scATAC:人類基因組的染色質(zhì)可及性圖譜
scATAC:人類基因組的染色質(zhì)可及性圖譜-1
scATAC:人類基因組的染色質(zhì)可及性圖譜-2
results3:
An atlas of cCREs in adult human cell types
成年人類的細胞類型cCRES圖譜
為了識別 111 種細胞類型中的每一種中的可接近染色質(zhì)區(qū)域，我們匯總了來自每個細胞簇的所有細胞核的染色質(zhì)可接近性概況，并應(yīng)用了針對單細胞數(shù)據(jù)優(yōu)化的峰值調(diào)用程序。然后，我們合并了這些可訪問的染色質(zhì)區(qū)域，以獲得 890,130 個non-overlapping cCRE 的列表（圖 2A）。
這些 cCRE 涵蓋了 ENCODE 聯(lián)盟發(fā)布的 cCRE 注冊表中 58.9% 的元件，還包括 420,152 個以前未注釋的元素。為了對這些 cCRE 進行基準測試(benchmark)，我們接下來比較了在當前研究中由批量 DNase-seq 分析的生物樣本和由 sci-ATAC-seq 識別的細胞類型之間的染色質(zhì)可及性概況。總的來說，sci-ATAC-seq 細胞類型比bulk tissue或永生化細胞系生物樣品更接近原代細胞類型生物樣品，并且由 sci-ATAC-seq 定義的具有較高組織豐度的流行細胞類型與bulk tissue更相似,與DNase-seq 生物樣本相比，具有更多稀有細胞類型。在當前研究中描述的 111 種細胞類型中，44 種（40%）與 ENCODE 聯(lián)盟描述的任何大量生物樣本沒有顯示出統(tǒng)計學上顯著的相關(guān)性。這些細胞類型中有許多是罕見的：它們的最大組織豐度中位數(shù)僅為 3.2%，其中 36 個（81.8%）占任何組織中所有細胞的不到 10%?？傊@些研究結(jié)果表明，我們的數(shù)據(jù)集將以前代表性不足的 cCRE 從體內(nèi)人類細胞類型貢獻到現(xiàn)有目錄中，特別是來自bulk tissue中豐度低的細胞類型。
為了評估這些 cCRE 的潛在功能，我們接下來將它們與轉(zhuǎn)基因報告基因驗證的哺乳動物增強子目錄進行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過驗證的組織特異性增強子在占很大比例的細胞類型中，并且在對應(yīng)組織中鑒定出的細胞核表現(xiàn)出更高的染色質(zhì)可及性 (圖 2B)。
例如，與其他細胞類型相比，心臟中經(jīng)過驗證的增強子在心房心肌細胞（Z 評分：1.41）和心室心肌細胞（Z 評分：1.43）中顯示出更高的平均染色質(zhì)可及性（圖 2B），這表明細胞類型特異性之間存在良好的相關(guān)性染色質(zhì)可及性和組織特異性增強子活性。我們進一步發(fā)現(xiàn)，來自 49 種成人組織類型（GTEx Consortium，2020）的表達數(shù)量性狀基因座 (eQTL) 在流行的細胞類型中最常見，例如內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞。此外，來自同質(zhì)組織（如肝臟和甲狀腺）的 eQTL 在相應(yīng)的細胞類型中顯示出最強的可及性，這些細胞類型包含組織中鑒定的大部分細胞核。這些結(jié)果表明， bulk tissue eQTL 最能代表與豐富細胞類型和同質(zhì)組織中的基因表達相關(guān)的序列變異，并且對于同質(zhì)組織中的稀有細胞類型或異質(zhì)組織中的獨特細胞類型可能不太具有代表性。
接下來，我們根據(jù)到最近的 TSS 的距離對每個 cCRE 進行分類，如圖 2A 所示。當前目錄中的大多數(shù) (80.94%) cCRE 與帶注釋的 TSS 相距超過 2,000 bp。直接位于 TSS 上方或啟動子區(qū)域附近的 cCRE 顯示出更高水平的序列保守性和更高的染色質(zhì)可及性（圖 2C 和 2D）。
相比之下，基因遠端 cCRE 的可訪問性較低，并且相對于其可訪問性顯示出更大的差異（圖 2D），表明存在高度可訪問的啟動子近端 cCRE 的共享程序以及跨細胞類型和物種的基因遠端 cCRE 的可變程序。為了進一步剖析細胞類型特異性染色質(zhì)特征和調(diào)控程序，我們應(yīng)用基于熵的策略揭示了 435,142 個 cCRE，這些 cCRE 在一種或幾種細胞類型中表現(xiàn)出受限的可及性（圖 2E）。
接下來，我們對細胞類型受限的 cCRE 應(yīng)用了 GREAT GO富集分析和基序富集分析，以揭示每種細胞類型的推定生物學過程和 TF，這在很大程度上與預(yù)期的細胞類型特異性功能相關(guān)（ [FDR] <0.01） .例如，僅限于肝細胞的 cCRE 產(chǎn)生了生物過程GO Term，例如類固醇代謝過程（圖 2F），
并且富含肝細胞核因子 TF 家族成員 HNF1A/B、HNF4A/G 和 ONECUT1/2 的結(jié)合位點（圖 2G） 。
