染色质免疫沉淀(ChIP)测定是为了确定DNA结合蛋白(如转录因子和组蛋白)与基因组的结合区域。在 ChIP 测定中,与 DNA 结合的蛋白暂时交联,在细胞裂解后剪切 DNA。靶蛋白与交联核苷酸序列一起进行免疫沉淀,然后纯化 DNA 并通过 PCR 检测识别,进行测序和微阵列分析,或以其他方式进行分析。

RNA免疫沉淀(RIP)使用的方法与ChIP类似,只是免疫沉淀的是RNA结合蛋白而不是DNA结合蛋白。然后可以通过 RT-PCR 和 cDNA 测序鉴定免疫沉淀的 RNA。

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蛋白质-核酸pull-down,特别是蛋白质-RNA pull-down,是以去硫生物素末端标记的RNA为诱饵,富集RNA结合蛋白。使用链霉亲和素磁珠可捕获核糖核蛋白复合物,使用生物素洗脱缓冲液可回收复合物。下游应用包括免疫印迹和质谱 (MS)。

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ChIP分析实验方案

染色质免疫沉淀测定(ChIP 测定)通过监测组蛋白修饰(表观遗传学)或转录因子与 DNA 结合相互作用的转录调控,确定基因组与蛋白质组之间的联系。ChIP 的优势在于能够捕捉系统中发生的特定蛋白质与 DNA 之间的相互作用,并利用定量聚合酶链反应 (qPCR) 对相互作用进行量化。

染色质免疫沉淀(ChIP)测定  是一种强大的方法,可用于分析与特定调控蛋白结合的表观遗传修饰和基因组 DNA 序列

染色质免疫沉淀实验需要多种蛋白质组学和分子生物学方法,包括交联、细胞裂解(蛋白质 DNA 提取)、核酸剪切、基于抗体的免疫沉淀、DNA 样品纯化和 PCR。在优化实验中,通常还会使用凝胶电泳等其他技术来验证特定步骤。

交联

染色质免疫沉淀(ChIP)首先要对蛋白质-DNA 复合物进行共价稳定。许多蛋白质-DNA 相互作用都是瞬时的,需要多蛋白复合物来协调生物功能。 体内 交联能共价稳定蛋白质-DNA 复合物。

体内 交联传统上使用甲醛,但也可与 EGS 和 DSG 等其他交联剂结合使用。甲醛交联适用于直接相互作用的两个分子。然而,甲醛是一种零长度交联剂,限制了其功能性。对于更高阶的相互作用,较长的交联剂(例如 EGS(16.1Å)或 DSG(7.7 Å )可以捕获具有复杂四级结构的较大蛋白质复合物。

研究人员常使用组合交联剂来捕获蛋白质-DNA 相互作用复合物。这些交联剂直接渗透到细胞中,有效地将蛋白质-DNA 复合物锁定在一起,甚至可以捕获并稳定瞬态相互作用复合物以便进行分析。

细胞裂解

裂解阶段从细胞或组织中提取并释放交联蛋白质-DNA 复合物。在这一阶段,通过去垢剂溶液去垢剂溶解细胞膜来释放细胞成分。由于蛋白质与 DNA 的相互作用主要发生在细胞核区域,去除胞浆蛋白有助于减少背景和提高灵敏度。去垢剂或盐的存在不会影响蛋白质-DNA 复合物,因为第一步共价交联已经稳定了复合物。

不建议对细胞进行机械裂解,因为它会导致无效细胞核裂解。Thermo Scientific Pierce 染色质制备模块等试剂可将细胞核与其他细胞成分分开,用于消除背景信号和提高灵敏度。

染色质制备

提取步骤会产生所有核物质,包括未结合核蛋白、全长染色质和交联蛋白质-DNA 复合物。为了分析蛋白质结合序列,必须将提取的基因组 DNA 剪切成较小的可操作片段。DNA 片段化通常通过超声以机械方式实现,或者通过微球菌核酸酶(MNase)以酶消化方式实现。

