ChIP-seq：基因调控研究的利器，你了解多少？

背景知识

表观遗传（epigenetics）是指DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。这种改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。

表观遗传机制都有哪些？

• DNA 甲基化
• 组蛋白修饰
• 染色质改型
• 基因组印记（genomic imprinting）
• RNA 干扰（RNA interference）
• 基因沉默
• 副突变（paramutation）

 

染色质免疫共沉淀测序（Chromatin ImmunoPrecipitation sequencing，ChIP-seq） 是研究表观遗传调控的重要技术手段（如组蛋白修饰），但其应用范围并不局限于表观遗传学。从本质上讲，ChIP-seq 是一种用于检测蛋白质与DNA相互作用的通用方法，可应用于转录调控、染色质结构等多个研究领域。

技术原理

ChIP-seq是一种结合了染色质免疫沉淀（ChIP）技术和高通量测序技术的研究方法，对特定组蛋白修饰或者转录因子的位置进行全基因组分析技术，获得全基因组范围内与组蛋白、转录因子等互作的DNA序列信息。

基本原理：利用特异性抗体将与DNA结合的目标蛋白质（如转录因子、组蛋白修饰等）捕获下来，随后对这些蛋白质结合的DNA片段进行分离、测序和分析，以确定该蛋白质在基因组中的结合位点。

 

图1 ChIP-seq实验流程

 

具体步骤：

1. 细胞或组织固定：使用甲醛等交联剂固定细胞，将DNA和与其结合的蛋白质通过共价键“锁定”，以确保在后续步骤中蛋白质不会脱离DNA。

2. 染色质剪切：通过超声波（或其他物理方法）将基因组DNA切割成较小的片段（一般200-500 bp）。此步骤的目的是获得均匀大小的DNA片段，以便后续的抗体识别与富集。

3. 免疫共沉淀（ChIP）：添加与目标蛋白质特异性结合的抗体。抗体会结合固定在DNA上的目标蛋白（如转录因子、修饰后的组蛋白等），形成抗体-蛋白-DNA复合物。通过磁珠或其他方法富集抗体-蛋白-DNA复合物，从而将这些蛋白及其结合的DNA片段从混合物中分离出来。

4. 逆交联和DNA纯化：使用加热或化学试剂解除蛋白质和DNA之间的共价交联，释放DNA片段。从复合物中提取纯化DNA，以进行后续的测序。

5. 构建测序文库：将提取的DNA片段进行末端修饰（加接头等），并构建测序文库。这些文库中的DNA片段代表目标蛋白在基因组中结合的位点。

6. 高通量测序：使用Illumina等高通量测序技术对文库进行测序。通过测序结果，得到大量与目标蛋白结合的DNA片段序列。

7. 数据分析：将测序得到的DNA序列比对到参考基因组，确定这些片段在基因组中的具体位置。根据这些位置，绘制目标蛋白的基因组结合图谱，分析它的结合模式和潜在的功能。

 

质控标准

• 细胞核质控：

在形态观察方面，理想的标准是看到形态规整(圆形或椭圆形)单个分散、无明显聚集的完整细胞核。

评级为A和B的细胞核，比例>80%以上

图2 细胞核状态

 

• 数据质控：Mapped rate>60%，Frip>1%

 

分析内容

结合学科前沿和研究需求，艾斯基因提供丰富美观的生信报告，多维度展示项目信息。提供数据质控→比对分析→frag分析→富集峰分析→富集峰motif分析→peak富集区域差异比较→个性化分析的深层次数据解析。

 

技术优势

 

送样要求

 

ChIP-seq相关研究案例

1、组织样本+FFPE样本

 

文章标题：Combined BET and MEK Inhibition synergistically suppresses melanoma by targeting YAP1（BET和MEK联合抑制通过靶向YAP1协同抑制黑色素瘤）

发表期刊：Theranosticso（2024 年） 

技术平台：ChIP-seq

样本类型：收集了23例黑色素瘤患者的配对肿瘤和邻近组织样本，以及接受MEK抑制剂trametinib治疗的黑色素瘤患者的样本

研究结果：ChIP-seq发现BRD4在YAP1的启动子区域有一个结合峰，BET抑制剂处理降低了BRD4与YAP1启动子的结合，而在BRD4过表达的细胞中这种结合增强。表明BRD4通过直接调控YAP1来促进黑色素。

