Иммунопреципитация хроматина

Иммунопреципитация хроматина ( ЧИП ) является типом экспериментальной техники иммунопреципитации , используемой для изучения взаимодействия между белками и ДНК в клетке. Он направлен на определение того, связаны ли специфические белки с специфическими геномными областями, такими как транскрипционные факторы на промоторах или других сайтах связывания ДНК , и, возможно, определяют цитромы . Чип также направлен на определение конкретного местоположения в геноме, с которым связаны различные модификации гистонов , что указывает на цель модификаторов гистонов. [ 1 ] Чип имеет решающее значение для достижений в области эпигеномики и узнать больше об эпигенетических явлениях. [ 2 ]
Вкратце, обычный метод заключается в следующем:
- ДНК и связанные с ними белки на хроматине в живых клетках или тканях сшиваются (этот этап опущен в нативном чипе).
- ДНК-белковые комплексы (хроматин-белок) затем сдвигаются на фрагменты ДНК ~ 500 п.н. путем обработки ультразвуком или расщеплением нуклеазы.
- Сшитые фрагменты ДНК, связанные с интересующим белком (S), избирательно иммунопреципитируются из клеточного мусора с использованием соответствующего белка-специфического антитела.
- Связанные фрагменты ДНК очищаются, и их последовательность определяется. Обогащение специфических последовательностей ДНК представляет области на геноме, что интересный белок связан с in vivo .
Типичный чип
[ редактировать ]В основном существуют два типа чипа, в основном различающиеся в начальном препарате хроматина. Первый использует обратимо сшитого хроматина, сдвигаемый ультразвуком, называемым сшитым чипом (XCHIP). Native Chip (NCHIP) использует нативный хроматин, сдвинутый микрококковым яростным пищеварением. [ Цитация необходима ]
Сшитый чип (XCHIP)
[ редактировать ]Сшитый чип в основном подходит для картирования ДНК-мишени транскрипционных факторов или других белков, связанных с хроматином, и использует обратимо сшитого хроматина в качестве начального материала. Агент для обратимого сшивания может быть формальдегидом [ 3 ] или ультрафиолетовый свет . [ 4 ] Затем сшитый хроматин обычно сдвигается ультразвуком, обеспечивая фрагментов из 300-11000 пар длина (п.н.). Мягкое сшивание формальдегида, сопровождаемое перевариванием нуклеазы, использовалось для сдвига хроматина. [ 5 ] Фрагменты хроматина 400 - 500BP оказались подходящими для анализов чипа, поскольку они охватывают два -три нуклеосомы .
Клеточный мусор в сдвигном лизате затем очищается седиментацией, а комплексы белка -ДНК избирательно иммунопреципитируют с использованием специфических антител к интересам белка (ов). Антитела обычно связаны с агарозой , сефарозой или магнитными шариками. Альтернативно, комплексы хроматина-антител могут быть избирательно сохранены и элюированы инертными полимерными дисками. [ 6 ] [ 7 ] Иммунопреципитированные комплексы (т.е. затем собирают и промывают и промывают и промывают для удаления неспецифично связанного хроматина, сшивки белка-ДНК обращаются, и белки удаляют расщеплением белка k . Эпитопная версия интересующего белка или in vivo биотинилирование [ 8 ] может быть использован вместо антител к нативному белку, представляющему интерес.
