Statistical and network-based methods for the analysis of chromatin accessibility maps in single cells

In questo lavoro, metodi provenienti dalla Fisica, dalla Statistica e dalla Teoria dei Grafi sono stati impiegati per caratterizzare ed analizzare profili di apertura e accessibilità della cromatina ottenuti con la tecnica ATAC-seq in singole cellule, nella fattispecie linfociti B provenienti da tre pazienti affetti da Leucemia Linfocitica Cronica. Una pipeline bioinformatica è stata sviluppata per processare i dati di sequencing ed ottenere le posizioni accessibili del genoma per ciascuna cellula. La quantità di regioni aperte e la loro distribuzione spaziale lungo il DNA sono state caratterizzate. Infine, l’apertura simultanea nelle stesse singole cellule di regioni regolatrici è stata impiegata come metrica per valutare relazioni funzionali, e in questo modo grafi tra enhancer e promoter sono stati costruiti e le loro proprietà sono state analizzate. La distribuzione spaziale lungo il genoma di regioni aperte consecutive ricapitola proprietà strutturali come gli array di nucleosomi e le strutture a loop della cromatina. Inoltre, i profili di accessibilità delle regioni regolatrici sono significativamente conservati nelle singole cellule. I network tra enhancer e promoter forniscono un modo per caratterizzare la rilevanza di ciascuna regione regolatrice in termini di centralità. Le statistiche sulla connettività tra enhancer e promoter confermano il modello di relazione uno-a-uno come il più frequente, in cui un promoter è regolato dall'enhancer ad esso più vicino. Infine, anche il funzionamento dei superenhancer è stato indagato. In conclusione, ATAC-seq si rivela un'efficace tecnica per indagare l'apertura della cromatina in singole cellule, i cui profili di accessibilità ricapitolano caratteristiche strutturali e funzionali della cromatina. Al fine di indagare i meccanismi della malattia, il panorama di accessibilità dei lifociti tumorali può essere confrontato con quello di cellule sane e cellule trattate con farmaci epigenetici.