高效靶向原位全基因组剖析制造技术

技术编号:25811212 阅读:66 留言:0更新日期:2020-09-29 18:46
用于检测细胞中目标染色质相关因子与染色质DNA序列的结合的方法,其包括:使透化的细胞或细胞核与特异性识别所述目标染色质相关因子的特异性结合剂接触,其中将所述特异性结合剂与无活性的核酸酶或可激活的转座体连接;激活核酸酶或转座酶,从而切取与所述目标染色质相关因子结合的染色质DNA序列;分离切取的DNA以及确定切取的DNA的序列,从而检测目标染色质相关因子与细胞中染色质DNA序列的结合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效靶向原位全基因组剖析相关申请的交叉引用本申请要求2017年9月25日提交的美国临时申请第62/562,918号的权益,所述美国临时申请明确地通过引用整体并入本文。
本公开涉及染色质剖析的方法。具体而言,本公开涉及用于剖析诸如转录因子和核小体的DNA结合蛋白的方法,其中由诸如转座酶或核酸酶的酶进行的抗体靶向控制切割释放结合的DNA用于DNA测序。背景转录因子(transcriptionfactors,TFs)在其结合位点上对DNA的作用驱动基因表达模式,因此全基因组TF作图已经成为个体研究者和大规模基础设施项目的中心目标。TF剖析(TFprofiling)最常用的方法是染色质免疫沉淀(ChIP),这是一种自30多年前首次引入以来变化不大的方法(Solomon和Varshavsky,1985)。将细胞用甲醛交联,将染色质片段化并溶解,加入抗体,回收抗体结合的染色质用于提取DNA。DNA作图技术的连续进步已彻底改变了X-ChIP(甲醛交联ChIP)的用途,随着ChIP-seq的出现,TF的碱基对分辨率作图变得可行(Rhee和Pugh,2011;Skene和Henikoff,2015;He等,2015)。可通过染色质免疫沉淀分离与转录因子和其他蛋白质直接物理相互作用的特定DNA位点,以产生与体内目标蛋白质结合的靶DNA位点的文库。随着大规模并行测序的出现,可以快速分析文库,并将其作图到全基因组序列数据库,以确定任何蛋白质与DNA的相互作用模式,或任何表观遗传染色质修饰的模式。这可应用于一组可ChIP化的蛋白质和修饰,诸如转录因子、聚合酶和转录机制、结构蛋白质、蛋白质修饰和DNA修饰。ChIP测序(ChIP-seq)可用于确定蛋白质如何与DNA相互作用,例如调节基因表达。目前,ChIP-seq技术主要被视为需要杂交阵列的ChIP-芯片的替代技术。这必然会引入一些偏差,因为阵列受限于固定数量的探针。对ChIP-seq的改进保留了交联步骤以保持体内模式,同时整个基因组被片段化以产生可溶性提取物用于免疫沉淀。然而,交联可促进表位掩蔽,并可产生假阳性结合位点(Teytelman等,2013;Park等,2013年;Jain等,2015年;Baranello等,2016年;Meyer和Liu,2014)。ChIP也可使用不破坏静电接触的离子条件在没有交联的情况下进行(Kasinathan等,2014)。“原生”ChIP提供了蛋白质-脱氧核糖核酸直接相互作用的图谱,其灵敏度和特异度的权衡优于X-ChIP方法。原生ChIP还最大限度地减少了表位掩蔽的问题,并相对于X-ChIP提高了效率,使其更适合低起始细胞数((O’Neill等,2006;Brind’Amour等,2015)。但仍然存在蛋白质-DNA复合物的提取效率不完全和结合的潜在损失的问题。此外,溶解使所有染色质暴露于抗体,导致非特异性背景,限制了信噪比,并需要额外的测序来识别特定的染色质特征。由于这些偏差和低效率,ChIP需要大量的细胞,这使得其不适用于例如原代细胞数量有限或组织数量较少的情况。因此,需要新的、更好的不基于ChIP的方法。本公开满足了这些需求。附图简述通过以下详细描述,结合附图,将容易理解实施方案。在附图的图中,实施方案通过示例而非限制的方式来举例说明。图1A-1D显示本文公开的CUT&RUN方法产生了TF-DNA复合物的有限消化。图1A;CUT&RUN策略的示意图。附着在磁珠上的细胞核可用抗体(或任选地用第一和第二抗体)和蛋白A-MN酶(pA-MN)连续处理,所述抗体和蛋白A-MN酶通过核孔扩散进入细胞核。在添加Ca++以激活MN酶裂解后,片段被释放并扩散出细胞核。从上清液中提取的DNA用于制备配对末端测序的文库。图1B;CUT&RUN将染色质颗粒裂解并释放到酿酒酵母细胞核中,在细胞核中内源H2A基因被H2A-3XFLAG替代,进行CUT&RUN,并在0℃下在Ca++中孵育指定的时间。将从不溶性(ins)和可溶性(sol)级分中提取的DNA在1%琼脂糖凝胶上电泳。并行地将1号抗体对照消化10分钟,但没有添加第一小鼠抗FLAG抗体。