ДНК, связанная с комплексом, затем очищается и идентифицируется с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), микрочипов ( чип-на-чип ), молекулярного клонирования и секвенирования или прямого высокопроизводительного секвенирования ( CHIP-seq ). [ Цитация необходима ]
Нативный чип (NCHIP)
[ редактировать ]Нативный чип в основном подходит для картирования ДНК -мишени модификаторов гистонов . Как правило, нативный хроматин используется в качестве начального хроматина. Поскольку гистоны обертывают ДНК с образованием нуклеосом, они естественным образом связаны. Затем хроматин выдвигается с помощью микрококкового расщепления нуклеазы, которое разрезает ДНК на длине линкера, оставляя нуклеосомы неповрежденными и обеспечивая ДНК -фрагменты одной нуклеосомы (200 п.н.) до пяти нуклеосом (1000BP) в длину. После этого методы, аналогичные XCHIP, используются для очистки клеточного мусора, иммунопреципитации интересующего белка, удаляя белок из иммунопреципитированного комплекса, а также очищать и анализируя комплексную ДНК. [ Цитация необходима ]
Сравнение XCHIP и NCHIP
[ редактировать ]Основным преимуществом NCHIP является специфичность антител . Большинство антител к модифицированным гистонам поднимаются против нефиксированных синтетических пептидных антигенов. Эпитопы , которые они должны распознавать в XCHIP, могут быть нарушены или уничтожены с помощью сшивки формальдегида , особенно в связи с тем, что поперечные соединения, вероятно, будут включать лизинные электронные группы в N-конце, нарушающие эпитопы. Это может объяснить неизменно низкую эффективность протоколов XCHIP по сравнению с NCHIP.
Но XCHIP и NCHIP имеют разные цели и преимущества относительно друг друга. XCHIP предназначен для картирования целевых сайтов транскрипционных факторов и других белков, ассоциированных с хроматином; NCHIP предназначен для отображения целевых сайтов модификаторов гистонов (см. Таблицу 1).
Сравнение чипа-seq и chip-chip
[ редактировать ]Секвенирование иммунопреципитации хроматина, также известное как CHIP-seq , является экспериментальной техникой, используемой для идентификации событий связывания фактора транскрипции на протяжении всего генома . Знание того, как белки в организме человека взаимодействуют с ДНК для регулирования экспрессии генов, является ключевым компонентом наших знаний о заболеваниях человека и биологических процессах. CHIP-Seq является основным методом для выполнения этой задачи, поскольку оказалось чрезвычайно эффективным для разрешения того, как белки и факторы транскрипции влияют на фенотипические механизмы. Общий чип-seq был очень эффективным методом для определения этих факторов, но есть метод конкуренции, известный как Chip-on-Chip.
Chip-on-Chip , также известный как Chip-Chip, является экспериментальной техникой, используемой для изоляции и идентификации геномных сайтов, занятых специфическими ДНК-связывающими белками в живых клетках. Chip-on-Chip является относительно новой техникой, как это было представлено в 2001 году Пегги Фарнхэмом и Майклом Чжаном. Chip-on-Chip получает свое название, объединив методы иммунопреципитации хроматина и микрочипа ДНК , создавая тем самым чип-чип.
Два метода ищут аналогичные результаты, поскольку они оба стремятся найти сайты связывания белка, которые могут помочь идентифицировать элементы в геноме человека. Эти элементы в человеческом геноме важны для развития знаний в отношении заболеваний человека и биологических процессов. Разница между чип-seq и chip-chip определяется специфическим сайтом идентификации связывания белка. Основное различие заключается в эффективности двух методов, CHIP-Seq дает результаты с более высокой чувствительностью и пространственным разрешением из-за широкого диапазона геномного охвата. Несмотря на то, что Chip-Seq оказался более эффективным, чем Chip-Chip, CHIP-Seq не всегда является первым выбором для ученых. Стоимость и доступность Chip-Seq являются основным недостатком, что привело к более преобладающему использованию чип-чипа в лабораториях по всему миру. [ 2 ]

Таблица 1 Преимущества и недостатки NCHIP и XCHIP
XCHIP | Что | |
---|---|---|
Преимущества | Подходит для транскрипционных факторов или любых других слабосвязанных белков, связанных с хроматином. Применимо к любым организмам, где нативного белка трудно подготовить |
Тестируемая специфичность антител Лучшая специфичность антител как целевой белок естественным образом не поврежден Лучшая эффективность повторного хроматина и белка благодаря лучшей специфичности антител |
Недостатки | Неэффективное восстановление хроматина из -за нарушения эпитопа -мишня антител Может вызвать ложный положительный результат из -за фиксации переходных белков к хроматину Широкий диапазон размера сдвига хроматина из -за случайного вырезания ультразвуком. |
Обычно не подходит для неистоновых белков Нуклеосомы могут переставить во время пищеварения |
История и новые методы чипа
