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知无不“研“ | ChIP实验基础攻略

来源:上海信裕生物科技有限公司   2021年10月14日 11:04  

对一个实验室新手来讲,提到ChIP,您可能没听过这个词,他的全称叫染色质免疫沉淀(Chromatin Immunoprecipitation),今天就带大家来学习一下CHIP实验的相关知识,咱们主要从CHIP的定义、原理、步骤以及应用以下几点给大家分析介绍,希望能帮助大家更好的做CHIP实验


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什么叫ChIP?
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染色质免疫沉淀(ChIP)用于分析基因组中特定染色体区域中组蛋白乙酰化状态的实验方法,被用来研究细胞内DNA与蛋白质相互作用。是目前确定与特定蛋白结合的基因组区域或确定与特定基因组区域结合的蛋白质的最好方法。
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ChIP的原理?
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在活细胞状态下,通过甲醛固定DNA-蛋白质复合物后,采用微球菌核酸酶(Micrococcal Nucleas)(注:早期使用的超声已经被淘汰了,不推荐使用)随机切断DNA,形成一个个一定长度范围内的染色质小片段,随后通过抗原-抗体特异性结合反应富集、沉淀这些小片段,然后通过对NaC、蛋白酶K解除蛋白质和DNA的交联,分离蛋白,纯化DNA,最后采用PCR检测DNA的序列信息,获取更多信息。


从上面的原理就可以看出,ChIP实验步骤大致可分6步:

(1)1%甲醛处理使蛋白质与 DNA 交联 ;

(2)细胞裂解,采用微球菌核酸酶消化形成染色质小片段;

(3)抗原-抗体反应,促进免疫沉淀反应;

(4)NaCl、蛋白酶 K 处理,解除DNA-蛋白交联;

(5)DNA 纯化回收;

(6)采用1.8%琼脂糖凝胶电泳、RT-PCR对DNA作进一步分析。

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ChIP的一般流程
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甲醛处理细胞---收集细胞,超声破碎---加入目的蛋白的抗体,与靶蛋白-DNA复合物相互结合---加入ProteinA,结合抗体-靶蛋白-DNA复合物,并沉淀---对沉淀下来的复合物进行清洗,除去一些非特异性结合---洗脱,得到富集的靶蛋白-DNA复合物---解交联,纯化富集的DNA-片断---PCR分析。

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ChIP的步骤
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基本的ChIP 实验包括五个步骤(如下图),分别是交联、染色质片段化、免疫沉淀、DNA 回收和纯化以及分析 DNA。由于实验材料的不同,可能会造成在交联和染色质片段化方面存在一些不同,需要不断优化条件,才能得到高质量的 DNA 从而进行后续的 ChIP 分析。

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1、
交联固定


一般采用1% formaldehyde(甲醛)室温交联10-30分钟,交联的目的是为了建立蛋白质/DNA之间的稳定共价连接,这个过程要注意一下几点。(1)一定要使用新鲜甲醛溶液,因为甲醛容易被氧化,导致交联不充分,在后续染色质剪切的时候则容易破坏蛋白和DNA的共价连接。(2)交联的时间10-30分钟,如果研究对象为转录因子等丰度比较高,和DNA结合也很稳定,交联10min即可,如果研究对象为转录辅因子等丰度比较低,也不是直接与DNA结合,则适当延长交联时间至30min。

2、
染色质片段化


根据染色质剪切方式的不同,目前市面上提供两种试剂盒,酶解法和超声法的试剂盒。


酶解法则是在交联处理之后,加入适量的核酸酶特异性的切割核小体,将核小体切割成以1个、2个……核小体为单位的片段。到这里,有些小伙伴可能就摩拳擦掌准备接下来的免疫沉淀了,但是小优提醒您,酶解之后,样品并没有*切割好,还需要经过短暂的超声处理,把细胞膜和核膜充分打碎,使染色质片段*释放出来。


如果是超声法,则比较简单了,调整到合适的超声功率,将样品超声处理适当的时间就好了。在这个过程中要摸索好超声的条件,过度超声有可能破坏染色质完整性,会给ChIP实验富集带来负面影响,尤其是转录因子和辅因子。


3、
免疫沉淀



向样品中加入抗体将目的蛋白和连接的DNA拉下来。这个过程中引入protein G微珠,将目的蛋白和与它结合的DNA拉下来,这个过程中或多或少也会把其他杂蛋白一起拉下来,所以接下来进行高盐和低盐的洗脱,去掉杂质。

在这个过程中选择合适的抗体对实验结果至关重要。如果您需要做测序,则要选择ChIP-seq级的抗体,如果只是做PCR,选择ChIP级抗体即可。因为ChIP级抗体除了要结合*裸露的靶蛋白之外,还要结合因构象变化被DNA遮蔽的抗原表位,而ChIP-seq则需要检测全基因组上大量的成千上万的基因位点。所以要严格选择相应级别的抗体。



4、
DNA 回收和纯化


用蛋白酶K解交联,消化染色质的蛋白质组分和DNA之间的连接,然后经过DNA纯化柱对样品进行纯化。


5、
分析 DNA


纯化好的DNA进行PCR或者测序分析。

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ChIP的应用
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1
转录因子

利用 ChIP 检测特定的转录因子在基因组中的结合位置及序列,可发现下游基因的顺式调控元件,从而帮助完善转录因子参与的分子通路。

2
转录机制

ChIP 可用于检测 RNA 聚合酶II以及其他转录组分的结合位点,从而发现启动子和增强子的序列,同时也可能发现新的转录调控机制。

3
组蛋白特异性修饰位点

ChIP 研究在组蛋白密码的发现和表征方面起着关键的作用,通过 ChIP 可发现组蛋白特异性修饰的水平,同时也可明确组蛋白的修饰对基因的调控作用。



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