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染色质免疫沉淀测序技术获得突破

       北京大学生物动态光学成像中心,发展了一种基于微流控芯片的微量细胞样品处理与核酸俘获方法,成功实现了针对1000个细胞的染色质免疫沉淀测序(ChIP-Seq),大幅减少了这类实验中对样品起始量的要求,并利用这一方法研究了组蛋白H3第4位赖氨酸的3甲基化修饰(H3K4me3)在小鼠胚胎发育过程中的修饰模式,发现与小鼠胚胎干细胞相比,小鼠表皮干细胞与小鼠胚胎发育至6.5天的外胚层细胞在该修饰模式上更为相似,表明小鼠表皮干细胞是体内植入后外胚层细胞的一个可靠的体外模型。

        ChIP-Seq方法是现代测序技术用于阐述转录调控和表观遗传学研究的重要手段。通过有针对性地俘获和富集特定蛋白,可以获取与这些蛋白结合的DNA片段,将其进行纯化后可以用于高通量测序,获取特定DNA-蛋白相互作用和结合位点的完整信息。利用微流控技术,将实验操作中关键的染色质与抗体-磁珠复合物的共价结合步骤与非特异性吸附的洗涤等步骤集成在一个微型器件上,可以同时进行多个样品的操作。这一技术的开发,大大减少了样品起始量的消耗,从传统方法所需的一百万个细胞左右降低至1000个细胞,在反应效率得到提升的同时极大地降低损失的发生,节约反应时间,还减少了操作误差,实现了更高的可靠性和更好的平行性。

       利用这一方法,研究了H3K4me3在小鼠胚胎干细胞、小鼠表皮干细胞以及小鼠胚胎发育至6.5天的外胚层细胞中的修饰模式。1000个细胞的ChIP-Seq实验富集了一万两千个到二万个基因转录起始位点,其中96%以上与大量细胞的结果重合,说明我们的方法具有高灵敏度与低假阳性;并且两组生物学重复实验的相关系数均大于0.97,平行性好;发现小鼠表皮干细胞与小鼠胚胎发育至6.5天的外胚层细胞中均出现神经管发育和神经元分化等外胚层分化相关的明显特征。与已有的技术相比,这一工作展示了目前细胞总起始需求量最少的无需测序建库前进行核酸扩增的微量细胞ChIP-Seq实验结果。

        这一方法学上的技术突破,将大大促进我们对发育生物学等样品收集及其困难的问题的深入理解,并可以推广到肿瘤、免疫、神经生物学等领域,实现对异质性样本表观基因组的精细观察与解析。


标签:  染色体 微流控 细胞 蛋白 DNA 实验
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