基因组分析工具

在过去数十年，基因组分析时使用的技术已取得长足进步。研究人员现在可以将低成本测序技术与染色质免疫沉淀 (ChIP-seq) 等上游工作流程相结合，在短时间内产生大量数据。ChIP-seq 是一种旨在测量蛋白质与体内系统中的靶基因的直接结合的分析。蛋白质通过甲醛与 DNA 交联，染色质被消化成小块，然后用特定的抗体沉淀出来。然后消化蛋白质，对剩余的 DNA 片段进行测序。这项技术允许研究人员提出以前不可能提出的问题。

凭借直接测量蛋白质-DNA 相互作用的能力，研究人员可以展示基因表达的因果证据。证明转录因子在某种癌症类型中过度表达是一回事，但显示该因子现在如何与新的基因组位置物理结合使数据更上一层楼。事实上，越来越多的期刊要求研究人员出示直接绑定的证明。这是基因组分析不仅仅归于表观遗传学实验室，而且许多学术机构都有自己的测序核心的一个主要原因。

在最基本的情况下，ChIP-seq 实验可以简单地设计为检测组蛋白修饰的水平或绘制细胞或映射组织类型中的转录因子结合。通过同时查看多个变量，无论是映射多个组蛋白修饰还是转录因子，ChIP-seq 都非常通用。例如，Chip-Seq 使研究人员能够通过测量 H3K4me3 和 H3K27me3 水平，使用组蛋白代码预测活性、非活性和二价基因。增强子元件已通过测量 H3K27ac 水平进行映射，甚至染色质结构也可以通过映射染色质绝缘体 CTCF 来推断。通过在 ChIP 分析中使用针对转录因子 OCT-4、Sox2 和 Nanog 的抗体，Boyer 等人 (2005) 能够识别所有因子共同占据的许多靶基因。他们使用这些数据来假设现在是干细胞生物学的核心原则：这些因素形成了一个自动调节循环，负责多能性和自我更新。

ChIP-seq 检测也可用作比较工具。可以绘制不同的细胞类型、组织或疾病状态，以确定潜在的转录回路。此类数据有助于发现关键癌症驱动因素的机制。Zanconato 等人 (2015) 能够在乳腺癌细胞中定位致癌转录因子 YAP + TAZ，并通过其与增强子的关联发现了 YAP/TAZ 以前未被发现的功能。此外，通过比较野生型和 siRNA 处理的细胞，他们发现 YAP/TAZ 介导的肿瘤生长和 AP-1 因子之间的关键联系。

然而，ChIP 和 ChIP-seq 并非没有限制。在许多情况下，您需要大量的细胞，这使得对患者样本和原代细胞进行检测变得更加困难。这是因为免疫沉淀步骤效率极低，染色质需要预先交联和片段化。Steve Henikoff 实验室开发的一种新技术，称为 CUT&RUN （使用核酸酶在靶标下裂解并释放），执行与 ChIP-seq 实验相同的功能，但它是原位，依赖于基于靶向抗体的基因组片段化。在该测定中没有交联或沉淀步骤，这使研究人员能够在他们的实验中使用更少的细胞，并在测序测定中看到更少的背景。