图1C;来自所示TF样品的测序的作图的配对末端读数的大小分布。包括H2A大小分布以供比较。将数据归一化,使得碱基对中每个步长的所有点的总和等于1。图1D;与ORGANICChIP-seq(约2000-3000万个作图的配对末端读数)和标准ChIP-seq(Paul等,2015)(约500万个Abf1和约1.26亿个Reb1作图的单末端50bp读数)相比,bf1和Reb1样品的时间-过程图谱(每条泳道约200-300万个作图的配对末端读数)显示小于120bp和大于150bp的片段长度类别。阴性对照泳道显示遗漏第一抗体(1号Ab)的结果。在每个TF和片段大小组中,Y轴刻度由IGV自动缩放,显示归一化的计数,并且片段大小类别被叠加。刻度线(Tick)标记重要的Abf1(上)和Reb1(下)基序的位置。该区域被选为在3号染色体上具有最大的Abf1基序簇。图2A和2B显示,CUT&RUN的准确性和强健性(robustness)优于ChIP-seq。来自单个实验(20160630)的CUT&RUN数据集的Abf1(图2A)和Reb1(图2B)热图,汇集1”至32”时间过程样品,并分成小于120bp和大于150bp的大小类别(左)。还显示了小于120bp的大小类别的ORGANICChIP-seq数据集(中间)和标准ChIP-seq数据集(右)。Abf1具有两个间隔约10bp的DNA结合结构域(Cho等,1995),而Reb1具有单个Myb样的DNA结合结构域(Morrow等,1990)。MN酶消化后Abf1染色质的增溶需要600mM的NaCl以获得特异度与灵敏度之间的最佳平衡,而对于Reb1,80mM给出了最佳结果(Kasinathan等人,2014),这些是用于比较的数据集。如在先前ORGANICChIP与ChIP-exo和ChIP-芯片比较中一样(Kasinathan等人,2014),所有统计上显著的Abf1和Reb1基序的集合被认为是判断灵敏度(由正确的TF占据位点)和特异度(排除不正确的TF位点)的“黄金标准”。将对齐的剖析数据在同一TF(顶部)和另一TF(底部)的基序上方居中定向以供显示(去除距离Abf1和Reb1位点在50bp之内的81个位点),并使用JavaTreeview(利用log2标度和对比度=5)按照在小于120bp的数据集的-1kb至+1kb跨度上的平均像素密度来进行排序。对CUT&RUN(基于少于120bp的片段)和ChIP-seq进行独立排序,在这种情况下,相对于侧翼区域占据的位点的近似分数变得明显,并且顶部图(正确的TF)和底部图(不正确的TF)的比较反映了数据集的灵敏度/特异度权衡。使用基于ChIP-seq数据的位置特异性评分矩阵(PSSMs)通过对酿酒酵母基因组的MAST搜索来确定位点,但使用MAST利用基于CUT&RUN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定细胞中目标染色质相关因子与DNA序列的结合位点的原位方法,所述方法包括:/n将透化细胞与特异性结合所述目标染色质相关因子的第一抗体接触,其中所述第一抗体与多个转座体偶联,所述多个转座体中的每一个包含:/n至少一种转座酶;和/n转座子,其包括:/n含有第一转座酶识别位点的第一DNA分子;和/n含有第二转座酶识别位点的第二DNA分子;/n激活所述转座酶,从而切取与所述目标染色质相关因子结合的DNA的序列,并用所述DNA标签给所述DNA序列加标签,其中所述至少一种转座酶将所述第一和第二DNA分子整合到染色质DNA中,从而切割染色质DNA并用所述第一和第二DNA分子给染色质DNA加标签;/n分离所述切取的DNA;以及/n确定所述切取的DNA的序列,从而对目标染色质相关因子与所述细胞中的一个或多个DNA序列的结合进行作图。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170925 US 62/562,9181.一种用于确定细胞中目标染色质相关因子与DNA序列的结合位点的原位方法,所述方法包括:
将透化细胞与特异性结合所述目标染色质相关因子的第一抗体接触,其中所述第一抗体与多个转座体偶联,所述多个转座体中的每一个包含:
至少一种转座酶;和
转座子,其包括:
含有第一转座酶识别位点的第一DNA分子;和
含有第二转座酶识别位点的第二DNA分子;
激活所述转座酶,从而切取与所述目标染色质相关因子结合的DNA的序列,并用所述DNA标签给所述DNA序列加标签,其中所述至少一种转座酶将所述第一和第二DNA分子整合到染色质DNA中,从而切割染色质DNA并用所述第一和第二DNA分子给染色质DNA加标签;
分离所述切取的DNA;以及
确定所述切取的DNA的序列,从而对目标染色质相关因子与所述细胞中的一个或多个DNA序列的结合进行作图。


