量，以便進行高通量測序。
6. 高通量測序：對擴增后的DNA片段進行高通量測序，識別目標蛋白結合的DNA區(qū)域。
7. 數據分析：測序數據通過生物信息學分析，確定目標蛋白在基因組中的結合位點，這些位點可能與基因調控密切相關。
Cut&Tag實驗原理示意圖
ATAC PK CUT&Tag
ATAC-Seq和CUT&Tag是兩種用于研究染色質狀態(tài)和蛋白質-DNA相互作用的表觀遺傳學技術。它們在某些方面有相似之處，但也有明顯的區(qū)別。以下是對這兩種技術的詳細比較：
ATAC-Seq與CUT&Tag的聯(lián)系：
1. 轉座酶Tn5的使用：ATAC-Seq和CUT&Tag都利用了轉座酶Tn5的特性來切割染色質。這種酶能夠識別開放的染色質區(qū)域，并在這些區(qū)域切割DNA。
2. 染色質開放性的分析：兩種技術都可以用于分析染色質的開放性，即哪些區(qū)域是轉錄因子和其他調控蛋白可以訪問的。
3. 高通量測序：ATAC-Seq和CUT&Tag最終都涉及到對特定DNA片段進行高通量測序，以獲得基因組范圍內的信息。
4. 表觀遺傳學研究：它們都是表觀遺傳學研究的重要工具，有助于理解基因表達調控的機制。
ATAC-Seq與CUT&Tag的區(qū)別：
ATAC-Seq | CUT&Tag | |
研究重點 | 主要專注于分析染色質的開放性，即哪些區(qū)域對轉錄因子和其他調控蛋白是可及的。 | 更側重于研究蛋白質-DNA相互作用，可以提供更詳細的蛋白-染色質相互作用信息。 |
樣本需求 | 通常需要較多的細胞樣本，適用于大量細胞的分析。 | 特別適用于少量細胞樣本，甚至可以在單細胞水平上進行分析。 |
實驗流程 | 操作相對簡單，主要涉及染色質的裂解和轉座酶的切割。 | 需要使用特定抗體對蛋白進行標記，然后利用Tn5酶在抗體結合位點附近切割DNA。 |
技術靈敏度 | 適用于大規(guī)模的染色質開放性分析，但對于低豐度蛋白質的檢測可能不夠靈敏。 | 具有高靈敏度，能夠檢測低豐度蛋白質的染色質結合位點。 |
應用范圍 | 廣泛應用于研究啟動子、增強子和其他調控元件的開放性變化。 | 適用于研究組蛋白修飾、轉錄因子結合位點和轉錄輔因子等，特別適合探究非典型DNA結構。 |
數據解讀 | 數據解讀相對直觀，主要分析開放染色質區(qū)域。 | 數據解讀可能更復雜，需要考慮蛋白質的特異性結合和相互作用。 |
結合使用這兩種技術可以提供更全面的表觀遺傳學信息。ATAC-Seq提供了染色質開放性的全局視圖，而CUT&Tag則提供了特定蛋白質結合位點的詳細信息。這種聯(lián)合方法使研究人員能夠同時研究染色質的可及性和特定蛋白質的結合模式，從而更深入地理解基因表達調控的復雜性。通過理解ATAC-Seq和CUT&Tag的區(qū)別與聯(lián)系，研究人員可以根據具體的研究目的和樣本條件選擇合適的方法，或者將兩種技術聯(lián)合使用，以獲得更豐富的生物學信息。
經過以上介紹，相信大家已經對ATAC和Cut&Tag的研究方法以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系有了一定的了解，目前這2種技術也被廣泛的應用于表觀遺傳學的研究。全式金生物作為國產生物試劑原料供應商，深耕分子生物學領域多年，始終堅持自主創(chuàng)新，為客戶提供優(yōu)質的產品和服務。我們提供的ATAC-Seq、CUT&Tag建庫試劑盒，建庫效率高，測序數據質量好，助力表觀遺傳學研究。
ATAC-Seq
TransNGS? ATAC-Seq Library Prep Kit for Illumina?
