【导语】

2024年2月15日，来自日本Kanazawa University的Yusuke Miyanari课题组在《Nature Genetics》上发表了题为“Genome-wide ATAC-see screening identifies TFDP1 as a modulator of global chromatin accessibility”的研究论文，该论文通过优化ATAC-see方法，并结合CRISPR高通量筛选技术，鉴定了一系列可以调控全局染色质开放性的基因。其中TFDP1可以通过调控经典组蛋白的转录来影响全局染色质开放性。此外，该研究也发现，通过操控染色质开放性，可以提高细胞工具的应用效果，包括基因组编辑和诱导多能干细胞重编程。

【背景知识】

基因组的活跃调控区域，例如启动子和增强子，含有核小体去除区（Nucleosome-depleted regions, NDRs）,从而为DNA结合蛋白建立开放的染色质。而NDR之外的区域，大部分被核小体占据，导致相对不开放。因此，核小体的核心组蛋白和连接组蛋白是染色体开放性的关键决定因素。

开放的染色质可以为转录、DNA修复和复制等过程提供支架。细胞分化、重编程和疾病发育等生理过程伴随着动态的染色质开放性。因此，靶向染色质开放性有希望操控染色质可塑性以及细胞表型。

局部而言，染色质重塑蛋白、组蛋白伴侣蛋白、组蛋白修饰酶以及先锋转录因子可以调节局部染色质开放性。然而，全局水平染色质开放性的调控机制目前了解很少。

ATAC-see技术是使用Tn5转座酶以及荧光标记的adapter DNA，选择性地将adptors插入染色质开放区域。通过显微镜或者流式荧光分选（FACS）,该方法可以实现单细胞水平的可视化或定量。

ATAC-see和ATAC-seq的特异性不同。ATAC-seq主要需要两个邻近的荧光标记事件，从而得到短的DNA片段用于PCR扩增和测序，这导致该方法偏好检测NDR区域，难以检测到其他散在的荧光标记区，这导致ATAC-seq通常反映的是局部的染色质开放性。而ATAC-see方法可以捕获所有的荧光标记事件，包括散在的，因此能够提供全局的染色质开放性信息。

【科学问题】

全局染色质开放性的调控机制？

【研究结果】

优化ATAC-see实验方法用于全基因组筛选；

CRISPR筛选鉴定出染色质开放性的调控因子；

eHAP细胞中敲除调控因子检测ATAC-seq图谱；

TFDP1/E2F异二聚体可以调控染色质开放性；

TFDP1通过直接影响组蛋白来调控全局染色质开放性；

TFDP1敲除提高DNA相关生物技术的应用效果。

【总结讨论】

该研究运用ATAC-see可以检测全局染色质开放性的方法，结合全基因组筛选技术，鉴定了一系列的调控因子。其中，一些调控因子可以参与DNA为模板的反应，如转录、DNA修复和DNA复制，这提示染色质开放性和染色质为模板的反应之间存在较强的相互依赖性。此外，还有一些调控因子涉及RNA处理或者蛋白修饰、翻译及降解过程，这些与DNA非直接联系的调控因子是如何影响染色质开放性的？这需要进一步研究。

ATAC-see实验中的染色结果受甲醛交联影响很大。有报道称甲醛交联对于成像、ChIP-seq和ATAC-seq的分析会造成artifacts。因此，ATAC-see实验的交联条件需要注意优化。

短适配DNA可以优化Tn5活性，小分子抑制剂Pitstop2能提高Tn5的核通透效果。因此，这些方法优化可以用于CUT&TAG、ATAC-seq及RNA-seq等基于Tn5的技术。

总之，该研究揭示了全局染色质开放的建立涉及多种生物学过程，并强调了TFDP1通过直接调控组蛋白转录影响全局染色质开放性的建立。此外，该研究也提出操纵染色质开放性提高细胞学工具应用效果的想法。

【关于作者】

Yusuke Miyanari：通讯作者，来自日本Kanazawa University的Nano Life Science Institute，主要研究方向为：细胞命运决定的分子机制；染色质高级结构对基因表达的调控机制。

【参考资料】

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

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