2.权利要求1的方法,其中所述抗体与所述至少一种转座酶间接偶联。


3.权利要求2的方法,其中所述转座酶与特异性结合所述第一抗体的特异性结合剂连接。


4.权利要求1的方法,其还包括:
使所述细胞与特异性结合所述第一抗体的第二抗体接触,并且其中所述转座酶与特异性结合所述第二抗体的特异性结合剂连接。


5.权利要求1的方法,其还包括:
使所述细胞与特异性结合所述第一抗体的第二抗体接触;
使所述细胞与特异性结合所述第二抗体的第三抗体接触,
并且其中所述转座酶与特异性结合所述第三抗体的特异性结合剂连接。


6.权利要求3-5中任一项的方法,其中所述特异性结合剂包括蛋白A或蛋白G或特异性结合所述第一抗体、所述第二抗体和/或所述第三抗体的第三抗体。


7.权利要求1的方法,其中所述目标染色质相关因子与染色质DNA序列的结合是直接的。


8.权利要求1-7中任一项的方法,其中所述目标染色质相关因子是转录因子。


9.权利要求1-8中任一项的方法,其中将所述细胞固定在固体表面上。


10.权利要求9的方法,其中所述固体表面包含珠粒或微量滴定板的壁。


11.权利要求1-10中任一项的方法,其中所述第一和/或第二DNA分子还包含条形码。


12.权利要求1-11中任一项的方法,其中所述第一和/或第二DNA分子还包含测序衔接子。


13.权利要求1-12中任一项的方法,其中所述第一和/或第二DNA分子还包含通用引发位点。


14.权利要求1-13中任一项的方法,其中所述至少一种转座酶包括Tn5转座酶。


15.权利要求1-13中任一项的方法,其中所述至少一种转座酶包括Mu转座酶。


16.权利要求1-13中任一项的方法,其中所述至少一种转座酶包括IS5或IS91转座酶。


17.权利要求1-13中任一项的方法,其中所述至少一个转座体包含至少两个不同的转座体,并且其中所述不同的转座体将不同的DNA序列整合到所述染色质DNA中。


18.权利要求1-17中任一项的方法,其还包括分离所产生的DNA片段。


19.权利要求18的方法,其还包括分析所述分离的核酸片段。


20.权利要求19的方法,其中分析所述分离的核酸片段包括确定所述核苷酸序列。


21.权利要求20的方法,其中所述核苷酸序列是使用测序或杂交技术在扩增或不扩增的情况下确定的。


22.权利要求1-21中任一项的方法,其中所述细胞是原核细胞。


23.权利要求1-21中任一项的方法,其中所述细胞是真核细胞。


24.权利要求23的方法,其中所述细胞是人细胞。


25.权利要求1-24中任一项的方法,其中通过使所述细胞与洋地黄皂苷接触来透化所述细胞和/或所述细胞的细胞核。


26.权利要求1-25中任一项的方法,其还包括使所述切取的DNA经历盐分级分离。


27.权利要求1-26中任一项的方法,其还包括确定与目标染色质相关因子相关的一种或多种蛋白质的身份。


28.权利要求1-27中任一项的方法,其中所述至少一种转座体的一部分包含已知量的污染性DNA,并且其中所述污染性DNA能够用于校准。


29.一种制备切取的染色质DNA的文库的方法,其包括权利要求1-28中任一项的方法。


30.一种检测目标染色质相关因子与细胞中染色质DNA序列的结合的方法,其包括:
将未交联的透化细胞与特异性识别目标染色质相关因子的特异性结合剂接触,其中所述特异性结合剂与处于非活性状态的核酸酶或转座酶...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·海尼科夫H·S·卡娅奥库T·D·布莱森P·J·斯基恩
申请(专利权)人:弗雷德哈钦森癌症研究中心
类型:发明
国别省市:美国;US

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