產品特點
? 細胞數量少：所需細胞量少，50-50000細胞的起始量均可以獲得高分辨率的測序圖譜。
? 建庫時間短：5000及以下細胞時，建庫時間可縮短至2 h以內。
? 文庫產量高：文庫質量高，峰型好。
? 文庫峰型好：文庫峰型200-2000 bp，無明顯接頭峰。
? 無需分選：如對文庫長度分布無特殊要求，可以不用分選。
產品數據
產量高，峰型好
對不同細胞投入量（50-1,000 cells）的HeLa 細胞進行ATAC 文庫構建，不同細胞投入量的擴增循環(huán)數如下表。結果表明，TransGen 產品可用于構建低起始量（50 個細胞）的ATAC 文庫，文庫產量高，峰型好。
? 文庫產量
? 文庫峰型
? 與競品比較
分別使用TransGen 和Company V 產品對不同細胞投入量（5,000-50,000 cells）的HeLa 細胞進行ATAC 文庫構建。結果表明，TransGen 產品的文庫產量、文庫峰型優(yōu)于競品。
? 文庫產量
? 文庫峰型
? 下機數據好
對不同細胞投入量（50-50,000 cells）的HeLa 細胞進行ATAC 文庫構建，將構建后的文庫測序，下機后進行生信分析。結果表明，IGV 視圖顯示ATAC 在關鍵位點與H3K4me3 基因的ChIP-seq 結果一致，實驗結果真實可靠。
CUT&Tag
TransNGS? CUT&Tag Library Prep Kit for Illumina?
產品特點
? 文庫產量高，峰型好
? 細胞投入范圍廣：適用于10-105 個哺乳動物細胞或經過處理的細胞核，以及無細胞壁結構的真核細胞（如植物細胞原生質體等）建庫
? 操作時間短：約5.5 小時即可完成文庫構建
? 測序質量好：相同抗體孵育下，文庫的mapping 率更高，duplicates 率更低（尤其是在細胞投入量較少的時候）
? peak 位點準確有效：與ATAC-seq 的peak 相比，陽性對照的peak 位點均真實有效
產品數據
不同細胞起始量建庫結果
使用TransGen 產品，分別對不同起始量的293T 細胞進行CTCF 抗體的CUT&Tag 實驗，結果表明，TransGen 產品文庫產量高，不同細胞投入量下的文庫峰型和peak 位點基本保持一致，兼容低細胞投入量（10 cells）的文庫構建。
? 文庫產量
? 文庫峰型
? Peak位點準確有效
不同細胞核建庫結果
使用TransGen 產品，分別對293T 細胞核、擬南芥核進行不同抗體的CUT&Tag 實驗，結果表明，TransGen 產品建庫產量高，文庫峰型標準，適用于動物和植物細胞核的建庫。
? 文庫產量
? 文庫峰型
? 與競品比較
使用TransGen 和Company V 產品對不同起始量的293T 細胞進行H3k4me3 抗體、CTCF 抗體和RNAPol II 抗體的CUT&Tag 實驗，比較文庫產量，文庫峰型和測序結果。與Company V 相比，TransGen 產品文庫產量更高，文庫峰型更標準，測序數據質量高，兩者的peak 位點基本一致。
? 文庫產量
? 文庫峰型
? 測序數據
? Peak位點準確有效
使用TransGen 產品，針對1×104 個 293T 細胞的不同靶蛋白（CTCF、H3k4me3、 RNAPol II）得到的CUT&Tag 文庫與293T 細胞的ATAC 文庫進行peak 位點的比對，結果表明，各種CUT&Tag 文庫的peak 位置準確。
使用TransGen 和Company V 產品，針對5×104 個293T 細胞的不同靶蛋白（CTCF、H3k4me3、 RNAPol II）得到的CUT&Tag 文庫，在2個不同染色體區(qū)段進行peak位點展示，結果表明，TransGen 和Company V 的peak 位點基本一致。
不同靶蛋白的DNA 互作區(qū)域peak 對比圖
全式金生物提供的ATAC-Seq、CUT&Tag建庫試劑盒，高效&精準&簡便，助您輕松玩轉表觀遺傳學研究。
產品信息
產品名稱 | 目錄號 | 規(guī)格 |
TransNGS? ATAC-Seq Library Prep Kit for Illumina? | KP171 | 12/96 rxns |
TransNGS? CUT&Tag Library Prep Kit for Illumina? | KP172 | 12/96 rxns |
參考文獻：
DNA Packaging: Nucleosomes and Chromatin
