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Home > 전제품보기 > NGS 관련 > DNA-seq 개요 > [Cancer Research] Cancer Genomics & Epigenomics

[Cancer Research] Cancer Genomics & Epigenomics

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Accelerating chromatin mapping with single-cell ATAC-seq

Epigenomic 정보는 유전자 조절과 관련하여 많은 정보를 제공하지만, 동일한 유형의 단일 세포라도 독특한 epigenomic profile을 가질 수 있기 때문에 매우 복잡하다. 최근 몇 년 동안 single cell NGS 방법이 많이 발전했지만 Single cell에서의 chromatin 분석은 복잡하고 매우 적은 양을 이용하여 분석해야 하며, 비용 또한 적지 않다. 최근 Stanford University의 Greenleaf 연구실은 ICELL8® Single-Cell System을 사용하여 single cell로부터 sequencing library를 preparation하는 매우 간단하고 신속한 ATAC-seq workflow를 Takara Bio USA, Inc.(TBUSA)와 공동으로 개발하였다 (클릭). 이 방법을 이용하면 Chip상에서 4~5시간 만에 1,000개 이상의 single cell에서 library를 제작할 수 있다.

Chromatin accessibility: a sequence of challenges
Chromatin은 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 하며, Chromatin의 변형을 통해 단백질 및 전사 인자의 DNA 결합력을 변화시켜 유전자 전사를 촉진하거나 억제할 수 있다. 하지만, 기존의 Chromatin mapping 기술은 높은 비용에도 불구하고 분석량이 제한적이고 (low-throughput), 실험 과정이 매우 복잡하다는 한계가 있었다. 또한 동일한 조직이나 세포 유형에서도 대량 분석을 진행했을 때 Single cell에서 보이는 독특한 chromatin 구조를 발견하지 못하는 경우도 종종 발생할 수 있다.

A singular protocol: the new approach to map chromatin
이러한 한계를 극복하기 위해, Greenleaf 연구소에서는 다카라바이오의 ICELL8® Single-Cell System를 이용해 high-throughput scATAC-seq protocol을 개발하였다 (그림 1). ICELL8 system을 이용하면 single cell을 5,184-nanowell blank chip (그림 1)에 자동 분주할 수 있으며, Hoechst와 propidium iodide 염색법을 사용하여 살아있는 single cell이 들어있는 well을 자동으로 식별할 수 있으므로 목적하는 well에만 시약을 분주할 수 있다. Chip상에서 tagmentation, index 추가 및 PCR amplification이 (그림 1)에서 진행되므로 기술적 가변성을 최소화하고 4-5시간의 간단한 workflow로 실험이 가능하다. 그런 다음 PCR amplicon을 chip에서 회수, pooling하여, size selection bead로 정제하여 sequencing library를 제작할 수 있다.


그림 1. ICELL8 Single-cell system을 이용한 ATAC-seq의 실험 과정
Cells are automatically dispensed, imaged, and live single-cell wells are selected (Panel 1). A transposition mix containing Tn5 transposase is added to selected wells and subjected to thermal cycling (Panel 2). Index 1 is added in a high-EDTA mix to remove bound transposase, followed by the addition of index 2 in a high-MgCl2 mix to quench the EDTA (Panels 3-4). Selected wells are then subjected to on-chip PCR amplification (Panel 5). Figure by Anja Mezger et. al., used under CC BY 4.0.

It pays to innovate: chromatin profiles reveal distinct cell types
말초혈액 단핵세포(PBMC)는 단핵구, B세포, T세포로 구성되어, 혈액 내 다양한 기능을 지닌다. Greenleaf 연구팀은 세 명의 donor 혈액으로부터 single PBMC를 추출한 뒤, scATAC-seq 프로토콜에 따라 chromatin profiling을 진행했다. 놀랍게도 단핵구, B세포, T세포에서 전사 시작 부위 내의 chromatin accessibility pattern이 뚜렷하게 구분되었으며 (그림 2), scATAC-seq을 이용하면 복잡한 샘플 내에서 세포 종류에 따른 분류가 가능함을 확인하였다.


그림 2. PBMC로부터 scATAC-seq를 진행했을 때 보이는 세포 타입 별 chromatin accessibility patterns
Chromatin accessibility for all cells (Panel A), PU.1 (Panel B), C/EBPα (Panel C), and RUNX1 (Panel D) demonstrates discrete clusters of monocytes and B and T cells. Figure by Anja Mezger et. al., used under CC BY 4.0.

Code

제품명

용량

640189

ICELL8® cx Single-Cell System

1 System


[원문] Accelerating chromatin mapping with single-cell ATAC-seq
[참고문헌]
- Mezger, A. et al. High-throughput chromatin accessibility profiling at single-cell resolution. Nat. Commun. 9, 3647 (2018).