【導語】

2024年2月15日，來自日本Kanazawa University的Yusuke Miyanari課題組在《Nature Genetics》上發(fā)表了題為“Genome-wide ATAC-see screening identifies TFDP1 as a modulator of global chromatin accessibility”的研究論文浴韭，該論文通過優(yōu)化ATAC-see方法客叉，并結(jié)合CRISPR高通量篩選技術(shù)诵竭，鑒定了一系列可以調(diào)控全局染色質(zhì)開放性的基因。其中TFDP1可以通過調(diào)控經(jīng)典組蛋白的轉(zhuǎn)錄來影響全局染色質(zhì)開放性兼搏。此外卵慰，該研究也發(fā)現(xiàn)，通過操控染色質(zhì)開放性佛呻，可以提高細胞工具的應(yīng)用效果裳朋，包括基因組編輯和誘導多能干細胞重編程。

【背景知識】

基因組的活躍調(diào)控區(qū)域吓著，例如啟動子和增強子鲤嫡，含有核小體去除區(qū)（Nucleosome-depleted regions, NDRs）,從而為DNA結(jié)合蛋白建立開放的染色質(zhì)送挑。而NDR之外的區(qū)域，大部分被核小體占據(jù)暖眼，導致相對不開放惕耕。因此，核小體的核心組蛋白和連接組蛋白是染色體開放性的關(guān)鍵決定因素罢荡。

開放的染色質(zhì)可以為轉(zhuǎn)錄赡突、DNA修復和復制等過程提供支架。細胞分化区赵、重編程和疾病發(fā)育等生理過程伴隨著動態(tài)的染色質(zhì)開放性惭缰。因此，靶向染色質(zhì)開放性有希望操控染色質(zhì)可塑性以及細胞表型笼才。

局部而言漱受，染色質(zhì)重塑蛋白、組蛋白伴侶蛋白骡送、組蛋白修飾酶以及先鋒轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)局部染色質(zhì)開放性昂羡。然而，全局水平染色質(zhì)開放性的調(diào)控機制目前了解很少摔踱。

ATAC-see技術(shù)是使用Tn5轉(zhuǎn)座酶以及熒光標記的adapter DNA虐先，選擇性地將adptors插入染色質(zhì)開放區(qū)域。通過顯微鏡或者流式熒光分選（FACS）,該方法可以實現(xiàn)單細胞水平的可視化或定量派敷。

ATAC-see和ATAC-seq的特異性不同蛹批。ATAC-seq主要需要兩個鄰近的熒光標記事件，從而得到短的DNA片段用于PCR擴增和測序篮愉，這導致該方法偏好檢測NDR區(qū)域腐芍，難以檢測到其他散在的熒光標記區(qū)，這導致ATAC-seq通常反映的是局部的染色質(zhì)開放性试躏。而ATAC-see方法可以捕獲所有的熒光標記事件猪勇，包括散在的，因此能夠提供全局的染色質(zhì)開放性信息颠蕴。

【科學問題】

全局染色質(zhì)開放性的調(diào)控機制泣刹？

【研究結(jié)果】

優(yōu)化ATAC-see實驗方法用于全基因組篩選；

CRISPR篩選鑒定出染色質(zhì)開放性的調(diào)控因子犀被；

eHAP細胞中敲除調(diào)控因子檢測ATAC-seq圖譜项玛；

TFDP1/E2F異二聚體可以調(diào)控染色質(zhì)開放性；

TFDP1通過直接影響組蛋白來調(diào)控全局染色質(zhì)開放性弱判；

TFDP1敲除提高DNA相關(guān)生物技術(shù)的應(yīng)用效果襟沮。

【總結(jié)討論】

該研究運用ATAC-see可以檢測全局染色質(zhì)開放性的方法，結(jié)合全基因組篩選技術(shù)，鑒定了一系列的調(diào)控因子开伏。其中膀跌，一些調(diào)控因子可以參與DNA為模板的反應(yīng)，如轉(zhuǎn)錄固灵、DNA修復和DNA復制捅伤，這提示染色質(zhì)開放性和染色質(zhì)為模板的反應(yīng)之間存在較強的相互依賴性。此外巫玻，還有一些調(diào)控因子涉及RNA處理或者蛋白修飾丛忆、翻譯及降解過程，這些與DNA非直接聯(lián)系的調(diào)控因子是如何影響染色質(zhì)開放性的仍秤？這需要進一步研究熄诡。

ATAC-see實驗中的染色結(jié)果受甲醛交聯(lián)影響很大。有報道稱甲醛交聯(lián)對于成像诗力、ChIP-seq和ATAC-seq的分析會造成artifacts凰浮。因此，ATAC-see實驗的交聯(lián)條件需要注意優(yōu)化苇本。

短適配DNA可以優(yōu)化Tn5活性袜茧，小分子抑制劑Pitstop2能提高Tn5的核通透效果。因此瓣窄，這些方法優(yōu)化可以用于CUT&TAG笛厦、ATAC-seq及RNA-seq等基于Tn5的技術(shù)。

總之俺夕，該研究揭示了全局染色質(zhì)開放的建立涉及多種生物學過程裳凸，并強調(diào)了TFDP1通過直接調(diào)控組蛋白轉(zhuǎn)錄影響全局染色質(zhì)開放性的建立。此外啥么，該研究也提出操縱染色質(zhì)開放性提高細胞學工具應(yīng)用效果的想法登舞。

【關(guān)于作者】

Yusuke Miyanari：通訊作者贰逾，來自日本Kanazawa University的Nano Life Science Institute悬荣，主要研究方向為：細胞命運決定的分子機制；染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控機制疙剑。

【參考資料】

https://www.nature.com/articles/s41588-024-01658-1.pdf

https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/en/researcher/yusuke-miyanari/