[ редактировать ]В 1984 году Джон Т. Лис и Дэвид Гилмор, в то время аспирант в лаборатории LIS, использовали ультрафиолетовое облучение, сшивающее агент с нулевой нулевой кислотой, к ковалентному сшитым белкам, связанным с ДНК в живых бактериальных клетках. После лизиса сшитых клеток и иммунопреципитации бактериальной РНК-полимеразы ДНК, связанной с обогащенной РНК-полимеразой, гибридизовали с зондами, соответствующими различным областям известных генов для определения распределения in vivo и плотности РНК-полимеразы в этих генах. Год спустя они использовали ту же методологию для изучения распределения эукариотической РНК -полимеразы II на генах теплового шока фруктов. Эти отчеты считаются новаторскими исследованиями в области иммунопреципитации хроматина. [ 9 ] [ 10 ] XCHIP был дополнительно модифицирован и разработан Александром Варшавским и коллегами, которые исследовали распределение гистона H4 на генах теплового шока с использованием сшивки формальдегида. [ 11 ] [ 12 ] Этот метод был тщательно разработан и утончен после этого. [ 13 ] Подход NCHIP был впервые описан Hebbes et al ., 1988, [ 14 ] и также был разработан и утончен быстро. [ 15 ] Типичный анализ чипа обычно занимает 4–5 дней и требует 10 6 ~ 10 7 клетки, по крайней мере. Теперь новые методы на чипе могут быть достигнуты всего 100 ~ 1000 ячеек и завершены в течение одного дня.
- Чип без бисера : в этом новом чипе метода используются диски инертного, пористого полимера, функционализированного либо белком, или G, в спиновых колонках или микропланшетах. Комплекс хроматина-антител избирательно сохраняется диском и элюируется для получения обогащенной ДНК для нижестоящих применений, таких как QPCR и секвенирование. Пористая среда специально разработана для максимизации эффективности захвата и снижения неспецифического связывания. Из -за меньшего ручного обработки и оптимизированных протоколов CHIP может быть выполнен через 5 часов. [ 7 ]
- Чип -носитель (CCHIP): этот подход может использовать всего лишь 100 клеток, добавляя клетки Drosophila в качестве хроматина -носителя, чтобы уменьшить потери и облегчить осаждение целевого хроматина. Тем не менее, он требует очень специфических праймеров для обнаружения целевого клеточного хроматина на фоне хроматина иностранного носителя, и это занимает два -три дня. [ 16 ]
- Быстрый чип (QCHIP): анализ быстрого чипа уменьшал время, сокращая два этапа в типичном анализе ChIP: (i) ультразвуковая ванна ускоряет скорость связывания антител с белками-мишенями и тем самым уменьшает время иммунопреципитации II) ( Основанная на основе (CHELEX-100) процедура выделения ДНК уменьшает время реверса сшивки и выделения ДНК. Тем не менее, быстрый протокол подходит только для больших образцов клеток (в диапазоне 10 6 ~10 7 ). [ 17 ] [ 18 ] До 24 образцов хроматина можно обработать до получения ПЦР-готовой ДНК за 5 часов, что позволяет исследовать множественные коэффициенты хроматина одновременно и/или рассматривать геномные события в течение нескольких моментов времени. [ 19 ]
- Быстрый и количественный чип (Q 2 Чип): в анализе используется 100 000 ячеек в качестве начального материала и подходит для 1000 чипов гистонов или 100 чипов транскрипции. Таким образом, многие образцы хроматина могут быть получены параллельно и хранятся, и Q 2 Чип может быть предпринят через день. [ 20 ]
- Microchip (μChip): хроматин обычно готовится из 1000 клеток, а до 8 чипов можно выполнять параллельно без носителей. Анализ также может начинаться с 100 ячеек, но только для одного чипа. Он также может использовать маленький (1 мм 3 ткани ) Биопсия и микрочип могут быть сделаны в течение одного дня. [ 21 ] [ 22 ]
- Матричный чип : это анализ микропланшетов на основе микропланшетов с увеличением пропускной способности и упрощенной процедурой. Все шаги сделаны в микропланшетных лунках без пробы пробов, что обеспечивает потенциал для автоматизации. Это позволяет 96 анализов чипа для гистонов и различных ДНК-связанных белков за один день. [ 23 ]
- Патологическая чипа (Pat-chip): этот метод позволяет чип из фиксированных формалин-фиксированных и парафиновых тканей и, следовательно, использования архивов патологии (даже те, которые в течение нескольких лет) для эпигенетического анализа и идентификации эпигенетических биомаркеров-кандидатов цели. [ 24 ]
Чип также был применен для анализа по всему геному путем объединения с технологией микрочипов ( Chip-on-Chip ) или технологии ДНК-секвенирования второго поколения ( чип-секвенирование ). Чип также может сочетаться с секвенированием меток парных тегов в анализе взаимодействия хроматина с использованием парного секвенирования конечных меток (CHIA-PET), метода, разработанного для крупномасштабного анализа DE Novo структур хроматина высшего порядка. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
Ограничения
[ редактировать ]- Крупномасштабные анализы с использованием чипа сложны с использованием интактных модельных организмов. Это связано с тем, что антитела должны быть получены для каждого TF, или, в качестве альтернативы, необходимо продуцировать трансгенные модели организмов, экспрессирующих эпитопные TF.
