Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq) は、エピゲノムを理解するための重要な手法です。ATAC-Seqは、クロマチンアクセシビリティ（DNAがタンパク質等にどの程度アクセス可能か）を定量化することでオープンクロマチンを網羅的に同定します。
原理
ATAC-Seqでは、遺伝子の発現を制御するDNAの領域、すなわちエンハンサーやサイレンサーのような非コード領域のアクセシビリティを評価します。これは、トランスポザーゼと呼ばれる酵素を使用して行われます。
トランスポザーゼは、染色体の特定の領域にランダムに結合し、その領域のクロマチンがどの程度アクセシブルであるかを判断します。その後、これらの部位でDNAを切断し、次世代シーケンサーで配列を生成すれば、どの領域がアクセシブルであったかがわかります。
手順
- 1. サンプルにトランスポザーゼ（通常はTn5）を加えます。トランスポザーゼは、染色体のアクセシブルな領域にランダムに結合します。
- 2. トランスポザーゼが結合した付近のDNAを切断し、特定の配列（アダプター）をライゲーション（結合）します。このプロセスをトランスポジションと呼びます。
- 3. アダプターが結合したDNA断片をPCR増幅します。これにより、次世代シーケンサーでDNAの配列を読み取るためのライブラリーが生成されます。
- 4. ライブラリーをDNAシークエンサーによってシーケンシングします。
- 5. 決定した配列をレファレンス配列にマッピングし、トランスポザーゼが結合した染色体の領域（つまり、アクセシブルな領域）を特定します。
応用
ATAC-Seqは、エピジェネティックな変化がどのように遺伝子の発現を制御するかを理解するための強力なツールとして使用されます。このテクニックは、特定の発生時期や疾患状態でのクロマチンの構造を理解し、疾患の原因やその進行に関与する可能性のあるエピジェネティックな変化を特定するのに役立ちます。
課題
ATAC-Seqには、いくつかの問題点や課題があります。この手法は、サンプルの準備とシーケンシングが必要であり、これには時間とコストがかかります。また、トランスポザーゼがランダムに結合するため、全てのアクセシブルな領域が必ずしも検出されるわけではありません。これらの問題を克服するために、より効率的なサンプルの準備方法や、より精密なシーケンシング技術の開発が求められています。
歴史と経緯
ATAC-Seqは、Jason D. Buenrostro氏らにより2013年に開発されました。それ以前のクロマチンのアクセシビリティを評価する手法（例えばDNase-seqやFAIRE-seq）は時間とリソースを大量に消費し、また、大量の細胞を必要とするという問題を抱えていました。これに対して、ATAC-Seqは迅速で、少量の細胞でも適用することが可能であるという利点を持っています。このため、ATAC-Seqは現在でも広く使用されています。
参考書籍
バイオ実験基本セット
- これからはじめる人のためのバイオ実験基本ガイド (KS生命科学専門書)
- イラストでみる超基本バイオ実験ノート―ぜひ覚えておきたい分子生物学実験の準備と基本操作 (無敵のバイオテクニカルシリーズ)
- 改訂 バイオ試薬調製ポケットマニュアル〜欲しい試薬がすぐにつくれる基本操作と注意・ポイント
- バイオ実験法&必須データポケットマニュアル―ラボですぐに使える基本操作といつでも役立つ重要データ
- バイオ実験超基本Q&A―意外に知らない、いまさら聞けない
バイオ実験イラストレイテッド
- バイオ実験イラストレイテッド〈1〉分子生物学実験の基礎 (細胞工学別冊 目で見る実験ノートシリーズ)
- バイオ実験イラストレイテッド②
- バイオ実験イラストレイテッド〈3+〉本当にふえるPCR (目で見る実験ノートシリーズ)
- バイオ実験イラストレイテッド④
- バイオ実験イラストレイテッド〈5〉タンパクなんてこわくない (目で見る実験ノートシリーズ)
- バイオ実験イラストレイテッド⑥
- バイオ実験イラストレイテッド⑦
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