ATAC-seq技术
背景及原理
ATAC-seq(Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing)：2013年由斯坦福大学的实验室开发，即利用转座酶研究染色质可及性/开放性的高通量测序技术。
图1. ATAC-seq——灵敏且准确的探究开放染色质状态(Greenleaf and Chang，2013)
想要深入了解ATAC-seq技术，首先需要认识染色质/染色体的结构。真核生物的DNA是与蛋白质(组蛋白)相结合的，DNA一圈一圈地缠绕在组蛋白上，形成串珠式的结构，并且这样的结构还能够进一步折叠、浓聚，形成染色体。
图2.开放染色质与封闭染色质(Baylin et al., 2007)
然而要进行DNA复制和基因转录，就需要把DNA的高级结构解开，并不是全部打开，而是打开一部分染色质，这部分染色质叫做开放染色质，打开之后就有一些调控蛋白(转录因子和辅因子)过来与之结合，染色质的这种特性就叫做染色质的可及行，或者理解为染色质的开放性。
优势
(1) 缩短实验时间，更快获得测序数据。
(2) 简化的实验过程，减少了误差的概率，显著提高了实验的成功率和重复性。
(3)样本量需求少(从100万个细胞(FAIRE-sesq)和5000万个细胞(DNase-seq)减少到大约需要500个细胞，减少了1000倍)。
(4)ATAC-seq利用双端测序技术绘制核小体的定位图谱。
(5)ATAC-seq的重复性比MNase-seq和DNase-seq的更强测序信号更好。
应用
文献解读 | ATAC-seq技术助力揭示CDK9抑制诱导表观遗传重编程
导语
细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases，CDK)家族蛋白在细胞周期进程和RNA转录的调控中起着不可或缺的作用。由于染色体区域易位或基因扩增引起的CDKs表达失调与肿瘤发生有关，所以CDKs成为有值得研究的治疗靶点。越来越多的研究表明，CDK9(一种转录CDK)是高频率癌基因的关键驱动因素，尤其在Myc依赖性癌症中。
弥漫性大B细胞淋巴瘤(Difuse large B-cell lymphoma，DLBCL)具有药物耐药性，细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)的药理抑制剂在DLBCL中显示出临床前活性，但许多抑制剂在临床开发中停滞不前，比如地奈西利和黄烷醇，目前需要开发新的治疗方法。
2023年3月，美国希望之城国家医疗中心的研究团队在Molecular Cancer期刊(IF=37.3)上发表了题为“CDK9 inhibition induces epigenetic reprogramming revealing strategies to circumvent resistance in lymphoma”的文章。研究人员通过ATAC-Seq和ChIP-Seq技术，揭示了CDK9i（CDK9抑制剂）通过染色质可及性的双向改变诱导表观遗传重塑，抑制启动子激活，并导致超级增强子景观的持续重编程。
主要结果
CDK9抑制剂调控启动子和增强子结构
作者早期的研究发现AZ5576具有临床前疗效，AZD4573是其临床同系物(Hashiguch et al，2019)，本研究中发现AZD4573作为CDK9i，能够抑制DLBCL细胞增殖，诱导细胞凋亡。研究团队为了确定使用CDK9i后，表观基因组的变化是否会导致转录失调。
作者首先使用ATAC-Seq来评估使用CDK9i后的表观遗传景观。在使用AZD4573处理细胞后，发现在染色质可及性降低的区域CCCTC结合因子(CTCF)及其同源物的motif富集。
接着作者研究了CDK9i如何调节增强子和启动子结构，通过对具有H3K4me3和H3K27ac标志物的组蛋白进行ChIP-Seq，分析发现使用AZD4573短期处理DLBCL细胞8h后，启动子间的H3K4me3信号富集减少，启动子H3K27ac信号在VAL细胞中同样丢失，但在OCI-LY3细胞中没有。
最后作者表征了CDK9i对超增强子(SE)结构的影响，发现在VAL细胞中SEs占4.7%，在OCI-LY3细胞中SEs占5.4%。结果表明CDK9i诱导染色质可及性的广泛变化，抑制启动子激活并导致持续的SE重编程。
图1.CDK9抑制剂重编程启动子和增强子
CDK9i增加了BRD4与染色质的结合
为了在基因组上定位，对BRD4(一种辅因子，招募CDK9)和RNAPII(RNA polymerase II)作者进行了ChIP-Seq。
发现使用CDK9i处理后的启动子区域BRD4和RNAPII信号迅速富集，并且发现与单独使用任何一种实验化合物相比，同时连续靶向BRD4和CDK9可显著降低DLBCL细胞的增殖。
作者带着BRD4是否是“恢复基因”转录所必需的目的，发现持续暴露在AZD4573和BET溴域抑制剂JQ1，DLBCL细胞中MYC、BCL2L1和IRF8 mRNA的转录就消除了。
研究结果表明，虽然CDK9i确实诱导BRD4与染色质结合，但BRD4不太可能单独负责癌基因的转录恢复。因为当CDK9和BRD4同时靶向时，仍然可以观察到恢复。
图2.BRD4促进转录恢复
结语
综上所述，研究团队发现CDK9的选择性抑制AZD4573能够限制DLBCL细胞的生长与繁殖，并且通过ATAC-Seq和ChIP-Seq技术，揭示了CDK9i通过染色质可及性的双向改变诱导表观遗传重塑，抑制启动子激活，并导致超级增强子景观的持续重编程。该研究的发现对抑制剂药物的临床开发具有一定的指导意义。
参考文献
Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, et al. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nat Methods. 2013 Dec;10(12):1213-8.
Baylin SB, Schuebel KE. Genomic biology: the epigenomic era opens. Nature. 2007 Aug 2;448(7153):548-9.
Thieme E, Bruss N, Sun D, et al. CDK9 inhibition induces epigenetic reprogramming revealing strategies to circumvent resistance in lymphoma. Mol Cancer. 2023 Mar 30;22(1):64.
Hashiguchi T, Bruss N, Best S, et al. Cyclin-Dependent Kinase-9 Is a Therapeutic Target in MYC-Expressing Diffuse Large B-Cell Lymphoma. Mol Cancer Ther. 2019 Sep;18(9):1520-1532.
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