人类单个细胞约有60亿DNA碱基对，如果按照线性计算，单个细胞的DNA大约有3米长。而这么长的DNA如何包装进只有6-8微米大小的细胞核中是当今生物学和医学研究的热门话题。在细胞中，这些DNA与多种蛋白结合形成具有多层结构的染色质。在整个基因组中，只有~1% 的染色质是活跃的，被称为活跃染色质。这些活跃染色质的打开和关闭，以及它们在细胞核中的位置与基因的表达调控有密切关系，任何一个步骤的差错都有可能引起人类的疾病甚至癌症的发生。
一直以来，研究者利用DNAse I酶切和高通量测序方法（DNase-Seq）揭示活跃染色质在基因组中的线性位置。但是这种方法需要百万以上的细胞以及大量的时间投入。近年来，斯坦福大学的 Dr. Howard Chang（張元豪教授）和Dr. Will Greenleaf 实验室利用转座子酶Tn5可共价键插入它的DNA接头到基因组中然后PCR扩增的特性，建立了ATAC-seq技术。此技术仅需要少于5万个细胞甚至单个细胞，且在~6个小时内完成活跃染色质文库的构建，因此该技术革命性的改进了活跃基因组测序方法。另外，研究者通常利用免疫染色的方法去探索活跃染色质在细胞核中的分布，但是这种策略通常受制于抗体的特异性而且不能很高通量测序同时进行。
图1
而精确医疗时代的到来，需要把染色质三维空间包装和线性测序同时结合在一起。为了解决这个技术的挑战，Dr. Howard Chang 实验室发明了ATAC-see技术，此技术可以同时检测活跃染色质在细胞核内的三维空间分布和高通量线性测序。在ATAC-see中，荧光修饰的Tn5DNA接头以共价键的方式插入到活跃染色质中，从而可以精确的定位活跃染色体在细胞核中的三维空间位置（图1-2）。由于DNA 接头共价键的插入，图像分析之后可以继续做高通量测序揭示活性染色质的线性序列（图1-2）。利用此技术，该团队发现在不同种类的人类细胞中，活跃染色体的分布有着细胞种类特异性，特别是人类中性粒细胞的活跃染色质的包装与其它的细胞有很大的差别，并且这种特定的编排和中性粒细胞抗细菌感染有密切的关联。另外此技术还可以和流式细胞分选技术直接结合，从而定量的测定活跃染色质在不同细胞中的组成，例如该团队结合细胞核染色和ATAC-see发现细胞周期早期增强子区域比启动子区域要更早的打开。
图2
该技术发表在 Nature Methods 上，斯坦福大学的Dr. Howard Chang 实验室的陈兴启博士为文章的第一作者，共同合作者包括斯坦福大学的Dr. Will Greenleaf 和 Dr. Jan Liphardt，以及加州大学伯克利分校的Dr. Jennifer Doudna等人。
该论文作者为： Chen X, Shen Y, Draper W, Buenrostro JD, Litzenburger U, Cho SW, Satpathy AT, Carter AC, Ghosh RP, East-Seletsky A, Doudna JA, Greenleaf WJ, Liphardt JT, Chang HY
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
ATAC-see reveals the accessible genome by transposase-mediated imaging and sequencing
Nat. Methods, 2016, 13, 1013-1020, DOI: 10.1038/nmeth.4031
Dr. Howard Chang（張元豪教授）简介
Dr. Howard Chang 于1994年获得哈佛大学学士学位，1998 年获得麻省理工博士学位，并于2000年获得哈佛大学医学院医学博士。2001年开始供职于斯坦福大学，现为斯坦福大学医学院终身教授。2016年張元豪教授入选台湾中央研究院院士。其实验室致力于利用系统生物学方法揭示不同基因的协调表达对细胞命运的调控，进而把这些研究应用于临床的诊断和治疗。其领导的团队在染色质结构和长非编码RNA结构领域享有盛誉，近年来，其团队建立了一系列革命性的实验技术，例如 ChIRP、dChIRP、ChIRP-MS、icSHAPE、ATAC-seq (see)、PARIS 等，这些技术已经被广泛的应用于现代生物学和医学研究中。
实验室链接：
http://changlab.stanford.edu
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