理想的染色质片段范围可以从 200 到 > 1000 bp,但是 DNA 剪切是最难控制的步骤之一。超声处理可提供随机的碎片,但局限性包括可能需要专用机械设备、超声期间难以维持温度、动手时间延长以及需要大量优化步骤。用微球菌核酸酶进行酶消化具有很高的重现性,并且更适合处理多个样品,但是,酶活性变化可导致变异性,并且该酶对核小体间区域具有更高的亲和力。

免疫沉淀

为了分离特定修饰组蛋白、目标转录因子或辅助因子,使用经 ChIP 验证的抗体来进行免疫沉淀靶标蛋白,并将靶标蛋白与其他核成分分离。该步骤选择性地富集了目标蛋白-DNA 复合物,并消除了所有其他不相关的细胞物质。

选择合适的抗体是成功进行 ChIP 的关键之一。对于哺乳动物样品,可以使用许多经过验证的 ChIP 级抗体。对于无法获得合格抗体的靶蛋白,融合蛋白(例如 带HA、myc 或 GST标签)可在生物样品中表达,然后使用针对标签的抗体对靶标蛋白进行免疫沉淀。

使用抗体结合树脂(例如固定的蛋白 A,蛋白 G 或蛋白 A/G)来亲和纯化抗体-蛋白-DNA 复合物。对于生物素化抗体,也可以使用固定的链霉亲和素或固定的 Thermo Scientific NeutrAvidin(中型亲和素)。为了降低背景,必须结合核酸和蛋白质封闭缓冲液(例如鲑鱼精子 DNA 和一般蛋白质源)来封闭抗体结合树脂。每个 ChIP 样品中使用的树脂量也会影响背景,因为填料量的增加可增加非特异性结合。

解交联和 DNA 纯化

富集与目标蛋白质结合的 DNA 是染色质免疫沉淀的目标。DNA 状况可以通过琼脂糖凝胶电泳确定,或通过更常见的定量聚合酶链反应(qPCR)确定。在扩增和测量染色质免疫沉淀的特异 DNA 序列之前,必须解开蛋白质和 DNA 之间的交联。通常通过大量温育或蛋白酶 K 消化蛋白质成分完成。

蛋白酶 K 在脂肪族、芳香族或疏水性残基的羧基侧剪切。由于蛋白酶 K 具有广泛的特异性,通常用于去除 DNA 或 RNA 样品中的蛋白质。此外,蛋白酶 K 消化可消除纯化 DNA 中的核酸酶,从而防止降解。为了从蛋白质片段中分离 DNA,可结合使用苯酚-氯仿与标准 DNA 纯化方法。或者,可以使用设计用于从复杂生物样品中纯化核酸材料的离心柱。

DNA 定量

ChIP 的特点是能够通过qPCR 来为纯化的 DNA 产物进行定量。除了作为扩增工具,qPCR还可在不同的实验条件下准确测量靶蛋白-DNA 的水平。免疫沉淀复合物与结合 DNA 之间存在数量上的直接相关性。

交联

染色质免疫沉淀(ChIP)首先要对蛋白质-DNA 复合物进行共价稳定。许多蛋白质-DNA 相互作用都是瞬时的,需要多蛋白复合物来协调生物功能。 体内 交联能共价稳定蛋白质-DNA 复合物。

体内 交联传统上使用甲醛,但也可与 EGS 和 DSG 等其他交联剂结合使用。甲醛交联适用于直接相互作用的两个分子。然而,甲醛是一种零长度交联剂,限制了其功能性。对于更高阶的相互作用,较长的交联剂(例如 EGS(16.1Å)或 DSG(7.7 Å )可以捕获具有复杂四级结构的较大蛋白质复合物。

研究人员常使用组合交联剂来捕获蛋白质-DNA 相互作用复合物。这些交联剂直接渗透到细胞中,有效地将蛋白质-DNA 复合物锁定在一起,甚至可以捕获并稳定瞬态相互作用复合物以便进行分析。

细胞裂解

裂解阶段从细胞或组织中提取并释放交联蛋白质-DNA 复合物。在这一阶段,通过去垢剂溶液去垢剂溶解细胞膜来释放细胞成分。由于蛋白质与 DNA 的相互作用主要发生在细胞核区域,去除胞浆蛋白有助于减少背景和提高灵敏度。去垢剂或盐的存在不会影响蛋白质-DNA 复合物,因为第一步共价交联已经稳定了复合物。

