ATAC-seq Ajuda a Analisar o Mecanismo de Regulação Genética

Com a compreensão aprofundada do mecanismo de regulação genética, foram encontradas alterações na epigenética que desempenham um papel importante. Atualmente, a tecnologia de sequenciação ATAC-seq é um método eficaz para medir a mudança na estrutura da cromatina de baixo nível para alto nível na epigenética. A tecnologia ATAC-seq, que utiliza a transposase Tn5 para sequenciar regiões de ligação livres de proteínas do genoma, pode ser combinada com a imunoprecipitação de cromatina acoplada a sequenciação profunda (ChIP-seq) e sequenciação de ácido ribonucleico (RNA-seq) para fornecer uma descrição detalhada da expressão gênica.

Vantagens e aplicação do ATAC-seq

Comparado com outras tecnologias, o ATAC-seq tem as vantagens de requerer menos amostras, um tempo de preparação de amostras mais curto e maior fiabilidade, podendo simultaneamente revelar a posição no genoma da cromatina aberta, a interação entre proteínas que ligam ao DNA e o local de ligação de transcrição. Consequentemente, pode ser utilizado nos seguintes aspetos: ① Julgamento preliminar sobre se o tema de pesquisa envolve mecanismos de regulação epigenética; ② Combinado com a análise de motivos, identificar fatores de transcrição envolvidos na regulação gênica; ③ Identificar fatores de transcrição relacionados com o destino celular, doenças ou resposta e genes-alvo e elementos funcionais regulados por fatores de transcrição; ④ Análise conjunta com a identificação de superenhancers para clarificar o âmbito de superenhancers ativos; ⑤ Compreender o mecanismo de regulação gênica e a resposta celular a medicamentos ou doenças.

Princípios e fluxo de trabalho do ATAC-seq

Exploração de fatores reguladores de genes por scATAC-seq

Uma característica da atividade dos elementos reguladores de DNA é a acessibilidade da cromatina. No entanto, apenas os elementos reguladores ativos podem ser reconhecidos e expressos pelo mecanismo celular, o que demonstra que a acessibilidade da cromatina está intimamente relacionada à regulação transcricional. O ATAC-seq é aplicável a amostras com baixo número de células, e até mesmo a células únicas, o que possibilitou o perfilamento epigenómico de amostras primárias com nova precisão. Até à data, o scATAC-seq tem sido utilizado para mapear a variabilidade entre células e fenótipos celulares raros, incluindo em células imunes saudáveis e malignas. A equipa aplica o scATAC-seq para obter perfis de cromatina de mais de 200.000 células únicas no sangue humano e no carcinoma basocelular. Este estudo descreve a regulação epigenética ao nível de célula única para caracterizar o desenvolvimento de células imunes humanas e a regulação de linfócitos infiltrantes tumorais. Além disso, ilustra também como o ATAC-seq de célula única pode encontrar tipos celulares e fatores reguladores de DNA em tecidos saudáveis e doentes.

Exemplos em doenças humanas de ATAC-seq

As alterações epigenéticas têm sido consideradas uma das causas do câncer. Estudos sobre câncer, incluindo câncer pancreático, câncer de fígado e câncer de bexiga, que utilizaram ATAC-seq e outras técnicas de sequenciamento, como RNA-seq e ChIP-seq, descobriram novos mecanismos regulatórios e apontaram que a regulação da epigenética pode ser um alvo promissor para o anticâncer. A diferenciação de células-tronco pluripotentes humanas em células progenitoras hematopoiéticas pode servir como um modelo in vitro para a hematopoiese embrionária humana, mas a mudança dinâmica do epigenoma e do transcriptoma permanece elusiva. Aqui, perfilamos sistematicamente a acessibilidade da cromatina, as modificações H3K4me3 e H3K27me3, e o transcriptoma de progenitores intermediários durante a diferenciação de células progenitoras hematopoiéticas in vitro. Ao mesmo tempo, também utilizaram RNA-seq de célula única (scRNA-seq) e ATAC-seq de célula única (scATAC-seq) para descobrir o transcriptoma e as características de cromatina aberta de subpopulações dentro de ECs e HPCs durante a janela EHT. Análises abrangentes descrevem as mudanças temporais na configuração da cromatina e na expressão gênica durante a diferenciação de hPSC para HPC e permitem a identificação de reguladores que orquestram a geração de HPC. Este estudo descreve um roteiro epigenômico desde células-tronco pluripotentes humanas até células progenitoras hematopoiéticas, o que pode fornecer uma base para explorar células progenitoras hematopoiéticas com melhor potencial de desenvolvimento.

A análise de scRNA-seq e scATAC-seq revelou subpopulações de células endoteliais (ECs) e células progenitoras hematopoiéticas (HPCs) precoces.

A emergência do ATAC-seq oferece uma nova perspetiva para compreender os mecanismos biológicos em termos de acessibilidade da cromatina. Pode construir diferentes modelos relacionados a vários métodos ómicos de acordo com problemas reais e combiná-los com diferentes tecnologias. Na investigação científica futura, acreditamos firmemente que irá brilhar intensamente e ajudar-nos a explorar mais mistérios biológicos.

Referências:

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4. Jones, Peter A et al."Alvo no epigenoma do câncer para terapia." Revisões da Natureza. Genética vol. 17,10 (2016): 630-41.