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免疫沉淀

“Cell Press Selections”是由Cell出版社推出的一份推荐文章集合手册,主要介绍某个生命科学研究领域最新的进展及突出成果。相关特辑内容包括研究论文,评论性文章以及snapshots,涉及了同一领域的方方面面,更为重要的是这些文章由赞助商赞助,可以免费获取。


蛋白与DNA之间的相互作用是生物机体存在的必要元素,其中包括转录过程,DNA复制过程,重组以及DNA修复等各种在我们生命中扮演重要角色的过程。


早在1978年,科学家们就证明了这种相互作用的存在及其重要性,这是解析DNA与蛋白之间“交流”的开始,几年后,Lis和Varshavsky实验室成员提出了免疫沉淀这一新技术,自此之后这一技术就成为了研究蛋白质的常用技术,即利用抗体特异性反应纯化富集目的蛋白的一种方法。


Cell杂志推出了“Immunoprecipitation”特辑,介绍了蛋白-蛋白,以及蛋白-核酸之间相互作用的最新成果及技术进展。


Differential principal component analysis of ChIP-seq


将染色质免疫共沉淀技术(ChIP)与下一代高通量测序技术相结合的染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq),已成为功能基因组学、特别是基因表达调控领域研究的关键技术。这一技术主要包括几个基本的步骤:将蛋白交联到染色质上,剪切蛋白,用特异的抗体沉淀目的蛋白及相关DNA,以及纯化相关DNA片段等。ChIP通常会生成数毫微克到数百毫微克的DNA,它们是环绕转录因子结合位点或组蛋白标记位点的75- 到300-bp的片段。高通量测序往往会生成数以百万计的来自ChIP-DNA片段5′末端的25- 到75-bp的序列(short reads)。


ChIP-seq实验带来的海量数据向生物信息学研究人员提出了新的挑战,目前此领域数据处理技术的发展大大滞后于实验技术进步,在这篇文章中,研究人员采用主微分分析(principal differential analysis,dPCA),解析多重ChIP-seq数据,从中发现了两种生物条件下不同的蛋白-DNA相互作用。


研究人员指出dPCA方法能将无监控模式发现,降维(dimension reduction),以及统计推断整合成一个单一框架,利用少量主成分元件简要概况两种条件下主要多蛋白协同差分模式。并且对于每个模式,dPCA也能通过与复制样品中变化条件之间的差异,检测并优先考虑差异基因位点。


这种方法为有效分析大量ChIP测序数据提供了一种独特的工具,可以用于研究不同生物条件下基因调控的动态变化,研究人员指出,dPCA可以用于分析转录因子结合位点处和启动子的不同染色质模式,以及等位基因特异性蛋白-DNA之间的相互作用。


Genome-Wide Mapping of in Vivo Protein-DNA Interactions


我们体内细胞众多的基因中,只有那些表达的基因使我们成为现在这个样子。特定的蛋白通过结合DNA上的关键位点——包含遗传信息的核酸,调节基因表达。这些蛋白是怎样识别特定结合位点的?蛋白结构和DNA结构的改变,是否通过结合位点内的DNA纽结或急剧弯曲使得DNA-蛋白紧密结合?为了回答这些问题,许多科学家们从宏观面——体内蛋白-DNA相互作用图谱入手。


在这篇文章中,研究人员发展了一种基于直接超高通量DNA测序(ultra-high-throughput DNA sequencing)的大规模染色质免疫沉淀分析(Chromatin immunoprecipitation assay ,ChIPSeq)方法,将这种测序普查方法用于体内神经限制性沉默因子(neuron-restrictive silencer factor,NRSF,也被称为REST,抑制元素1沉默转录因子,repressor element-1 silencing transcription factor)与人类基因组中1946个位点的结合作图,研究人员得到了高结合位点分辨率[±50 base pairs]的体内蛋白-DNA相互作用图谱。


Chromatin boundaries in budding yeast: the nuclear pore connection


目前,随着人类基因组测序工作的基本完成,研究目的蛋白和整个基因组的相互作用逐渐成为研究的热点。由于基因组中的信息量非常大,上述常规方法通常无法满足科研的需要。近年来发展起来的ChIP-chip技术将基因组DNA芯片(chip)技术与染色质免疫沉淀技术(ChIP)相结合,为研究目的蛋白与整个基因组相互作用提供了可能。


ChIP-chip 技术通过标记染色质免疫沉淀富集的DNA片段,和另一个被标记不同探针的对照组样品一起,与DNA芯片杂交,再利用各种生物信息学方法对收集到的信号进行分析,具体的实验步骤请参考Dr. Richard Young在Nature Protocols上的文章。ChIP-chip技术已经被广泛应用于研究转录因子在整个基因组中的信号网络,染色质修饰机制在基因组中的调控,DNA的复制,修复以及修饰,基因的转录与核运输等诸多方面。


染色质免疫沉淀技术还可用于分析两种蛋白共同结合的DNA序列,即ChIP reChIP方法。ChIP reChIP是在第一次ChIP的基础上不解交联,而继续进行另一个目的蛋白的免疫沉淀,从而得到与两种目的蛋白都结合的DNA序列。值得注意的是,因为通过两次免疫沉淀富集的DNA量比较少,所以在分析时通常要把多次免疫沉淀的DNA浓缩后再进行操作。


原文链接:Chromatin Boundaries in Budding Yeast


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