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细胞生物学Cell Biology

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染色质免疫共沉淀技术(ChIP)

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  • 發布日期:2015-01-21

       真核生物的基因組DNA以染色質的形式存在。因此,研究蛋白質與DNA在染色質環境下的相互作用是闡明真核生物基因表達機制的基本途徑。染色質免疫沉淀技術(chromatin immunoprecipitation assay, CHIP)是目前唯一研究體內DNA與蛋白質相互作用的方法。它的基本原理是在活細胞狀態下固定蛋白質-DNA復合物,并將其隨機切斷為一定長度范圍內的染色質小片段,然后通過免疫學方法沉淀此復合體,特異性地富集目的蛋白結合的DNA片段,通過對目的片斷的純化與檢測,從而獲得蛋白質與DNA相互作用的信息。CHIP不僅可以檢測體內反式因子與DNA的動態作用,還可以用來研究組蛋白的各種共價修飾與基因表達的關系。而且,CHIP與其他方法的結合,擴大了其應用范圍:CHIP與基因芯片相結合建立的CHIP-on-chip方法已廣泛用于特定反式因子靶基因的高通量篩選;CHIP與體內足跡法相結合,用于尋找反式因子的體內結合位點;RNA-CHIP用于研究RNA在基因表達調控中的作用。由此可見,隨著CHIP的進一步完善,它必將會在基因表達調控研究中發揮越來越重要的作用。

染色體免疫共沉淀(Chromatin Immunoprecipitation,ChIP)是基于體內分析發展起來的方法,也稱結合位點分析法,在過去十年已經成為表觀遺傳信息研究的主要方法。這項技術幫助研究者判斷在細胞核中基因組的某一特定位置會出現何種組蛋白修飾。ChIP不僅可以檢測體內反式因子與DNA的動態作用,還可以用來研究組蛋白的各種共價修飾與基因表達的關系。近年來,這種技術得到不斷的發展和完善。采用結合微陣列技術在染色體基因表達調控區域檢查染色體活性,是深入分析癌癥、心血管疾病以及中央神經系統紊亂等疾病的主要代謝通路的一種非常有效的工具。

它的原理是在保持組蛋白和DNA聯合的同時,通過運用對應于一個特定組蛋白標記的生物抗體,染色質被切成很小的片斷,并沉淀下來。IP是利用抗原蛋白質和抗體的特異性結合以及細菌蛋白質的“prorein A”特異性地結合到免疫球蛋白的FC片段的現象活用開發出來的方法。目前多用精制的prorein A預先結合固化在argarose的beads上,使之與含有抗原的溶液及抗體反應后,beads上的prorein A就能吸附抗原達到精制的目的。實驗最需要注意點就是抗體的性質。抗體不同和抗原結合能力也不同,免染能結合未必能用在IP反應。建議仔細檢查抗體的說明書。特別是多抗的特異性是問題。其次,要注意溶解抗原的緩沖液的性質。多數的抗原是細胞構成的蛋白,特別是骨架蛋白,緩沖液必須要使其溶解。為此,必須使用含有強界面活性劑的緩沖液,盡管它有可能影響一部分抗原抗體的結合。另一面,如用弱界面活性劑溶解細胞,就不能充分溶解細胞蛋白。即便溶解也產生與其它的蛋白結合的結果,抗原決定族被封閉,影響與抗體的結合,即使IP成功,也是很多蛋白與抗體共沉的悲慘結果。再次,為防止蛋白的分解,修飾,溶解抗原的緩沖液必須加蛋白每抑制劑,低溫下進行實驗。每次實驗之前,首先考慮抗體/緩沖液的比例。抗體過少就不能檢出抗原,過多則就不能沉降在beads上,殘存在上清。緩沖劑太少則不能溶解抗原,過多則抗原被稀釋。

ChIP的一般流程:

甲醛處理細胞---收集細胞,超聲破碎---加入目的蛋白的抗體,與靶蛋白-DNA復合物相互結合---加入ProteinA,結合抗體-靶蛋白-DNA復合物,并沉淀---對沉淀下來的復合物進行清洗,除去一些非特異性結合---洗脫,得到富集的靶蛋白-DNA復合物---解交聯,純化富集的DNA-片斷---PCR分析。

在PCR分析這一塊,比較傳統的做法是半定量-PCR。但是現在隨著熒光定量PCR的普及,大家也越來越傾向于Q-PCR了。此外還有一些由ChIP衍生出來的方法。例如RIP(其實就是用ChIP的方法研究細胞內蛋白與RNA的相互結合,具體方法和ChIP差不多,只是實驗過程中要注意防止RNase,最后分析的時候需要先將RNA逆轉錄成為cDNA);還有ChIP-chip(其實就是ChIP富集得到的DNA-片段,拿去做芯片分析,做法在ChIP的基礎上有所改變,不同的公司有不同的做法,要根據公司的要求來準備樣品)。

具體操作流程:

第一天:

