CHIP SEQ技术在转录因子结合位点分析的应用

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chip-seq应用案例

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Chip-Seq应用案例一、简介随着基因组学和生物信息学的发展,Chip-Seq技术已经成为研究基因表达调控的重要手段。

Chip-Seq技术通过将基因组DNA与蛋白质进行共沉淀,并利用高通量测序技术对沉淀的DNA进行分析,能够精确定位蛋白质与DNA的结合位点,揭示基因表达的调控机制。

本篇文章将介绍几个Chip-Seq的应用案例,展示该技术在不同研究领域中的重要性和价值。

二、 Chip-Seq应用案例1. 转录因子结合位点分析:转录因子是一类能够识别并结合特定DNA序列的蛋白质,参与基因转录的调控。

通过Chip-Seq技术,可以研究转录因子在基因组中的结合位点,从而揭示其在特定组织或生理状态下的基因表达调控作用。

例如,一项研究发现,在乳腺癌细胞系中,转录因子ERα通过与基因组中多个位点结合,调控与乳腺癌发生发展相关的基因表达(如表1)。

表1:转录因子ERα的Chip-Seq分析结果基因位点结合强度功能注释XYZ强乳腺癌发生发展相关基因ABC中细胞周期相关基因DEF弱细胞凋亡相关基因2. 染色质重塑分析:染色质重塑是指染色质结构在空间和时间上的重新排列,对基因的表达具有重要影响。

通过Chip-Seq技术,可以检测染色质重塑复合物在基因组中的分布情况,进一步了解染色质重塑如何参与基因表达调控。

例如,一项研究发现,在胚胎干细胞中,染色质重塑复合物SMARCA4与Oct4、Sox2和Nanog等关键转录因子共同作用,调控干细胞多能性的维持(如表2)。

表2:染色质重塑复合物SMARCA4的Chip-Seq分析结果基因位点结合强度功能注释ABC强多能性维持相关基因XYZ中细胞分化相关基因DEF弱细胞凋亡相关基因3. miRNA结合位点分析:miRNA是一类非编码RNA,通过与mRNA结合调控基因表达。

通过Chip-Seq技术,可以检测miRNA与基因组中DNA的相互作用,进一步了解miRNA在发育、代谢及疾病中的作用。

chip—seq原理

chip—seq原理

chip—seq原理Chip-seq(Chromatin Immunoprecipitation Sequencing)是一种能够识别染色质结构和转录因子结合位点的技术。

它结合了染色质免疫共沉淀和高通量测序技术,可以高效地鉴定蛋白质与DNA相互作用的位点。

Chip-seq的原理主要包括以下几个步骤:样品处理、免疫沉淀、DNA 提取、测序和数据分析。

首先,样品处理是为了获得高质量的细胞或组织样品。

样品要经过交联处理,将蛋白质与DNA交联在一起,然后通过细胞裂解和核蛋白提取等步骤,将染色质释放出来。

接下来,免疫沉淀是将特定的抗体与目标蛋白质结合,形成抗体-蛋白质复合物。

这些抗体可以是特定的转录因子抗体,也可以是与染色质结构相关的抗体。

将这些抗体与染色质样品混合,使抗体与靶标结合,形成免疫沉淀复合物。

然后,通过蛋白质A/G磁珠等亲和剂,将抗体-蛋白质复合物与磁珠结合。

这些磁珠可以有效地分离免疫沉淀复合物,并去除非特异性结合的蛋白质。

接下来,DNA提取是为了从免疫沉淀复合物中纯化出与目标蛋白质结合的DNA。

通过裂解免疫沉淀复合物,释放出DNA,并经过一些处理(如蛋白酶消化)去除非特异性结合的DNA。

然后,通过DNA纯化方法,如酚/氯仿提取或商业化的DNA纯化试剂盒,从混合物中纯化出DNA。

接下来,测序是将纯化的DNA进行高通量测序。

Chip-Seq通常采用Illumina测序技术,将DNA片段连接到测序芯片上,通过测序仪进行测序。

这样就可以获得大量的短序列片段,每个片段都对应着原来染色质上的一个特定区域。

最后,数据分析是将测序得到的片段与参考基因组进行比对,确定它们的起始位置和覆盖范围。

通过对片段的分布模式进行统计分析,可以鉴定出与目标蛋白质结合的DNA序列区域,也就是转录因子结合位点或染色质修饰位点。

总结起来,Chip-seq技术通过将特定的抗体与目标蛋白质结合,形成免疫沉淀复合物,然后纯化出与目标蛋白质结合的DNA,并进行高通量测序和数据分析,从而鉴定出染色质结构和转录因子结合位点。

