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上海芯超生物科技有限公司
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公司新闻/正文
ChIP —— 解析蛋白质与 DNA 的结合
6013 人阅读发布时间：2021-02-25 15:44
染色质免疫共沉淀 (ChIP, Chromatin immunoprecipitation)，是一种反映活细胞内蛋白质-DNA 相互作用的方法。蛋白质-DNA 复合物交联固定后，将染色质随机打断成片段，利用免疫学方法，将带有目标蛋白的复合物特异性地沉淀、富集下来，通过对复合物中 DNA 片段的纯化与检测，可以获得蛋白质与 DNA 相互作用的信息。一些非常稳定的相互作用则不需要交联。
ChIP 与其它方法结合，扩大了其应用范围。与实时荧光定量 PCR 结合的 ChIP-qPCR，常用于检测蛋白质与特定位点的 DNA 是否有结合及结合的强度；与基因芯片结合的 ChIP-on-chip，广泛应用于特定靶标的高通量筛选；与高通量测序结合的 ChIP-seq，越来越多地被用于分析目标蛋白的全基因组结合情况。
交联染色质免疫共沉淀 (Crosslinked ChIP, XChIP)
需要交联固定，一般使用甲醛，适用于结合力较弱的蛋白质- DNA 相互作用的研究。
自然染色质免疫共沉淀 (Native ChIP, NChIP)
不需要交联固定，适用于结合稳定的蛋白质- DNA 相互作用（如组蛋白修饰）的研究。
图1. XChIP 与 NChIP 的流程概述 (王泓力 & 焦雨铃., 植物学报, 2020[1])
优势
XChIP 在活细胞状态下就将蛋白质与 DNA 固定，更真实地反应二者之间结合的情况，比体外研究蛋白质-DNA 相互作用的方法更好。
与其它方法的灵活结合，可以分析蛋白质-DNA 相互作用的强度，还能够得到目标蛋白在全基因组上的所有结合信息。
文献
2020 年，Molecular Cell 杂志发表的研究论文 Opposing Functions of BRD4 Isoforms in Breast Cancer[2].
1. 文献主要结论
BRD4 (Bromodomain-containing protein 4) 蛋白是正在进行的临床试验中癌症治疗靶点之一，文章使用 RNA-seq, ChIP-qPCR, ChIP-seq, 和 CUT&RUN 等方法证实在乳腺癌中，BRD4 短亚型 (BRD4-S) 是致癌的；而 BRD4 长亚型 (BRD4-L) 则具有相反的作用，能够抑制肿瘤形成和转移。并进一步确认 EN1 (Engrailed-1) homeobox 转录因子是关键的 BRD4-S 共调节因子，尤其表现在三阴性乳腺癌中。BRD4-S 和 EN1 通过调节癌症相关基因和通路的增强子，以共同调节细胞外基质 (ECM) 相关的网络。因此，文章强调了针对 BRD4 的靶向治疗应该更加特异性地针对 BRD4-S 的致癌活性而不是抑癌活性。
2. 研究结果
针对乳腺癌中 BRD4 不同亚型的抗体设计及其表达丰度检测
图2. BRD4 结构域组成的图示与所设计抗体的靶向位点(a)，TCGA 公共数据库中乳腺癌患者组织内 BRD4 亚型的 mRNA 表达水平(b)
体内实验探究 BRD4-S 与 BRD4-L 的作用
图3. 小鼠体内实验验证 BRD4-S 具有促进肿瘤生长和转移的作用，而 BRD4-L 则相反
ChIP-qPCR 实验验证目标蛋白与目标 DNA 区域的结合
图4. ChIP-qPCR 实验验证 BRD4 的不同亚型与 EN1 结合位点的相互作用；以及 EN1, BRD4-S, BRD4-L, 重要组蛋白修饰, dCas9-KRAB 之间的联系，提出了通路模型。
ChIP-seq 实验在全基因组范围内描述 BRD4 与 EN1 的相互作用
图5. 全基因组 ChIP-seq 分析 BRD4 不同亚型与 EN1 在启动子，增强子等区域的结合，以及它们的共同结合位点
文章通过结合 RNA-seq，ChIP-qPCR，ChIP-seq 等实验方法，检测了正常上皮细胞和不同乳腺癌中的内源性 BRD4 蛋白亚型，发现 BRD4-S 和 BRD4-L 在乳腺肿瘤进展期间各自具有独特甚至相反的生物学功能作用。BRD4-S 促进癌细胞生长和转移；相反，BRD4-L 抑制肿瘤进展并限制癌细胞转移到某些器官/组织的转移潜能，部分是因为它在生长因子诱导的细胞迁移和肿瘤干细胞的增殖中表现出抑制作用。BRD4-S 与 EN1 相互作用，以激活 ECM 相关的基质网络，从而为肿瘤进展提供适当的肿瘤微环境。
方法点评
ChIP 是一种稳定，可靠，应用十分普遍的鉴定活细胞内蛋白质-DNA 相互作用的方法，不仅适用于基因组上特定位点的检测，也适用于全基因组范围的描述，还可以用于大量样本的高通量检测。可以广泛应用于细胞内新通路的筛选和鉴定，以及新机制的发现。
上海芯超生物科技有限公司提供科研整体解决方案：高通量（测序/蛋白质谱/单细胞/空间转录组/ChIP 等）→生信分析（标准/个性化分析）→组织芯片验证（组织芯片/组织 cDNA 芯片）→细胞功能验证→模式动物验证→转化医学等，想要了解更多产品及服务详情，请拨打全国统一热线 400-720-0166。
参考文献
[1] 王泓力, & 焦雨铃. (2020). 染色质免疫共沉淀实验方法. 植物学报(4).