- Исследователи, изучающие дифференциальные паттерны экспрессии генов в небольших организмах, также сталкиваются с проблемами как гены, экспрессируемые на низких уровнях, в небольшом количестве клеток, в узком времени.
- Эксперименты по чипам не могут различать различные изоформы TF ( изоформа белка ).
Смотрите также
[ редактировать ]- Chip-Exo , метод, который добавляет обработку экзонуклеазы к процессу чипа, чтобы получить до единого оснований пары оснований сайтов связывания
- Чип-на-чип , объединяет чип с технологией микрочипов
- Дамид , альтернативный метод картирования местоположения, который не требует определенных антител
- Rip-Chip , аналогичная методика для анализа взаимодействия РНК-белков
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Коллас, Филипп. (Январь 2010). «Текущее состояние иммунопреципитации хроматина». Молекулярная биотехнология . 45 (1): 87–100. doi : 10.1007/s12033-009-9239-8 . PMID 20077036 . S2CID 24225210 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Розенфельд, Джон М; Кук, Трейси; Ли, Зиронг; Сайто, Кан; Таганов, Константин; Тхагараджан, Бхаскар; Солач, Алехандра (март 2013 г.). «Систематическая оптимизация параметров, связанных с подготовкой рабочего процесса хроматина и хроматина иммунопреципитации (CHIP)» . Эпигенетика и хроматин . 6 (S1): P122, 1756–8935–6-S1-P122. doi : 10.1186/1756-8935-6-S1-P122 . ISSN 1756-8935 . PMC 3620580 .
- ^ Джексон, Вон (ноябрь 1978 г.). «Исследования по организации гистонов в нуклеосоме с использованием формальдегида в качестве обратимого сшивающего агента». Клетка . 15 (3): 945–54. doi : 10.1016/0092-8674 (78) 90278-7 . PMID 569554 . S2CID 25169609 .
- ^ Gilmour DS, LIS JT (август 1985 г.). «Взаимодействие in vivo РНК -полимеразы II с генами Drosophila melanogaster » . Молекулярная и клеточная биология . 5 (8): 2009–18. doi : 10.1128/mcb.5.8.2009 . PMC 366919 . PMID 3018544 .
- ^ Bauer UM, Daujat S, Nielsen SJ, Nightingale K, Kouzarides T (январь 2002 г.). «Метилирование у аргинина 17 гистона H3 связано с активацией генов» . Embo сообщает . 3 (1): 39–44. doi : 10.1093/embo-reports/kvf013 . PMC 1083932 . PMID 11751582 .
- ^ Бейнон, Эми Л.; Паркс, Линдсей Дж.; Тернер, Мэтью Л.; Рыцарь, Стив; Конлан, Стив; Фрэнсис, Льюис; Акции, Бен (сентябрь 2014 г.). «Chromatrap 96: новая твердотельная платформа для высокопроизводительного чипа» . Природные методы . 11 (9): I - II. doi : 10.1038/nmeth.f.372 . ISSN 1548-7091 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный «Хроматрап» . Революционная твердотельная платформа для хроматиновой иммунопрециптации.
