2025-12-26
你是否曾好奇，同一个受精卵如何分化出百种细胞？疾病背后，又是哪些基因“开关”失常？今天，我们要揭秘一项能直视生命“调控暗物质”的强大技术——单细胞ATAC-seq。它像一台高精度显微镜，让我们首次在单个细胞里，看清掌控命运的“基因开关”如何工作。
什么是染色质可及性？
DNA的复制、转录，是需要将DNA的高级结构解开的，这一过程只需要打开染色质一部分就可以实现，而染色质一旦打开，就允许一些调控蛋白（比如转录因子和转录元件）与之相结合。而染色质的这种特性，就叫做染色质的可进入性（可及性）。染色质的可及性反映了调控因子与开放染色质结合的状态，与转录调控密切相关。
图1. 染色质可及性状态的转变
（Shlyueva D, et al. Nat Rev Genet , 2014）
ATAC-seq研究染色质可及性的原理
ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing)，是2013年由斯坦福大学William J. Greenleaf和Howard Y. Chang实验室开发的用来研究染色质可及性（通常也理解为染色质的开放性）的方法。其核心原理是利用一种工程化的Tn5转座酶，它像一把“智能剪刀”，会主动寻找并切割开放的染色质区域，同时给这些片段加上测序接头，随后通过高通量测序，我们就能绘制出一张全基因组范围的“开放图谱”，精准定位哪些调控元件（如启动子、增强子）正在活跃。
图2. ATAC-seq原理图
（Buenrostro JD, et al. Nat Methods, 2013）
而 “单细胞” 版本的问世，将分辨率提升到了革命性的单个细胞水平，让我们能看清复杂组织或组织中每一个细胞的独特调控状态。
10×Genomics单细胞ATAC-seq的技术原理
染色质组织将大量的DNA压缩成细胞核，使只有一小部分的DNA可以在每个细胞内进行转录。10x Genomics Chromium Single Cell ATAC Solution可以在单细胞表观基因组学水平上揭示染色质可接近性。该方案通过快速高效的单细胞标记、测序和分析，可一次性获得成千上万个单细胞染色质谱，获得单细胞水平的染色质开放区域信息。
图3.10×Genomics单细胞ATAC-seq的技术原理
技术优势：为什么是它？
高分辨率：基于10x Genomics平台，能够在单细胞水平精准标记和定位染色质开放区域，绘制细胞图谱。
揭示细胞异质性：打破群体平均的局限，揭示组织中不同类型的细胞及其独特的基因调控网络。
细胞特异性分析：可以在没有标记的情况下鉴定细胞特异性的顺式和反式调控元件，分析疾病相关调控元件活性。
联合分析潜力：可与单细胞转录组（scRNA-seq）等多组学技术整合，构建“因果”调控关系，完整解析细胞状态。
动态变化监测：揭示每个细胞在表观遗传学上的调控机制和动态变化。
应用领域：探索生命与疾病的奥秘
发育生物学：追踪胚胎发育、器官形成过程中，细胞命运决定的动态调控图谱。
疾病机制研究：揭示癌症、自身免疫病、神经退行性疾病等异常细胞起源和调控漏洞。
免疫学：解析免疫细胞分化、激活、耗竭的精细调控程序，助力免疫治疗。
表观遗传学：绘制不同细胞类型特异的表观遗传景观，理解环境如何通过调控基因影响生命。
药物研发与筛选：评估药物对细胞染色质状态的影响，发现新的治疗靶点。
派森诺相关平台
作为国内领先的组学服务提供商，派森诺依托顶尖的10x Genomics平台，为您提供成熟、专业的单细胞ATAC-seq全流程解决方案：
专业建库测序：提供从样本制备、文库构建到高通量测序的一站式服务，数据质量高，稳定性强。
深度生信分析：拥有经验丰富的生物信息团队，可提供包括细胞聚类、差异开放区域分析、转录因子motif 分析、轨迹推断、多组学整合等深度解析。
个性化项目支持：可根据您的具体科学问题，量身定制研究方案，从实验设计到数据解读，全程专业陪伴。
分析结果展示
分析结果展示
数据质控
基于peak的信号丰度值进行单细胞聚类与分群
特异性peak数目统计
细胞群特异性peak小提琴图
差异peak关联基因功能富集分析
TF footprints 分析
（Zhijian Li, et al. Nature communications, 2021）
轨迹分析
（Zhijian Li, et al. Nature communications, 2021）
细胞分化过程中的TF动态变化分析
（Jason D, et al. Cell, 2018）
从描绘细胞身份的“基因开关”图谱，到解码复杂疾病的根源，单细胞ATAC-seq正带领我们进入一个理解生命调控的新维度。
想探索您样本中细胞类型的隐秘调控程序吗？立即联系我们，让派森诺的专业团队助您一臂之力，揭开生命调控的下一层奥秘！
参考文献：
1.Shlyueva D, Stampfel G, Stark A. Transcriptional enhancers: from properties to genome-wide predictions. Nat Rev Genet. 2014 Apr;15(4):272-86.
2.Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ. 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.
3.Li Z, Kuppe C, Ziegler S, Cheng M, Kabgani N, Menzel S, Zenke M, Kramann R, Costa IG. Chromatin-accessibility estimation from single-cell ATAC-seq data with scOpen. Nat Commun. 2021 Nov 4;12(1):6386.
4.Buenrostro JD, Corces MR, Lareau CA, Wu B, Schep AN, Aryee MJ, Majeti R, Chang HY, Greenleaf WJ. Integrated Single-Cell Analysis Maps the Continuous Regulatory Landscape of Human Hematopoietic Differentiation. Cell. 2018 May 31;173(6):1535-1548.e16.
