ATAC-seq (ATAC-seq)

생물학
한 줄 정의: 트랜스포사아제 효소가 상대적으로 열려 있는 염색질 부위에만 선택적으로 접근하여 어댑터를 삽입하는 원리를 이용해 유전체 전체의 열린 염색질 영역을 파악하는 시퀀싱 기법.
ATAC-seqATAC-seq 단계 순서: 세포(핵) 준비 → 트랜스포사아제, 트랜스포사아제 → 단편 시퀀싱, 단편 시퀀싱 → 피크 호출, 피크 호출 → 조절 영역 파악.세포(핵) 준비살아있는 상태 처리트랜스포사아제열린 염색질에 어댑터단편 시퀀싱삽입 단편 읽기피크 호출접근성 높은 지점조절 영역 파악프로모터·인핸서12345한계신선·동결 시료 모두 쓰이며 핵 상태가 신호 품질을 좌우; 미토콘드리아 리드비율 등으로 품질 확인ATAC-seqATAC-seq 단계 순서: 세포(핵) 준비 → 트랜스포사아제, 트랜스포사아제 → 단편 시퀀싱, 단편 시퀀싱 → 피크 호출, 피크 호출 → 조절 영역 파악.세포(핵) 준비살아있는 상태 처리트랜스포사아제열린 염색질에 어댑터단편 시퀀싱삽입 단편 읽기피크 호출접근성 높은 지점조절 영역 파악프로모터·인핸서12345한계신선·동결 시료 모두 쓰이며 핵 상태가 신호품질을 좌우; 미토콘드리아 리드 비율 등으로 품질확인

쉽게 풀면

ATAC-seq은 유전체 안에서 DNA가 단백질에 촘촘히 감겨 닫혀 있는 부분과 느슨하게 열려 있는 부분을 구분해서 지도로 그리는 기법입니다. 특수한 효소가 열려 있는 부분에만 잘 들어갈 수 있다는 성질을 이용하는데, 열린 부위는 대개 유전자 발현을 조절하는 인핸서나 프로모터가 활성화되어 있는 곳이라 세포 종류나 상태에 따른 조절 영역 차이를 파악하는 데 유용합니다.

왜 중요한가

유전자 자체의 서열만으로는 세포마다 왜 다른 유전자가 켜지고 꺼지는지 설명하기 어렵다. ATAC-seq은 이 차이를 만드는 열린 염색질(조절 영역)의 지도를 세포 유형별, 상태별로 그려낼 수 있어 발생학, 암 연구, 면역학 등 조절 유전체학 전반에서 널리 활용된다. 단일세포 기술과 결합하면 조직 내 세포 이질성에 따른 조절 지형 차이까지 볼 수 있어, 최근에는 단일 실험보다 다른 오믹스 데이터와 통합해 해석하는 방향으로 연구가 확장되고 있다.

어떤 절차인가

  1. 세포에서 핵(또는 세포)을 확보합니다. 원래 방법은 천연 상태의 염색질을 그대로 쓰며, 원 논문이 보고한 입력량은 500~50,000개 세포입니다(Buenrostro et al., 2013).
  2. 초활성 Tn5 트랜스포사아제가 열려 있는 DNA에 시퀀싱 어댑터를 끼워 넣으며 동시에 DNA를 잘라 냅니다. 이 한 단계를 ‘태그멘테이션(tagmentation)’이라 부릅니다.
  3. 어댑터가 붙은 조각을 정제하고 PCR로 증폭한 뒤 시퀀싱합니다.
  4. 읽기(read)를 유전체에 정렬하고 읽기가 많이 쌓인 곳을 ‘피크(peak)’로 호출합니다. 읽기 수는 해당 부위가 얼마나 열려 있는지와 대응한다고 해석합니다.
  5. 피크를 유전자·조절 영역(프로모터, 인핸서)에 대응시키고 조건 간 차이, 전사인자 발자국(footprint) 분석 등으로 이어 갑니다.

