ATAC-seq만으로는 보이지 않는 Chromatin이 있습니다
Fiber-seq로 DNA Sequence와 Epigenome을 한 분자에서 읽기
Chromatin accessibility, DNA methylation, nucleosome positioning, protein footprint와 genetic variation을 각각 다른 실험으로 분석해야 할까요? Fiber-seq는 long-read sequencing을 이용해 이러한 정보를 개별 DNA molecule 위에서 동시에 연결합니다.
기존 Epigenomics의 한계는 무엇일까요?
Genome regulation을 이해하려면 DNA sequence만으로는 충분하지 않습니다. 어떤 영역이 open chromatin인지, nucleosome이 어디에 위치하는지, transcription factor가 어디에 결합하는지, DNA methylation은 어떤 상태인지 함께 볼 필요가 있습니다.
전통적으로는 이러한 질문에 답하기 위해 ATAC-seq, ChIP-seq 또는 CUT&RUN, bisulfite sequencing 등의 서로 다른 실험을 조합합니다.
하지만 각각의 assay에서 얻은 결과는 서로 다른 DNA molecule 또는 cell population의 평균값이므로 하나의 DNA molecule에서 실제로 어떤 regulatory configuration이 존재했는지를 직접 연결하기 어렵습니다.
Fiber-seq란?
Fiber-seq는 long-read sequencing 기반의 single-molecule multiomic assay입니다.
하나의 실험에서 다음 정보를 연결할 수 있습니다.
✓ Chromatin accessibility
✓ Endogenous DNA methylation (5mC)
✓ Nucleosome positioning
✓ Protein / transcription factor footprints
✓ Genetic variants
✓ Haplotype-specific chromatin regulation
Fiber-seq는 어떻게 작동할까요?
분리한 nuclei에 Hia5 N6-adenine methyltransferase를 처리합니다. Hia5는 accessible chromatin 영역의 adenine을 methylation하여 N6-methyladenine(6mA)을 생성합니다.
Genomic DNA를 추출한 후 PacBio HiFi 또는 Oxford Nanopore sequencing으로 분석합니다. Long-read platform은 Hia5가 남긴 6mA와 endogenous 5mC, 그리고 DNA sequence를 함께 읽을 수 있습니다.
6mA가 존재하는 영역은 accessible DNA를 나타내고, 6mA가 차단된 영역의 패턴을 분석하면 nucleosome과 DNA-binding protein footprint를 추론할 수 있습니다.
왜 Hia5가 중요한가요?
Fiber-seq의 핵심 enzyme은 Hia5 DNA adenine methyltransferase입니다.
Hia5는 accessible DNA의 adenine에 6mA를 빠르게 도입합니다. EpiCypher workflow에서는 nuclei를 Hia5와 약 10분간 반응시켜 chromatin accessibility 정보를 native DNA 위에 기록합니다.
DNA를 잘라서 accessibility를 추론하는 대신 accessible chromatin의 흔적을 DNA 자체에 기록한 뒤 long read로 읽는 것이 Fiber-seq의 핵심 아이디어입니다.
ATAC-seq와 무엇이 다를까요?
| 항목 | ATAC-seq | Fiber-seq |
|---|---|---|
| Read | 주로 short-read | Long-read |
| Chromatin accessibility | 가능 | 가능 |
| DNA methylation | 별도 assay 필요 | 같은 molecule에서 분석 |
| Genetic variant 연결 | 제한적 | Long read에서 직접 연결 |
| Repetitive region | 분석 어려움 | Long-read의 주요 장점 |
| Single molecule | Population aggregate 중심 | 개별 DNA molecule 분석 |
Long Read가 특히 중요한 영역
Short read에서는 sequence 자체가 반복되기 때문에 어디에서 유래한 read인지 정확히 mapping하기 어려운 영역이 있습니다.
Fiber-seq는 다음과 같은 complex genomic region 연구에 활용될 수 있습니다.
✓ Centromere
✓ Telomere
✓ Transposable elements
✓ Segmental duplications
✓ Structural rearrangements
✓ Highly repetitive plant genomes
Allele-Specific Regulation까지 볼 수 있습니다
Long read의 또 다른 장점은 genetic variant와 chromatin state를 같은 DNA molecule에서 연결할 수 있다는 것입니다.
예를 들어 heterozygous variant가 있는 경우, variant를 포함하는 haplotype과 그렇지 않은 haplotype의 chromatin accessibility가 서로 다른지 비교할 수 있습니다.
이는 noncoding variant, regulatory variant, variant of uncertain significance(VUS)가 실제 gene regulation에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 데 특히 흥미로운 접근입니다.
Fiber-seq가 유용한 연구
✓ Chromatin accessibility 연구
✓ DNA methylation 연구
✓ Nucleosome positioning
✓ Transcription factor footprinting
✓ Allele-specific regulation
✓ Structural variant와 regulatory effect 연결
✓ Centromere / telomere 연구
✓ Cancer epigenomics
✓ Rare disease / Mendelian disease
✓ Complex plant 및 emerging model organism genome 연구
CUTANA™ Fiber-seq 연구 옵션
CUTANA™ Fiber-seq Kit
Cells/nuclei에서 long-read library preparation-ready gDNA까지 필요한 핵심 reagent를 제공하는 workflow.
CUTANA™ Hia5 for Fiber-seq
기존 long-read sequencing workflow에 Fiber-seq를 직접 구성하려는 연구자를 위한 핵심 6mA methyltransferase.
Fiber-seq Assay Service
직접 실험 구축 대신 전문 assay service를 이용하는 프로젝트 옵션.
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알앤디메이트에서는 Fiber-seq, CUT&RUN, chromatin profiling 및
long-read epigenomics 연구에 필요한 reagent와 assay solution을 검토합니다.
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