(一)、細胞的甲醛交聯與超聲破碎。

1、取出1平皿細胞(10cm平皿),加入243 ul 37%甲醛,使得甲醛的終濃度為1%(培養基共有9ml)。

2、37攝氏度孵育10min。

3、終止交聯:加甘氨酸至終濃度為0.125M。450 ul 2.5M甘氨酸于平皿中。混勻后,在室溫下放置5min即可。

4、吸盡培養基,用冰冷的PBS清洗細胞2次。

5、細胞刮刀收集細胞于15ml離心管中(PBS依次為5ml,3ml和3ml)。預冷后2000rpm 5min收集細胞。

6、倒去上清。按照細胞量,加入SDS Lysis Buffer。使得細胞終濃度為每200ul含2×106個細胞。這樣每100ul溶液含1×106個細胞。再加入蛋白酶抑制劑復合物。假設MCF7長滿板為5×106個細胞。本次細胞長得約為80%。即為4×106個細胞。因此每管加入400ul SDS Lysis Buffer。將2管混在一起,共800ul。

7、超聲破碎:VCX750,25%功率,4.5S沖擊,9S間隙。共14次。

(二)、除雜及抗體哺育。

8、超聲破碎結束后,10,000g 4oC離心10min。去除不溶物質。

留取300ul做實驗,其余保存于-80oC。

300ul中,100ul加抗體做為實驗組;100ul不加抗體做為對照組;100ul加入4ul5MNaCl(NaCl終濃度為0.2M),65oC處理3h解交聯,跑電泳,檢測超聲破碎的效果。

9、在100ul的超聲破碎產物中,加入900ulChIPDilutionBuffer和20ul的50×PIC。

再各加入60ulProteinAAgarose/SalmonSpermDNA。4oC顛轉混勻1h。

10、1h后,在4攝氏度靜置10min沉淀,700rpm離心1min。

11、取上清。各留取20ul做為input。一管中加入1ul抗體,另一管中則不加抗體。4oC顛轉過夜。

(三)、檢驗超聲破碎的效果。

取100ul超聲破碎后產物,加入4ul5MNaCl,65oC處理2h解交聯。分出一半用酚/氯仿抽提。電泳檢測超聲效果。

第二天:

(一)、免疫復合物的沉淀及清洗。

12、孵育過夜后,每管中加入60ulProteinAAgarose/SalmonSpermDNA。4oC顛轉2h。

13、4oC靜置10min后,700rpm離心1min。除去上清。

14、依次用下列溶液清洗沉淀復合物。清洗的步驟:加入溶液,在4oC顛轉10min,4oC靜置10min沉淀,700rpm離心1min,除去上清。

洗滌溶液:a.low salt wash buffer-one wash

b.highsalt wash buffer-one wash

c.LiCl wash buffer-one wash

d.TE buffer-two wash

15、清洗完畢后,開始洗脫。洗脫液的配方:100ul10%SDS,100ul1MNaHCO3,800ulddH2O,共1ml。

每管加入250ul洗脫buffer,室溫下顛轉15min,靜置離心后,收集上清。重復洗滌一次。最終的洗脫液為每管500ul。

16、解交聯:每管中加入20ul 5M NaCl(NaCl終濃度為0.2M)。

混勻,65oC解交聯過夜。

第三天:

(一)、DNA樣品的回收

17、解交聯結束后,每管加入1ulRNaseA(MBI),37oC孵育1h。

18、每管加入10ul0.5MEDTA,20ul1MTris.HCl(PH6.5),2ul10mg/ml蛋白酶K。

45oC處理2h。

19、DNA片段的回收----omega膠回收試劑盒。最終的樣品溶于100ulddH2O。

(二)、PCR分析

ChIP-chip技術對于大規模挖掘順式調控信息成績卓著,同時它可以用于胚胎干細胞和一些疾病如癌癥、心血管疾病和中央神經紊亂的發生的機制。研究人員還可以利用這項技術開發一些治療方法。目前ChIP-chip技術研究主要集中于兩個領域:及轉錄因子的結合和條件特異性;組蛋白的修飾,組蛋白修飾蛋白和染色體重建。

ChIP-chip在描述轉錄結合因子動力學中的研究、染色體結構組分的分布、在組蛋白的修飾、組蛋白修飾蛋白和染色體重建中的應用也十分廣泛。ChIP-chip 技術的優點是,可以在體內進行反應;在給定的檢驗細胞環境的模式下得到DNA相互關系的簡單影像;使用特異性修正抗體鑒定與包含有一個特異性后轉錄修正的蛋白質的相關位點;直接或者間接(通過蛋白質與蛋白質的相互作用)的鑒別基因組與蛋白質的相關位點。缺點是:需要一個特異性蛋白質抗體,有時難于獲得;為了獲得高豐度的結合片段,必須實驗演示胞內條件下靶標蛋白質的表達情況;調控蛋白質的基因的獲取可能需要限制在組織來源中。

總之,ChIP-chip 技術的發展為析活細胞或組織中DNA與蛋白質的相互關系提供了一個極為有力的工具。在未來的研究中,將對芯片的構建進行改進,提高其實用性。使用易于獲得抗體,增加這種方法的可用性。   來源:互聯網

 

 

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