- ^ Винс А; и др. (2004). «Использование белкового биотинилирования in vivo для иммунопреципитации хроматина». Аналитическая биохимия . 325 (1): 68–76. doi : 10.1016/j.ab.2003.10.015 . PMID 14715286 .
- ^ Gilmour DS, LIS JT (1984). «Обнаружение взаимодействия белка-ДНК in vivo: распределение РНК-полимеразы на специфических бактериальных генах» . Proc Natl Acad Sci USA . 81 (14): 4275–9. Bibcode : 1984pnas ... 81.4275g . doi : 10.1073/pnas.81.14.4275 . PMC 345570 . PMID 6379641 .
- ^ Gilmour DS, LIS JT (август 1985 г.). «Взаимодействие in vivo РНК -полимеразы II с генами Drosophila melanogaster» . Мол Клетка. Биол . 5 (8): 2009–18. doi : 10.1128/mcb.5.8.2009 . PMC 366919 . PMID 3018544 .
- ^ Варшавский А (декабрь 2008 г.). «Обнаружение клеточной регуляции путем деградации белка» . Журнал биологической химии . 283 (50): 34469–89. doi : 10.1074/jbc.x800009200 . PMC 3259866 . PMID 18708349 .
- ^ Соломон, Марк Дж; Ларсен Памела L; Варшавский, Александр. (Июнь 1988 г.). «Картирование взаимодействий белка-ДНК in vivo с формальдегидом: доказательства того, что гистон H4 сохраняется на высоко транскрибированном гене». Клетка . 53 (6): 937–47. doi : 10.1016/s0092-8674 (88) 90469-2 . PMID 2454748 . S2CID 11169130 .
- ^ Орландо V (март 2000 г.). «Картирование хромосомных белков in vivo с помощью иммунопреципитации с формальдегидом-кроссоцитом хроматина». Тенденции в биохимических науках . 25 (3): 99–104. doi : 10.1016/s0968-0004 (99) 01535-2 . PMID 10694875 .
- ^ Hebbes, Тим Р; Торн, Алан В; Крэйн-Робинсон С (май 1988). «Прямая связь между ацетилированием основного гистона и транскрипционно активным хроматином» . Embo Journal . 7 (5): 1395–402. doi : 10.1002/j.1460-2075.1988.tb02956.x . PMC 458389 . PMID 3409869 .
- ^ О'Нил, Лора П; Тернер, Брайан М (сентябрь 2003 г.). «Иммунопреципитация нативного хроматина: NCHIP». Методы 31 (1): 76–82. doi : 10.1016/s1046-2023 (03) 00090-2 . PMID 12893176 .
- ^ О'Нил, Лора П; Vermilyea, Matthew D; Тернер, Брайан М (июль 2006 г.). «Эпигенетическая характеристика раннего эмбриона с протоколом иммунопреципитации хроматина, применимых к небольшим клеточным популяциям». Природа генетика . 38 (7): 835–41. doi : 10.1038/ng1820 . PMID 16767102 . S2CID 28311996 .
- ^ Нельсон, Джоэл Д; Денизенко, Олег; Сова, Павел; Bomsztyk, Karol (2006). «Анализ быстрого иммунопреципитации хроматина» . Исследование нуклеиновых кислот . 34 (1): E2. doi : 10.1093/nar/gnj004 . PMC 1325209 . PMID 16397291 .
- ^ Нельсон, Джоэл Д; Денизенко, Олег; Bomsztyk, Karol (2006). «Протокол для метода быстрой иммунопреципитации (чип) быстрого хроматина». Природные протоколы . 1 (1): 179–85. doi : 10.1038/nprot.2006.27 . PMID 17406230 . S2CID 20577722 .
- ^ Нельсон Дж., Денизенко О., Бомзтик К. (2009). «Метод быстрого иммунопреципитации хроматина». Анализы иммунопреципитации хроматина . Методы в молекулярной биологии . Тол. 567. С. 45–57. doi : 10.1007/978-1-60327-414-2_3 . ISBN 978-1-60327-413-5 Полем PMID 19588084 .
