Leveraging single-cell ATAC-seq data to gain insights into the cell-type selective component of the human pancreatic islet regulome

Abstract

ATAC-seq is essential for profiling chromatin accessibility and characterizing the transcriptional regulatory landscape. However, the recent shift towards the study of heterogeneous cell populations poses a challenge for bulk ATAC-seq. Thus, single-cell ATAC-seq has emerged as a response to the limitations of bulk ATACseq when studying cellular heterogeneity. We aim to to characterize the cell-typeselective component of enhancers using scATAC-seq data. To achieve this purpose, we a) annotate regulome signatures across cell-type selective open chromatin regions, b) estimate TF motif enrichment among cell-type selective enhancers, c) detect accessible cell-type selective enhancers that show robust TF binding and d) identify T2D-associated SNPs affecting TF binding across celltype selective enhancers. Motif enrichment analysis presented well-defined groups of TF motifs enriched across islet cell-type selective enhancers. TF motif occurrences across cell-type selective enhancers showed that enhancers bound by a given TF was consistent with the cell-type selective clustering observed in the TF motif enrichment analysis. Finally, the integration of TF-binding characterizing islet cell-type enhancers with fine-mapped T2D genetic variants allowed us to propose the most likely molecular mechanism underlying a few T2D risk loci.

ATAC-seq es esencial para perfilar la accesibilidad de la cromatina y caracterizar el panorama regulatorio transcripcional. Sin embargo, el reciente interés por el estudio de poblaciones celulares heterogéneas constituye un desafío para el ATAC-seq. Por lo tanto, el ATAC-seq unicelular surge como una respuesta a las limitaciones de ATAC-seq en masa cuando se estudia la heterogeneidad celular. Nuestro objetivo es caracterizar el componente de tipo celular de los potenciadores utilizando datos scATAC-seq. Para lograr este propósito, a) anotamos potenciadores en regiones de cromatina abierta de tipo celular, b) estimamos el enriquecimiento de motivos entre potenciadores de tipo celular, c) detectamos potenciadores accesibles de tipo celular que muestran una unión robusta a TF y d) identificamos variantes asociadas a T2D que afectan la unión de TF a potenciadores de tipo celular. El análisis de enriquecimiento de motivos presentó grupos bien definidos de motivos enriquecidos en potenciadores de tipo celular. La recurrencia de motivos a través de potenciadores de tipo celular mostró que los potenciadores unidos a un TF dado eran consistentes con el agrupamiento de tipo celular observado en el análisis de enriquecimiento de motivos. Finalmente, la integración de los potenciadores de tipo celular que caracterizan la unión de TF con variantes genéticas de T2D nos permitió proponer el mecanismo molecular más probable subyacente a algunos loci de riesgo de T2D.

ATAC-seq és essencial per perfilar l'accessibilitat de la cromatina i caracteritzar el panorama regulatori transcripcional. No obstant això, el recent interès per l'estudi de poblacions cel·lulars heterogènies constitueix un desafiament per al ATAC-seq. Per tant, l'ATAC-seq unicel·lular sorgeix com una resposta a les limitacions d'ATAC-seq en massa quan s'estudia l'heterogeneïtat cel·lular. El nostre objectiu és caracteritzar el component de tipus cel·lular dels potenciadors utilitzant dades scATAC-seq. Per aconseguir aquest propòsit, a) anotem potenciadors en regions de cromatina oberta de tipus cel·lular, b) estimem l'enriquiment de motius entre potenciadors de tipus cel·lular, c) detectem potenciadors accessibles de tipus cel·lular que mostren una unió robusta a TF id) identifiquem variants associades a T2D que afecten la unió de TF a potenciadors de tipus cel·lular. L'anàlisi d'enriquiment de motius va presentar grups ben definits de motius enriquits en potenciadors de tipus cel·lular. La recurrència de motius a través de potenciadors de tipus cel·lular va mostrar que els potenciadors units a un TF donat eren consistents amb l'agrupament de tipus cel·lular observat en l'anàlisi d'enriquiment de motius. Finalment, la integració dels potenciadors de tipus cel·lular que caracteritzen la unió de TF amb variants genètiques de T2D ens va permetre proposar el mecanisme molecular més probable subjacent a alguns loci de risc de T2D.