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10x Genomics單細胞ATAC測(ce)序
背景介紹
單(dan)細(xi)胞測(ce)序(xu)是近年(nian)來生物(wu)學領(ling)域最火的(de)技術之一(yi)，憑借其(qi)極高的(de)分辨率能夠(gou)精(jing)準的(de)剖析樣(yang)本細(xi)胞組成(cheng)信息(xi)，進而揭示(shi)單(dan)個(ge)(ge)細(xi)胞的(de)基(ji)因結構和基(ji)因表達(da)狀態，并(bing)反映(ying)細(xi)胞間的(de)異(yi)質(zhi)性(xing)。另外，現有單(dan)細(xi)胞平臺可以一(yi)次性(xing)分離(li)幾千個(ge)(ge)單(dan)細(xi)胞，有助于發(fa)(fa)現新的(de)細(xi)胞類型。隨著單(dan)細(xi)胞測(ce)序(xu)技術的(de)不斷(duan)更(geng)新和發(fa)(fa)展，其(qi)在解析細(xi)胞異(yi)質(zhi)性(xing)，揭示(shi)微(wei)環境中細(xi)胞群(qun)體間的(de)關系，追蹤疾病發(fa)(fa)生發(fa)(fa)展等(deng)研究中將發(fa)(fa)揮越(yue)來越(yue)重要(yao)的(de)作用，后續可為個(ge)(ge)性(xing)化預(yu)防(fang)、治療提供技術支持。
單細(xi)胞測序和傳統(tong)測序的區別
技術原理
10x Genomics平臺基于(yu)微流(liu)控技術(shu)分(fen)選(xuan)單個(ge)(ge)細(xi)胞(bao)(bao)，將(jiang)帶有barcode標簽的(de)(de)(de)凝膠珠(zhu)與(yu)細(xi)胞(bao)(bao)或(huo)細(xi)胞(bao)(bao)核(he)、酶以及分(fen)液(ye)油混合，產(chan)生成(cheng)千(qian)上萬個(ge)(ge)單細(xi)胞(bao)(bao)乳(ru)液(ye)微滴，每個(ge)(ge)微滴都(dou)作為單獨(du)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)應體系，凝膠珠(zhu)在(zai)其中溶解，捕(bu)獲每個(ge)(ge)細(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)目(mu)標分(fen)子(zi)，添加(jia)barcode并擴增。這樣(yang)來自同一(yi)細(xi)胞(bao)(bao)或(huo)細(xi)胞(bao)(bao)核(he)的(de)(de)(de)所有片段(duan)都(dou)共(gong)享一(yi)種10x barcode。將(jiang)成(cheng)千(qian)上萬個(ge)(ge)細(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)帶有barcode的(de)(de)(de)產(chan)物(wu)混合，進行下(xia)游反(fan)(fan)應，從(cong)而產(chan)生與(yu)短讀長測序(xu)儀兼(jian)容的(de)(de)(de)文(wen)庫。在(zai)測序(xu)后，生物(wu)信息分(fen)析(xi)工具(ju)將(jiang)利用可識別的(de)(de)(de)barcode序(xu)列將(jiang)測序(xu)片段(duan)定(ding)位到原本的(de)(de)(de)單細(xi)胞(bao)(bao)或(huo)細(xi)胞(bao)(bao)核(he)。
基于Next GEM技術(shu)的10x Genomics單細胞技術(shu)原理及工作(zuo)流(liu)程
微(wei)滴結構
注：微(wei)滴（GEM） 包(bao)裹了10x Genomics系統內的每個(ge)微(wei)反應(ying)，其中單細胞、試劑(ji)以及帶有(you)barcode的凝膠(jiao)珠都(dou)包(bao)裹在單個(ge)微(wei)滴內。
10x Genomics單細胞ATAC測序
染色質(zhi)開(kai)放區：
染色(se)質重塑后有些(xie)區(qu)(qu)域(yu)呈現(xian)出松散(san)狀態，這(zhe)些(xie)區(qu)(qu)域(yu)被稱為染色(se)質開放(fang)(fang)區(qu)(qu)或染色(se)質可及性區(qu)(qu)域(yu)，而(er)DNA復制和基因(yin)轉錄都(dou)發(fa)生在這(zhe)些(xie)區(qu)(qu)域(yu)。因(yin)此(ci)獲取(qu)這(zhe)些(xie)信息有利于了解開放(fang)(fang)區(qu)(qu)域(yu)對基因(yin)表(biao)達的(de)調控，更好(hao)的(de)理解生物調控。
ATAC測(ce)序(xu)：
使Tn5轉(zhuan)座酶切割染(ran)色(se)質(zhi)的開放區(qu)域，同時加上測序(xu)引物進行高通量測序(xu)，是一種快速靈敏(min)的表觀遺傳學研究技術。
染色質可及性 ATAC 測序(xu)技術
10x Genomics單細(xi)胞(bao)(bao)ATAC技(ji)術可(ke)以在單細(xi)胞(bao)(bao)水平對(dui)細(xi)胞(bao)(bao)染(ran)色質(zhi)開(kai)放區(qu)域進行檢(jian)測(ce)(ce)。首先，轉座酶進入細(xi)胞(bao)(bao)核，并優先在染(ran)色質(zhi)的(de)(de)開(kai)放區(qu)域切割DNA，同時在DNA片段的(de)(de)末端添加測(ce)(ce)序(xu)(xu)引(yin)物；其次(ci)，帶有barcode的(de)(de)凝膠珠在油滴內(nei)對(dui)每個細(xi)胞(bao)(bao)內(nei)的(de)(de)DNA片段進行barcode標記，帶有barcode標簽的(de)(de)DNA進行后續文庫(ku)構建(jian)；最后， Illumina測(ce)(ce)序(xu)(xu)平臺對(dui)文庫(ku)進行測(ce)(ce)序(xu)(xu)檢(jian)測(ce)(ce)，即(ji)可(ke)一次(ci)性獲(huo)得大(da)量單細(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)DNA染(ran)色質(zhi)開(kai)放區(qu)域數據 。