该研究通过筛选发现多种BET抑制剂都能显著抑制YAP1的表达和黑素瘤增殖。机制上BET抑制剂通过抑制BRD4与YAP1启动子的直接结合来抑制YAP1的表达。而BET抑制剂和MEK抑制剂的联合使用可协同抑制黑素瘤的进展，为黑素瘤患者提供一种有前景的治疗选择

图1YAP1表达与曲美替尼不良反应和生存率相关

图2 BRD4通过直接调节YAP1促进黑色素瘤进展

 

2、细胞样本

文章标题：Biosynthesis of sakuranetin regulated by OsMPK6-OsWRKY67-OsNOMT cascade enhances resistance to false smut disease（OsMPK6-OsWRKY67-OsNOMT级联通路调控樱花素生物合成以增强稻曲病抗性）

发表期刊：New phytologist（2024 年）

技术平台：ChIP-seq、RNA-seq

样本类型：孕穗期感染U.virens的水稻穗

研究结果：对稻曲病菌侵染的水稻穗部进行转录组分析，揭示了樱花素（sakuranetin）生物合成相关基因在赋予对病原菌抗性中的关键作用。体外实验表明，樱花素能最有效抑制稻曲病菌的菌丝生长、孢子萌发及宿主侵染。ChIP-seq发现OsWRKYs可直接结合到多个与苯丙素途径相关基因的启动子区域，表明 OsWRKYs 可能协调调控下游途径以抵抗 U. virens。樱花素生物合成的关键酶OsNOMT的表达直接受转录因子OsWRKY67调控。此外，丝裂原活化蛋白激酶OsMPK6通过与OsWRKY67相互作用并对其磷酸化，从而调控樱花素生物合成及对稻曲病菌的抗性。外源施用合成的樱花素可显著减少稻曲病菌的侵染。本研究结果表明，OsMPK6-OsWRKY67-OsNOMT信号级联通过调控樱花素生物合成，在水稻对稻曲病菌的抗性中起关键作用。

图3 OsWRKY在U. virens感染期间与这些基因的启动子区域结合

 

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艾斯基因是国内最大的表观组甲基化服务商，每通量＞10万例，已经成功完成对人临床样本，大小鼠，猪，牛，食蟹猴，拟南芥，大豆，水稻，桃，白菜等近百个物种的甲基化测序分析，每年服务100+海外和国内企业及200+高校和医院等客户。

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关于艾斯基因

创建于2016年，隶属于国家高新技术企业和创新型中小企业。艾斯基因具有完整的表观组学产品矩阵，覆盖DNA修饰、RNA修饰、组蛋白修饰/开放染色质等Bulk和单细胞多维度解决方案。Bulk表观组学包括DNA甲基化(EM-seq、WGBS、RRBS、935K芯片/测序、靶向甲基化TBS等)、DNA羟甲基化(5hmC-Seal、hMeDIP-seq、5hmC-seq等)、IP体系(ChIP-seq、m6A-seq等)、Tn5体系(ATAC-seq、CUT&Tag等)等。单细胞表观组学包括单细胞ATAC-seq、单细胞CUT&Tag、单细胞甲基化测序等，联合单细胞转录组，提供特色的一胞双组方案。

ACEGEN入选美国《生命科学评论》杂志评选“亚太地区2025年最佳表观遗传多组学技术方案供应商”。

 

参考文献

1. Hu R, Hou H, Li Y, Zhang M, Li X, Chen Y, Guo Y, Sun H, Zhao S, Liao M, Cao D, Yan Q, Chen X, Yin M. Combined BET and MEK Inhibition synergistically suppresses melanoma by targeting YAP1. Theranostics. 2024 Jan 1;14(2):593-607. doi: 10.7150/thno.85437                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

2.Ma J, Wei L, Huang K, Wang D, Gao J, Chen X, Guo H, Gao S, Zhang M, Li S, Yu C, Zhao J, Wu J, Gu Q, Kim ST, Gupta R, Xiong G, Lo C, Liu Y, Wang Y. Biosynthesis of sakuranetin regulated by OsMPK6-OsWRKY67-OsNOMT cascade enhances resistance to false smut disease. New Phytol. 2025 Feb;245(3):1216-1231. doi: 10.1111/nph.20308