技术贴|ChIP-seq技术简介

技术贴|ChIP-seq技术简介

技术贴|ChIP-seq技术简介染色质免疫沉淀后测序(ChIP seq)是一种针对DNA结合蛋白、组蛋白修饰或核小体的全基因组分析技术。

由于二代测序技术的巨大进步,ChIP-seq比其最初版本ChIP-chip具有更高的分辨率、更低的噪声和更大的覆盖范围。

随着测序成本的降低,ChIP- seq已成为研究基因调控和表观遗传机制不可或缺的工具。

原理甲醛处理细胞使目标蛋白与DNA交联,通过超声波将交联后的染色质打断成小片段,一般在200-600bp范围内。

再利用抗原抗体的特异性识别反应,将与目的蛋白相结合的DNA片段沉淀下来。

最后,去交联并对纯化后DNA进行PCR扩增,高通量测序,最后与已有基因组序列进行比对,以确定DNA与蛋白质结合的序列。

问题分析1.甲醛交联对后续结果分析的影响?自从Orlando V等人首次发明了ChIP技术,十几年后核心步骤仍无大变化。

然而,ChIP-seq技术实际存在一定的缺陷,例如甲醛交联。

甲醛虽然是一种高度渗透的交联剂,但由于其反应活性仅限于胺,因此其交联效率较低;对哺乳动物细胞而言,其最大交联效率仅为1%。

因此甲醛交联细胞所需的起始量很大,也因此该技术也很难适用于微量细胞及单细胞样本。

牛津大学出版社发表的文章In vivo formaldehyde cross-linking: it is time for black box analysis指出,某些蛋白质如:阻遏蛋白,NF-κB等无法通过甲醛交联到DNA上,研究表明;在DNA上的停留时间短于5秒的蛋白质无法用甲醛交联。

其次,甲醛会导致许多其它无关蛋白质交联到DNA上,影响后续分析数据。

有报道称,甲醛交联会触发DNA损伤应答机制,从而改变染色体组分,进而使ChIP结果产生偏向性。

除此之外,由于交联反应在加热和低PH的情况下会发生逆转,因此DNA蛋与白质的交联复合物的稳定性也是一个值得关注的问题。

因此,甲醛究竟在多大程度上能反应细胞内蛋白质的分布仍不能确定。

chip-seq过程

chip-seq过程

chip-seq过程Chip-seq(染色质免疫沉淀测序)是一种常用的基因组学技术,它可以用来研究蛋白质与DNA之间的相互作用。

本文将详细介绍chip-seq的过程及其应用。

一、引言Chip-seq是一种结合了染色质免疫沉淀(ChIP)和高通量测序(sequencing)的技术,用于研究特定蛋白质与DNA之间的相互作用。

通过该技术,我们可以确定蛋白质与DNA的结合位点,并进一步了解这些结合位点在基因调控中的作用。

二、实验步骤1. 交联:首先,将细胞或组织交联,使DNA与蛋白质相互交联形成复合物。

这一步骤可以使用甲醛等交联剂进行。

2. 染色质免疫沉淀:将交联后的细胞或组织进行裂解,使DNA与蛋白质分离。

然后,使用特异性抗体与目标蛋白质结合,形成抗原抗体复合物。

接着,使用磁珠或琼脂糖柱等材料,将抗原抗体复合物与其他非特异性结合的蛋白质和DNA分离。

3. 反交联:将抗原抗体复合物中的DNA与蛋白质进行反交联,使其分离。

这一步骤可以通过高温或酶切等方法进行。

4. DNA纯化:将反交联后的DNA进行纯化,去除杂质。

可以使用酚/氯仿等方法进行DNA的提取和纯化。

5. DNA测序:将纯化后的DNA进行高通量测序。

通过测序,可以得到大量的DNA片段序列。

6. 数据分析:对测序得到的数据进行分析,包括数据过滤、比对和富集分析等。

通过对数据的分析,可以确定蛋白质与DNA的结合位点,并推测这些结合位点在基因调控中的功能。

三、应用1. 确定转录因子结合位点:转录因子是调控基因表达的关键蛋白质,chip-seq可以用来确定转录因子与DNA的结合位点。

通过分析转录因子的结合位点,我们可以了解基因调控网络的组成和功能。

2. 研究组蛋白修饰:组蛋白修饰是一种重要的基因调控机制,chip-seq可以用来研究组蛋白修饰与DNA的相互作用。

通过分析组蛋白修饰的分布情况,我们可以了解基因的激活或抑制状态。

3. 鉴定染色体可及性:染色体的可及性是指染色体上的DNA片段是否容易被蛋白质结合。

转录因子调控下游靶基因的验证手段

转录因子调控下游靶基因的验证手段

转录因子是一种能够调控基因转录活性的蛋白质,它们通过与特定的DNA序列结合,来调节靶基因的表达。

在细胞生物学和分子生物学研究中,研究转录因子调控下游靶基因的验证手段对于理解基因调控网络和疾病发生发展具有重要意义。

本文将介绍一些常用的转录因子调控下游靶基因的验证手段,并分析它们的优缺点。

1. ChIP-Seq技术验证转录因子结合位点ChIP-Seq(Chromatin Immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing)技术是一种用来研究转录因子与染色质相互作用的方法。

