斯坦福大学医学院的科学家提出了一种新的单细胞层面上的表观基因组分析方法，称之为Perturb-ATAC。这种新的高通量遗传筛选用于研究包括转录因子（transcription factors, TFs）,染色质修饰因子和非编码RNA（noncoding RNAs, ncRNAs）在内的反式调控因子在不同类型细胞调控网络中的作用。

真核生物中的基因表达是由成千上万的反式调控因子（trans-acting regulatory factors）和数以百万计的DNA顺式元件（cis-acting DNA elements）相互作用而调控的。然而，由于表观基因分析需要大量的细胞，且难以与大规模的基因干扰相结合，因此表征单个反式因子或顺式元件面临很大挑战。因此，大多数研究都局限于测量单个基因干扰如何影响大多数细胞群中的染色质状态。

斯坦福大学医学院的William J. Greenleaf、Howard Y. Chang团队于2013年开发了ATAC-seq来研究染色质的可及性，其全称是assay of transposase-accessible chromatin with sequencing，利用一种高活性转座酶(Tn5)来检测DNA调控元件的活性；其原理是转座酶Tn5容易结合在因复制、转录需要而打开的染色质上，而打开的染色质允许其他调控因子结合的特性就是染色质的可及性。更重要的是，ATAC-seq可以在单细胞中开展，发现细胞间的不同及罕见表观遗传表型。

在这项新的研究中，包括William J. Greenleaf、Howard Y. Chang在内的研究团队在ATAC-seq技术的基础上融合了CRISPR干扰，形成了单细胞干扰ATAC-seq技术，也就是Perturb-ATAC——在单个细胞里用CRISPR单链向导RNA (single guide RNA, sgRNA)进行干扰，并进行ATAC-seq分析。

研究者将Perturb-ATAC应用于2936个永生B淋巴细胞和1356个原代人角质形成细胞，涵盖超过63种基因型-表型关系。通过对GM12878淋巴细胞的CRISPR干扰(CRISPRi)筛选分析，确定了表观遗传几个层次的反式调控因子控制。

原代人表皮细胞（primary human epidermal cells）中的单细胞ATAC-seq揭示了角质形成细胞分化过程中的三个调节模块，而Perturb-ATAC中的CRISPR干扰又揭示了每个模块中关键的转录因子。通过多重干扰，研究人员勾勒出了转录因子间的上位性相互作用。

Perturb-ATAC是剖析发育和疾病中基因调控网络的有力策略。该方法提供了一个高通量平台，将基因型与表观遗传表型联系起来，最终揭示通过调节染色质状态来控制细胞命运和功能的分子机制。（编译：贾盛崧)

参考文献：Cell 2019;176:361-376