- ^ Дал, Джон Арн; Коллас, Филипп (апрель 2007 г.). "Q. 2 Чип, быстрый и количественный анализ иммунопреципитации хроматина, раскрывает эпигенетическую динамику генов, регулируемых развитием, в клетках карциномы человека » . Стволовые клетки . 25 (4): 1037–46. DOI : 10.1634/Stemcells.2006-0430 . PMID 17272500 .
- ^ Дал, Джон Арн; Collas, Philippe (2008). «Анализ быстрого иммунопреципитации микро -хроматина (Microchip)». Природные протоколы . 3 (6): 1032–45. doi : 10.1038/nprot.2008.68 . PMID 18536650 . S2CID 29529307 .
- ^ Дал, Джон Арн; Collas, Philippe (2009). «µChip: хроматин иммунопреципитация для небольших клеточных чисел». Анализы иммунопреципитации хроматина . Методы в молекулярной биологии . Тол. 567. С. 59–74. doi : 10.1007/978-1-60327-414-2_4 . ISBN 978-1-60327-413-5 Полем PMID 19588085 .
- ^ Фланагин, Стив; Нельсон, Джоэл Д; Кастнер, Дэвид Г; Денизенко, Олег; Bomsztyk, Карол (февраль 2008 г.). «Метод иммунопреципитации на основе микропланшетов, Matrix Chip: платформа для изучения передачи сигналов сложных геномных событий» . Исследование нуклеиновых кислот . 36 (3): E17. doi : 10.1093/nar/gkn001 . PMC 2241906 . PMID 18203739 .
- ^ Фанелли, Мирко; Аматори, Стефано; Barozzi, iros; Сончини, Матиас; Зуфо, Роберто Дал; Буччи, Габриэле; Капра, Мария; Кварто, Микаэла; Dellino, Gaetano Ivan (2010-12-14). «Патологическая ткани-хроматин иммунопреципитация в сочетании с высокопроизводительным секвенированием позволяет эпигенетическое профилирование образцов пациентов» . Труды Национальной академии наук . 107 (50): 21535–21540. Bibcode : 2010pnas..10721535f . doi : 10.1073/pnas.1007647107 . ISSN 0027-8424 . PMC 3003125 . PMID 21106756 .
- ^ Фунвуд, Мелисса Дж; Хан, Ююань; Вэй, Чиа-Лин; Руан, Сяоан; Руан, Иджун (январь 2010 г.). Анализ взаимодействия хроматина с использованием секвенирования тегов парного тега . Тол. Глава 21. С. Блок 21.15.1–25. doi : 10.1002/0471142727.mb2115s89 . ISBN 978-0471142720 Полем PMC 6924956 . PMID 20069536 .
{{cite book}}
:|journal=
игнорируется ( помощь ) - ^ Ли, Гуолиан; Фунвуд, Мелисса Дж; Сюй, Хан; Мулавади, Фабиан Хендриан; Велков, Стоян; Вега, Винсенсиус; Арияратне, Прамила Нуванта; Мохамед, Юсофф Бин; Оои, Хонг-Сейн; Теннакун, Чандана; Вэй, Чиа-Лин; Руан, Иджун; Sung, Wing-kin (февраль 2010 г.). «Инструмент Chia-Pet для комплексного анализа взаимодействия хроматина с последовательностями парного тега» . Биология генома . 11 (2): R22. doi : 10.1186/gb-2010-11-2-r22 . PMC 2872882 . PMID 20181287 .
- ^ «Chia-Pet: новый метод для трехмерного исследования картирования целого генома» . Scienceday . Агентство по науке, технологиям и исследованиям (A*Star), Сингапур. 2009-11-08 . Получено 14 марта 2010 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Хроматин+иммунопреципитация в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские заголовки (Mesh)
- EpigenomeNOE.com
- Иммунопрециптация хроматина (ЧИП) на нефиксированный хроматин из клеток и тканей для анализа модификаций гистонов
- Иммунопреципитация хроматина (чип) белковых комплексов: картирование геномных мишеней ядерных белков в культивируемых клетках