單細胞 ATAC-seq 技術原理
結果展示
單細胞ATAC基(ji)本分析展示
細胞分(fen)(fen)群圖（左1）； Motif位點(dian)分(fen)(fen)析圖 （左2）；Peak峰可及性分(fen)(fen)析（右1）； 擬時間(jian)序列分(fen)(fen)析（右2）
單細胞ATAC與單細胞轉錄組聯合分析
相關性分析圖 差異亞(ya)群分析（左）； scATAC和scRNA聯合分析（右）
產品優勢
超高(gao)通量(liang)
標準(zhun)模式(shi)下，每個(ge)樣本可檢測500-10,000個(ge)細胞，高(gao)通量(liang)模式(shi)下，每個(ge)樣本可檢測1,000-20,000個(ge)細胞；
高(gao)捕(bu)獲率(lv)
每個(ge)樣本捕獲效率高達(da)65%，高效捕獲每個(ge)細胞中(zhong)的基因表(biao)達(da)信息；
高性價比
與低通(tong)量或傳統人(ren)工操作等方法相(xiang)比，成本降低數(shu)十倍(bei)；
廣泛應用(yong)
對細(xi)胞類型無限(xian)制，已廣泛應用(yong)于識(shi)別細(xi)胞周期、腫瘤細(xi)胞異質性、鑒定罕見(jian)細(xi)胞類型、免疫細(xi)胞分析、疾病分型等(deng)領域；
經驗(yan)豐(feng)富
百奧醫藥技術團隊(dui)現已累(lei)積100余(yu)種不同組織類型(xing)、數(shu)千余(yu)個樣品的10x Genomics單細胞測序經驗。
送樣要求
應用方向
應用案例
單細(xi)胞(bao)ATAC測序揭示糖(tang)尿病(bing)胰(yi)島細(xi)胞(bao)類型和(he)特異性調控機制(zhi)
Single-cell chromatin accessibility identifies pancreatic islet cell type- and state-specific regulatory programs of diabetes risk
發表雜志：Nature Genetics（IF: 38.330）； 發表時間： 2021年 4月； 應用技術(shu)： 10x Genomics單細胞ATAC測序
單(dan)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)ATAC測序為揭(jie)示復雜疾病的(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型(xing)(xing)特異性機制(zhi)創造了(le)(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)機會。由于胰島是2型(xing)(xing)糖尿病（T2D）的(de)(de)(de)核心，本研究(jiu)利用(yong)10x Genomics單(dan)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)ATAC測序分(fen)析了(le)(le)(le)15,298個(ge)胰島細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)，并鑒定(ding)(ding)出12個(ge)亞群，包括(kuo)多個(ge)α、 β和(he)δ細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)狀態。發現了(le)(le)(le)228,873個(ge)可及的(de)(de)(de)染(ran)色質位點，并確(que)定(ding)(ding)了(le)(le)(le)潛在的(de)(de)(de)譜系和(he)特異性調控的(de)(de)(de)轉錄因(yin)(yin)子。 觀察到(dao)空腹血糖和(he)T2D全基(ji)因(yin)(yin)組相關研究(jiu)對(dui)β細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)和(he)其他內分(fen)泌細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)狀態特異性富集。在定(ding)(ding)位于胰島可及染(ran)色質的(de)(de)(de)T2D信號中，先確(que)定(ding)(ding)了(le)(le)(le)具(ju)有預(yu)(yu)測調控功能和(he)與(yu)目標基(ji)因(yin)(yin)共(gong)可及的(de)(de)(de)變體。 KCNQ1基(ji)因(yin)(yin)座上的(de)(de)(de)一個(ge)T2D變異rs231361預(yu)(yu)測了(le)(le)(le)對(dui)與(yu)INS共(gong)可及的(de)(de)(de)β細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)增強(qiang)子的(de)(de)(de)影響(xiang)，以及影響(xiang)INS水平的(de)(de)(de)胚胎干細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)來源(yuan)的(de)(de)(de)β細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)組編輯(ji)。共(gong)同證明(ming)了(le)(le)(le)單(dan)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)表觀基(ji)因(yin)(yin)組學(xue)在解釋復雜疾病遺傳學(xue)方面的(de)(de)(de)力量。
胰島細胞分群(qun)圖（左）； 轉錄因(yin)子的啟動(dong)子可及性(xing)與Motif富集關聯分析（中(zhong)）； Peak峰可及性(xing)分析（右）