不建议对细胞进行机械裂解,因为它会导致无效细胞核裂解。Thermo Scientific Pierce 染色质制备模块等试剂可将细胞核与其他细胞成分分开,用于消除背景信号和提高灵敏度。

染色质制备

提取步骤会产生所有核物质,包括未结合核蛋白、全长染色质和交联蛋白质-DNA 复合物。为了分析蛋白质结合序列,必须将提取的基因组 DNA 剪切成较小的可操作片段。DNA 片段化通常通过超声以机械方式实现,或者通过微球菌核酸酶(MNase)以酶消化方式实现。

理想的染色质片段范围可以从 200 到 > 1000 bp,但是 DNA 剪切是最难控制的步骤之一。超声处理可提供随机的碎片,但局限性包括可能需要专用机械设备、超声期间难以维持温度、动手时间延长以及需要大量优化步骤。用微球菌核酸酶进行酶消化具有很高的重现性,并且更适合处理多个样品,但是,酶活性变化可导致变异性,并且该酶对核小体间区域具有更高的亲和力。

免疫沉淀

为了分离特定修饰组蛋白、目标转录因子或辅助因子,使用经 ChIP 验证的抗体来进行免疫沉淀靶标蛋白,并将靶标蛋白与其他核成分分离。该步骤选择性地富集了目标蛋白-DNA 复合物,并消除了所有其他不相关的细胞物质。

选择合适的抗体是成功进行 ChIP 的关键之一。对于哺乳动物样品,可以使用许多经过验证的 ChIP 级抗体。对于无法获得合格抗体的靶蛋白,融合蛋白(例如 带HA、myc 或 GST标签)可在生物样品中表达,然后使用针对标签的抗体对靶标蛋白进行免疫沉淀。

使用抗体结合树脂(例如固定的蛋白 A,蛋白 G 或蛋白 A/G)来亲和纯化抗体-蛋白-DNA 复合物。对于生物素化抗体,也可以使用固定的链霉亲和素或固定的 Thermo Scientific NeutrAvidin(中型亲和素)。为了降低背景,必须结合核酸和蛋白质封闭缓冲液(例如鲑鱼精子 DNA 和一般蛋白质源)来封闭抗体结合树脂。每个 ChIP 样品中使用的树脂量也会影响背景,因为填料量的增加可增加非特异性结合。

解交联和 DNA 纯化

富集与目标蛋白质结合的 DNA 是染色质免疫沉淀的目标。DNA 状况可以通过琼脂糖凝胶电泳确定,或通过更常见的定量聚合酶链反应(qPCR)确定。在扩增和测量染色质免疫沉淀的特异 DNA 序列之前,必须解开蛋白质和 DNA 之间的交联。通常通过大量温育或蛋白酶 K 消化蛋白质成分完成。

蛋白酶 K 在脂肪族、芳香族或疏水性残基的羧基侧剪切。由于蛋白酶 K 具有广泛的特异性,通常用于去除 DNA 或 RNA 样品中的蛋白质。此外,蛋白酶 K 消化可消除纯化 DNA 中的核酸酶,从而防止降解。为了从蛋白质片段中分离 DNA,可结合使用苯酚-氯仿与标准 DNA 纯化方法。或者,可以使用设计用于从复杂生物样品中纯化核酸材料的离心柱。

DNA 定量

ChIP 的特点是能够通过qPCR 来为纯化的 DNA 产物进行定量。除了作为扩增工具,qPCR还可在不同的实验条件下准确测量靶蛋白-DNA 的水平。免疫沉淀复合物与结合 DNA 之间存在数量上的直接相关性。


ChIP和 RIP 产品订购表

免疫沉淀的论文发表趋势说明了一切。与其他技术和产品相比,Dynabeads磁珠在免疫沉淀方案中的应用越来越多。

Dynabeads IP 引用。

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Dynabeads ChIP 引用。

仅供科研使用,不可用于诊断目的。