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芝加哥大学的科学家开发出新技术来准确测量表

发布时间:2019-03-21 11:18:50

芝加哥大学的科学家开发出新技术来准确测量表观遗传变化 2015年6月4日 表观遗传学研究中最广泛使用的工具之一 - DNA包装如何影响基因表达的研究 - 是染色质免疫沉淀(ChIP),这种

  芝加哥大学的科学家开发出新技术来准确测量表观遗传变化

  2015年6月4日

  表观遗传学研究中最广泛使用的工具之一 - DNA包装如何影响基因表达的研究 - 是染色质免疫沉淀(ChIP),这种技术允许研究人员检查特定蛋白质和基因组区域之间的相互作用。然而,ChIP是一种相对测量,并且具有显着的局限性,可能导致错误,重复性差以及无法在实验之间进行比较。

  为了解决这些问题,芝加哥大学的科学家开发了一种新技术,用内标校准ChIP实验。该方法称为内标校准ChIP(ICeChIP),为研究人员提供了评估ChIP测量的客观量表,实现更高的准确性和可重复性,更好的质量控制和实验之间的无偏见比较 - 显着提高了表观遗传学研究的准确性和治疗学的发展对抗与表观遗传变化有关的疾病。 ICeChIP在6月4日发表于Molecular Cell的论文中有所描述。

  “在此之前,使用ChIP无法进行准确的测量,”资深作者Alex Ruthenburg博士说,芝加哥大学分子遗传学和细胞生物学助理教授。 “我们将ICeChIP视为在实验范例和患者样本中测量真实表观遗传现象的重要一步。”

  对于有效的细胞储存,DNA通常在组蛋白周围缠绕成称为核小体的复合物。对组蛋白的化学修饰 - 已知响应于细胞信号或环境条件而发生 - 可以影响基础DNA的表达。尽管人们对这些表观遗传变化仍然知之甚少,但这些变异被怀疑会影响从癌症到心血管疾病的各种行为和健康相关问题。

  ChIP分析是测量这些变化的最常用工具。该方法的核心是设计用于结合目标标志物的抗体,例如组蛋白修饰。抗体允许研究人员从细胞或患者样本中收集的一般基因组材料库中提取特定组蛋白和相关DNA。然后可以对这些提取的复合物进行测序和分析。

  但是,ChIP有几个缺点。当结合目标标志物时,商业抗体通常具有可变的亲和力,特异性和可重复性。在ChIP分析中无法测量抗体质量,这可能导致实验误差。此外,ChIP生成的数据以相对比例表示。与方案,试剂,设备和其他因素的变化相结合,这使得实验之间的比较具有挑战性。

  一个新标准

  Ruthenburg和他的团队通过开发一种名为ICeChIP的方法解决了这些问题,该方法为ChIP分析添加了内部标准,允许根据客观尺度测量结果。他们通过设计半合成核小体来实现这一目的 - 组蛋白与各种定制合成的DNA片段相结合。这些片段对应于不同的DNA浓度,并作为条形码,作为一组标准。

  为了使用ICeChIP,首先将半合成核小体工程化以代表研究人员感兴趣的特定蛋白质标记物。然后将这些核小体添加到待运行的样品中。当抗体提取组蛋白复合物和相关的目标DNA时,也提取ICeChIP核小体。在分析期间,鉴定合成的DNA条形码并用于产生校准曲线。这使研究人员能够计算实验中使用的抗体的功效和特异性,并计算整个基因组中含有感兴趣标记的组蛋白的真实量。

  相关故事基因疗法恢复先天性遗传性耳聋小鼠的听力独特的基因治疗方法为治疗罕见的遗传性疾病铺平了新的方法PARP抑制剂和免疫疗法的组合导致SCLC小鼠模型中的肿瘤消退“我们所做的是通过ChIP实验产生的数字对应于真实的东西,“鲁滕堡说。 “通过在实验中加入内标,我们将所有测量结果与该标准联系起来。这不仅可以被复制和比较,我们终于能够测量在基因组中的给定点存在多少修饰而不是相对量。

  

  研究人员通过测量小鼠和人类干细胞中众所周知的表观遗传标记H3K4me3修饰来测试ICeChIP的功效。向样品中加入少量合成核小体,然后在ChIP测定中进行。研究小组发现,大约2%的组蛋白表达了这种标记,这一数字得到了质谱,放射性标记实验和其他独立测试的证实。通过模拟实验处理差异来测试再现性,并且发现结果在多次试验中是稳定的。

  他们还使用ICeChIP测量各种其他常见的组蛋白修饰,并取得了令人惊讶的发现。他们发现干细胞中大约三分之一的基因与激活和失活组蛋白修饰有关 - 这种现象称为二价。这被认为是发展的监管机制,但直到现在还未经证实。 Ruthenburg和他的团队发现二元性确实是一个真正的特征,但它在整个基因组中的普遍性使人怀疑它在发育遗传调控中的作用。

  “我们的工作首次在基因组规模上衡量二元性,其普遍性表明它不像以前认为的那样专业化”。鲁滕堡说。

  研究小组还发现,常用抗体对某些组蛋白标记物的功效 - 特别是H3K36me3和H3K79me2修饰 - 的特异性较差。由于这些抗体已用于数百项已发表的研究,并已导致正在进行临床试验的治疗方法的开发,因此可能需要进一步的研究来验证以前的结果。

  “我们深感担忧的是,这些标记的某些测量值远远超过信号,”鲁滕堡说。

  该团队正在努力将ICeChIP扩展到其他组蛋白和蛋白质标记物,提高其对商业用途的适用性,并研究如何利用它来开发人类疾病的诊断分析。

  资料来源:芝加哥大学