언제 쓰고 무엇을 얻나

논문에는 이렇게 적는다

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

"ATAC-seq 분석 결과 분화된 세포에서 특정 인핸서 영역의 염색질 접근성이 유의하게 증가했다."

세포 분화 과정에서 조절 영역의 열림 정도가 변화한다는 것을 보여주는 예문이다.

"단일세포 ATAC-seq(scATAC-seq)을 통해 종양 미세환경 내 면역세포 아형들이 서로 뚜렷이 구분되는 염색질 접근성 프로파일을 갖는다는 것을 확인했다."

암 연구 분야에서 조직 내 개별 세포 단위로 조절 영역 차이를 구분해 세포 아형을 특징짓는 데 쓰인 예문이다.

"ATAC-seq과 RNA-seq 데이터를 통합 분석하여 접근성이 증가한 영역 인근 유전자들의 발현 또한 함께 상승하는 경향을 관찰했다."

염색질 접근성 변화와 유전자 발현 변화를 함께 살펴보는 멀티오믹스 통합 분석의 전형적인 서술 방식을 보여주는 예문이다.

조금 더 깊게 보면

ATAC-seq 데이터를 해석할 때는 접근성이 높게 나타나는 지점을 '피크(peak)'로 호출해 분석하는 것이 일반적이며, 이 피크들이 프로모터에 몰려 있는지 인핸서 등 원거리 조절 영역에 걸쳐 있는지에 따라 생물학적 의미가 달라진다. 또한 트랜스포사아제 삽입 위치를 서열 특이적 결합인자의 발자국(footprint)처럼 정밀하게 분석하면, 어떤 전사인자가 해당 부위에 결합해 있었을 가능성이 높은지까지 추정할 수 있다. 실험 품질 지표로는 미토콘드리아 DNA 유래 리드의 비율이나 뉴클레오솜 위치에 따른 단편 크기 분포가 흔히 사용되며, 대체로 이러한 지표들이 안정적일수록 신뢰도 높은 결과로 여겨진다.

주의할 점

ATAC-seq은 시료 준비 상태에 따라 신호 품질이 달라지므로 시료 처리 과정에 주의가 필요하다. 다만 신선한 세포만 쓸 수 있는 것은 아니며, 개량 프로토콜인 Omni-ATAC은 보관된 동결 조직 시료에서도 염색질 접근성 프로파일을 얻었다고 보고되었다(Corces et al., 2017).

헷갈리기 쉬운 용어

염색질 상태를 읽는 방법들은 묻는 질문이 다릅니다.

방법묻는 것핵심 시약·기법
ATAC-seq어디가 열려 있는가Tn5 트랜스포사아제
ChIP-seq특정 단백질·히스톤 표지가 어디에 있는가항체로 침전
DNase-seq어디가 열려 있는가(효소 절단 민감성)DNase I 소화
MNase-seq뉴클레오솜이 어디에 있는가MNase 소화

DNase-seq·MNase-seq의 시약은 일반 개관에서 확인한 서술을 따랐습니다.

참고 문헌

  1. Buenrostro, J. D., Giresi, P. G., Zaba, L. C., Chang, H. Y., & Greenleaf, W. J. (2013). Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nature Methods, 10(12), 1213–1218.
  2. Buenrostro, J. D., Wu, B., Litzenburger, U. M., et al. (2015). Single-cell chromatin accessibility reveals principles of regulatory variation. Nature, 523(7561), 486–490.
  3. Corces, M. R., Trevino, A. E., Hamilton, E. G., et al. (2017). An improved ATAC-seq protocol reduces background and enables interrogation of frozen tissues. Nature Methods, 14(10), 959–962.
  4. Yan, F., Powell, D. R., Curtis, D. J., & Wong, N. C. (2020). From reads to insight: A hitchhiker's guide to ATAC-seq data analysis. Genome Biology, 21(1), 22.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

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