染色質免疫沉淀（ChIP）技術的難點及應用2

3. 染色質免疫沉淀

Input對照：

在進行免疫沉淀前，需要取一部分斷裂后的染色質做Input對照。Input是斷裂后的基因組DNA，需要與沉淀后的樣品DNA一起經過逆轉交聯，DNA 純化，以及最后的PCR或其他方法檢測。Input對照不僅可以驗證染色質斷裂的效果，還可以根據Input中的靶序列的含量以及染色質沉淀中的靶序列的含量，按照取樣比例換算出ChIP的效率，所以Input對照是ChIP實驗必不可少的步驟。

Beads選擇：

接下來，利用目的蛋白質的特異抗體通過抗原-抗體反應形成DNA-蛋白質-抗體復合物，然后使用Agarose beads或Magna beads沉淀此復合物，特異性地富集與目的蛋白結合的DNA片段。再經過多次洗滌，除去非特異結合的染色質后，用SDS+NaHCO3洗脫免疫沉淀復合物。Magna beads是近年來出現的一種新型beads，它使用方便，不像Agarose beads那樣容易破裂，所以在操作過程中更簡單，而且免去了離心的步驟，節省不少時間。Millipore公司最新推出的Magna ChIP試劑盒就是采用這種Magna beads。
抗體選擇：

染色質免疫沉淀所選擇的目的蛋白的抗體是ChIP實驗成功的關鍵。因為在蛋白質與染色質交聯結合時，抗體的抗原表位可能因為與結合位點的距離太近，不能被抗體識別，所以不能有效地在體內形成免疫沉淀復合物，直接影響ChIP的結果。所以不是所有的抗體都能做ChIP實驗的，只有經過ChIP實驗驗證后的抗體才能確保實驗結果的可靠性，比如Millipore公司的ChIP Validated抗體等。

陽性與陰性對照：

在做ChIP實驗時，一定要做好實驗對照，因為沒有對照，很難對實驗結果的可靠性進行評估。陽性抗體和陰性抗體對照是最基本的實驗對照。陽性抗體通常選擇與已知序列相結合的比較保守的蛋白的抗體，常用的包括組蛋白抗體或RNA Polymerase II抗體等。陰性抗體通常選擇目的蛋白抗體宿主的IgG或血清。目的蛋白抗體的結果與陽性抗體和陰性抗體的結果相比較，才能得出正確結論。另外，還應考慮目的蛋白抗體與DNA的非特異性結合的可能，所以通常還會選擇一對陰性引物，即目的蛋白肯定不會結合的DNA序列，作為該抗體的陰性對照。最佳的陰性對照引物是在靶序列上游的一段與目的蛋白肯定不能結合的序列。如果目的蛋白沒有商品化的適用于染色質免疫沉淀實驗的抗體，只有其他用途的抗體時，可以先做蛋白質免疫沉淀（Immunoprecipitation）檢測。如果抗體可以成功的沉淀蛋白，再進行染色質免疫沉淀實驗的檢測。

4. 交聯反應的逆轉和DNA的純化

用不含DNase的RNase和Proteinase K，65oC保溫6小時逆轉交聯，經DNA純化柱回收DNA或用酚氯仿抽提、乙醇沉淀純化DNA。DNA純化柱純化DNA的質量高，有利于下一步PCR等方法的檢測。因為甲醛不僅交聯DNA-蛋白質，還交聯蛋白質-蛋白質，所以還可以對DNA序列上的蛋白質復合物進行分析。在逆轉交聯時不使用 Proteinase K，然后用丙酮回收有機相中的蛋白質，進行分析。

5. DNA的鑒定

最常用的DNA的鑒定方法是半定量PCR和Real-time PCR。由于啟動子區域的序列具有多樣性的特點，所以不同的細胞系或不同的動物品系的同一基因的啟動子序列有可能不同。而且啟動子區域多富含CG的序列，其PCR條件可能需要相應調整。有條件可設計不止一對引物來反復驗證ChIP實驗的結果（圖2）。

ChIP技術的應用

染色質免疫沉淀的DNA適用于多種分析方法。如果目的蛋白的靶序列是已知的或需要驗證的，可采用狹縫雜交（Slot blot）的方法，把靶序列特異性探針與染色質免疫沉淀的DNA雜交，來驗證目的蛋白與DNA靶序列的特異性結合。還可以根據靶序列設計引物，用半定量 PCR的方法進行測定，或采用Real-time PCR方法進行定量分析。如果目的蛋白的靶序列是未知的或高通量的（high-throughput），可采用Southern雜交。但因為免疫沉淀的 DNA量較少，所以在研究時通常要用PCR方法擴增DNA探針，再進行整個基因組掃描。還可以把沉淀的DNA克隆到載體中，進行測序，尋找該序列附近的開放閱讀框，發現新的基因調節序列。

目前，隨著人類基因組測序工作的基本完成，研究目的蛋白和整個基因組的相互作用逐漸成為研究的熱點。由于基因組中的信息量非常大，上述常規方法通常無法滿足科研的需要。近年來發展起來的ChIP-chip技術將基因組DNA芯片（chip）技術與染色質免疫沉淀技術（ChIP）相結合，為研究目的蛋白與整個基因組相互作用提供了可能。ChIP-chip 技術通過標記染色質免疫沉淀富集的DNA片段，和另一個被標記不同探針的對照組樣品一起，與DNA芯片雜交，再利用各種生物信息學方法對收集到的信號進行分析，具體的實驗步驟請參考Dr. Richard Young在Nature Protocols上的文章[3]。ChIP-chip技術已經被廣泛應用于研究轉錄因子在整個基因組中的信號網絡[4, 5, 6]，染色質修飾機制在基因組中的調控[7, 8]，DNA的復制，修復以及修飾[9, 10]，基因的轉錄與核運輸[11, 12, 13]等諸多方面。

染色質免疫沉淀技術還可用于分析兩種蛋白共同結合的DNA序列，即ChIP reChIP方法。ChIP reChIP是在第一次ChIP的基礎上不解交聯，而繼續進行另一個目的蛋白的免疫沉淀，從而得到與兩種目的蛋白都結合的DNA序列。值得注意的是，因為通過兩次免疫沉淀富集的DNA量比較少，所以在分析時通常要把多次免疫沉淀的DNA濃縮后再進行操作。

隨著染色質免疫沉淀技術受到廣泛的關注，運用該技術發表的文章也逐漸增多，大家越來越多的開始關注如何改進ChIP的方法。Millipore最新推出的 Magna ChIP試劑盒，利用磁珠分離DNA-蛋白-抗體復合物，提高了ChIP的效率，簡化了操作的過程，縮短了實驗的時間，還為同時進行多個目的蛋白的研究提供了可能，是經常使用ChIP技術的研究人員的理想選擇。

近年來ChIP技術也被用于研究RNA-蛋白的相互作用，其原理與DNA類似，也包括甲醛固定，超聲波破細胞，免疫沉淀，交聯逆轉，RNA純化和RNA鑒定等步驟。所不同的是，交聯逆轉只用Proteinase K，要進行RNA純化和不含RNase的DNase處理，分析時用RT-PCR，芯片雜交要用cDNA芯片等[13, 14]。