染色质免疫共沉淀（chromatin immunoprecipitation，ChIP）是研究DNA和蛋白质相互作用的有力工具，常被用来研究转录因子、调控蛋白、修饰组蛋白等与DNA特异性结合位点。然而标准的ChIP-Seq方法每个免疫沉淀反应需要使用百万数量级的细胞，因此对于许多细胞类型来说，细胞数量的限制是获得高质量ChIP-Seq数据的一大障碍，例如小鼠的原始生殖细胞（primordial germ cells，PGCs）。正是由于这一限制，科学界对于胚胎细胞中是否存在二价性以及它与多能性的关系缺乏清楚的了解。
Covaris是一家专注于样本前处理的公司，其独特的专利技术Covaris AFA聚焦超声可被应用于染色质片段化。因此，很多ChIP实验都会采用Covaris系统，用以提升实验的可重复性和片段的均一性。以下这篇文章的低细胞ChIP方案就离不开Covaris的贡献，我们一起来看看吧~
Background
细胞的多能性依赖于表观遗传修饰的调控。二价结构域是指染色质区域同时存在转录激活修饰(H3K4me3)和转录抑制修饰(H3K27me3) 的一种特殊的修饰状态，其被认为在多能性中发挥重要作用，可以使发育基因保持沉默状态，而在准备分化时激活。二价结构域已被证明存在于未分化的胚胎干细胞(ESCs)及几种体内成体组织(包括精子、睾丸、小脑和造血室)的发育调控基因中。然而，动物胚胎中存在二价性的直接证据有限且相互矛盾，双价结构域被证明存在于斑马鱼中，但未在爪蟾或果蝇胚胎中检测到。
PGCs与多能性相关，然而由于在发育过程中存在的PGCs数量较少，该模型的几乎所有证据都来自基于免疫荧光(immunofluorescence，IF)的方法，缺乏基因水平分辨率。为了表征PGCs的染色质状态，来自加州大学洛杉矶分校布罗德再生医学中心和干细胞研究中心的研究人员开发了一种低细胞数染色质免疫沉淀(low-cell ChIP)方案用于分析组蛋白标记。利用该技术，他们进行了ChIP测序(ChIP-seq)和ChIP定量PCR (ChIP- qPCR)，以表明在PGC发育的多个阶段，发育调控基因存在二价结构域。
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低细胞ChIP方案
研究人员开发了一种低细胞ChIP方案，使用基于磁珠的捕获，并对现有方法进行了关键改进，包括减少染色质的处理，提高超声重复性，以及不需要载体DNA或DNA预扩增。低细胞ChIP-Seq中，使用Covaris超声处理器进行12分钟的超声，频率为5%，强度为3，脉冲数为200。
后续，研究人员使用表达N端myc标记H3.3组蛋白的转基因小鼠ESC系验证了该方案。对myc-H3.3和对照免疫球蛋白G (immunoglobulin G，IgG)进行ChIP，处理的细胞数量从250万减少到12500。预计与H3.3结合的12个位点中有11个与IgG相比，myc-H3.3的富集程度至少高10倍，这表明了该检测的特异性和低背景。此外，位点之间的相对富集与起始细胞数无关，且保持稳定，证明了该检测的稳健性和敏感性，该方案将广泛用于表征体内罕见的干细胞和前体细胞群的染色质状态。
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PCG中二价结构域的分析
接着，研究人员利用开发的低细胞ChIP方案检测了小鼠PGCs中H3K4me3和H3K27me3的全基因组和基因特异性分布。研究发现，胚胎第11.5天(E11.5) PGCs的全基因组分析显示，H3K4me3/H3K27me3双价结构域在发育调控基因上高度富集，其方式与ESCs非常相似。且与周围体细胞（Soma）相比，PGCs在发育基因上富含二价（图1）。发育调节因子在E13.5开始的性分化过程中保持双价和转录抑制。
图1. 与周围体细胞相比，PGCs在E11.5时富含二价发育调节因子
除了发育基因外，该研究还发现了大约3000个孤儿二价结构域，这些结构域位于已知基因的远端，富含CPG岛（CpG islands ，CGIs），并以组织特异性的方式表达。这里鉴定的一些二价结构域对应于非编码RNA，推测这些非编码RNA可能类似于二价基因，具有发育功能。
这些研究结果为胚胎种系中存在二价结构域提供了强有力的证据。二价结构域在PGCs中的存在可能有助于阻止体细胞程序在种系中的表达，发育调节因子可能在生殖系中保持在一种被抑制但可接近的状态，以便在受精后在下一代中激活。
Covaris提供稳定的染色质剪切结果
染色质剪切是ChIP实验中至关重要的一步，直接决定了ChIP实验能否成功。Covaris AFA聚焦超声系统，是在传统超声波处理基础上的技术革新，通过球面固态超声波发生器将声波聚焦到样本区域，对样本进行处理。
Covaris染色质剪切优势
①可将染色质片段化为300~600bp之间，片段分布均匀，重复性高；
②温度恒定，保护蛋白抗原表位，提高IP和DNA回收率；
③非接触式处理，无交叉污染；
④高频低能的聚焦声波，以较低的能量输入获得良好的处理效果，避免传统超声能量过剩可能引起的样本处理过度及热损伤；
⑤通量可扩展，从单个样本到96个样本，Covaris 提供多种型号设备。
Covaris在染色质剪切方面能够实现良好的重复性，剪切无偏好，片段长度分布均匀，提供高效可控、重复性优良的样本处理方案，为后续的IP以及数据分析打下良好的基础。
基因有限公司作为Covaris在中国的合作伙伴，致力于为您提供更完整的样本前处理解决方案。邀您一同关注我们的官方微信“基因快讯”，如需要进一步资料，可留言或者直接联系基因有限公司各地办事处。