[2] Wu, S. Y. , Lee, C. F. , Lai, H. T. , Yu, C. T. , & Chiang, C. M. . (2020). Opposing functions of brd4 isoforms in breast cancer. Molecular Cell, 78(6).
ChIP 与其它方法结合，扩大了其应用范围。与实时荧光定量 PCR 结合的 ChIP-qPCR，常用于检测蛋白质与特定位点的 DNA 是否有结合及结合的强度；与基因芯片结合的 ChIP-on-chip，广泛应用于特定靶标的高通量筛选；与高通量测序结合的 ChIP-seq，越来越多地被用于分析目标蛋白的全基因组结合情况。
交联染色质免疫共沉淀 (Crosslinked ChIP, XChIP)
需要交联固定，一般使用甲醛，适用于结合力较弱的蛋白质- DNA 相互作用的研究。
自然染色质免疫共沉淀 (Native ChIP, NChIP)
不需要交联固定，适用于结合稳定的蛋白质- DNA 相互作用（如组蛋白修饰）的研究。
图1. XChIP 与 NChIP 的流程概述 (王泓力 & 焦雨铃., 植物学报, 2020[1])
优势
XChIP 在活细胞状态下就将蛋白质与 DNA 固定，更真实地反应二者之间结合的情况，比体外研究蛋白质-DNA 相互作用的方法更好。
与其它方法的灵活结合，可以分析蛋白质-DNA 相互作用的强度，还能够得到目标蛋白在全基因组上的所有结合信息。
文献
2020 年，Molecular Cell 杂志发表的研究论文 Opposing Functions of BRD4 Isoforms in Breast Cancer[2].
1. 文献主要结论
BRD4 (Bromodomain-containing protein 4) 蛋白是正在进行的临床试验中癌症治疗靶点之一，文章使用 RNA-seq, ChIP-qPCR, ChIP-seq, 和 CUT&RUN 等方法证实在乳腺癌中，BRD4 短亚型 (BRD4-S) 是致癌的；而 BRD4 长亚型 (BRD4-L) 则具有相反的作用，能够抑制肿瘤形成和转移。并进一步确认 EN1 (Engrailed-1) homeobox 转录因子是关键的 BRD4-S 共调节因子，尤其表现在三阴性乳腺癌中。BRD4-S 和 EN1 通过调节癌症相关基因和通路的增强子，以共同调节细胞外基质 (ECM) 相关的网络。因此，文章强调了针对 BRD4 的靶向治疗应该更加特异性地针对 BRD4-S 的致癌活性而不是抑癌活性。
2. 研究结果
针对乳腺癌中 BRD4 不同亚型的抗体设计及其表达丰度检测
图2. BRD4 结构域组成的图示与所设计抗体的靶向位点(a)，TCGA 公共数据库中乳腺癌患者组织内 BRD4 亚型的 mRNA 表达水平(b)
体内实验探究 BRD4-S 与 BRD4-L 的作用
图3. 小鼠体内实验验证 BRD4-S 具有促进肿瘤生长和转移的作用，而 BRD4-L 则相反
ChIP-qPCR 实验验证目标蛋白与目标 DNA 区域的结合
图4. ChIP-qPCR 实验验证 BRD4 的不同亚型与 EN1 结合位点的相互作用；以及 EN1, BRD4-S, BRD4-L, 重要组蛋白修饰, dCas9-KRAB 之间的联系，提出了通路模型。
ChIP-seq 实验在全基因组范围内描述 BRD4 与 EN1 的相互作用
图5. 全基因组 ChIP-seq 分析 BRD4 不同亚型与 EN1 在启动子，增强子等区域的结合，以及它们的共同结合位点
文章通过结合 RNA-seq，ChIP-qPCR，ChIP-seq 等实验方法，检测了正常上皮细胞和不同乳腺癌中的内源性 BRD4 蛋白亚型，发现 BRD4-S 和 BRD4-L 在乳腺肿瘤进展期间各自具有独特甚至相反的生物学功能作用。BRD4-S 促进癌细胞生长和转移；相反，BRD4-L 抑制肿瘤进展并限制癌细胞转移到某些器官/组织的转移潜能，部分是因为它在生长因子诱导的细胞迁移和肿瘤干细胞的增殖中表现出抑制作用。BRD4-S 与 EN1 相互作用，以激活 ECM 相关的基质网络，从而为肿瘤进展提供适当的肿瘤微环境。
方法点评
ChIP 是一种稳定，可靠，应用十分普遍的鉴定活细胞内蛋白质-DNA 相互作用的方法，不仅适用于基因组上特定位点的检测，也适用于全基因组范围的描述，还可以用于大量样本的高通量检测。可以广泛应用于细胞内新通路的筛选和鉴定，以及新机制的发现。
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参考文献
[1] 王泓力, & 焦雨铃. (2020). 染色质免疫共沉淀实验方法. 植物学报(4).
[2] Wu, S. Y. , Lee, C. F. , Lai, H. T. , Yu, C. T. , & Chiang, C. M. . (2020). Opposing functions of brd4 isoforms in breast cancer. Molecular Cell, 78(6).