利用特异性抗体将转录因子与其结合的DNA片段“拉下来”,然后通过高通量测序技术对这些DNA片段进行测序分析。

ChIP-Seq技术可以帮助鉴定转录因子结合位点,并验证转录因子调控下游靶基因的机制。

但是,ChIP-Seq技术需要大量的细胞样品和专业的实验操作,成本较高,且对实验技术要求较高。

2. Luciferase报告基因分析转录因子调控功能Luciferase报告基因分析是一种常用的验证转录因子调控下游靶基因的功能的方法。

研究者将转录因子结合位点序列克隆到Luciferase报告基因载体中,然后转染至目标细胞中,通过测定Luciferase表达量来评估转录因子对靶基因的调控功能。

这种方法简单易行,结果可定量分析,但需要大量的细胞培养和实验操作,并且受细胞类型和转染效率的影响。

3. RNA干扰与转录因子功能验证RNA干扰(RNA interference)是一种通过RNA分子介导的基因静默的技术,可以用来验证转录因子对靶基因的功能调控。

通过靶向干扰转录因子的表达,观察其对靶基因表达水平的影响,可以评估转录因子的功能。

这种方法通过干扰转录因子的表达,直接验证其在调控下游靶基因中的作用,但需要设计合适的RNA干扰实验方案,并考虑到靶基因表达的调控网络。

4. EMSA技术分析转录因子结合DNA的特异性EMSA(electrophoretic mobility shift assay)是一种用来分析转录因子与DNA结合特异性的技术。

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用CHIP SEQ(Chromatin Immunoprecipitation Sequencing)是一种高通量测定转录因子、组蛋白和DNA互作的方法。

它结合了染色质免疫沉淀(ChIP)和高通量测序技术,可以有效地鉴定转录因子在基因组上的结合位点,从而揭示基因表达调控的分子机制。

在本篇文章中,我们将探索CHIP SEQ技术在转录因子结合位点分析的应用。

CHIPSEQ技术的基本原理是将细胞或组织中的染色质进行交联固定,并利用特异性抗体对目标蛋白进行免疫沉淀。

然后,通过DNA片段的解链、末端修复和连接测序适配体等处理后,进行高通量测序。

最后,通过比对整个基因组的测序结果,可以确定转录因子结合位点的位置。

利用CHIPSEQ技术,可以鉴定和研究转录因子的结合位点,对于揭示基因调控网络、再表达调控、启动子选择以及逆转录及病理性过程中等尤为重要。

以下是CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析中的几个应用方面:1.定位转录因子结合位点:通过CHIPSEQ可以确定转录因子在基因组上的结合位点,并标记转录因子结合位点的丰度。

这有助于了解转录因子与基因调控网络之间的关系,以及转录因子在基因调控过程中所扮演的角色。

2.揭示转录因子的作用目标:CHIPSEQ技术可以鉴定转录因子结合位点附近的启动子和增强子等调控区域。

通过分析转录因子结合位点周围的DNA序列,可以预测经过转录因子调控的潜在靶基因,并进一步揭示转录因子对基因表达的调控机制。

3.研究转录因子的功能:通过CHIPSEQ技术可以鉴定转录因子结合位点的重叠情况,即多个转录因子共同结合的位点。

这有助于了解转录因子之间的相互作用关系,以及它们在调控基因表达中的合作作用和竞争作用。

4.鉴定转录因子与疾病的关联:通过CHIPSEQ技术可以鉴定在一些疾病状态下,转录因子结合位点的改变情况。

这有助于我们理解转录因子在疾病发生和发展中的角色,并为疾病的诊断和治疗提供新的靶点和策略。

获得转录因子靶基因的方法

获得转录因子靶基因的方法

获得转录因子靶基因的方法引言转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质,它们在基因表达调控中起着重要的作用。

转录因子通过结合到DNA的特定序列上,调控靶基因的转录活性。

因此,了解转录因子的靶基因是研究基因调控网络和生物学过程的重要一步。

本文将介绍获得转录因子靶基因的常用方法。

1. 转录因子结合位点预测转录因子结合位点是转录因子结合到DNA上的特定序列。

通过预测转录因子结合位点,可以推测转录因子的靶基因。

以下是常用的转录因子结合位点预测方法:1.1. 基于序列的预测方法•Motif扫描:Motif是指转录因子结合位点上的保守序列模式。

Motif扫描方法通过比对已知的Motif序列库,预测可能的转录因子结合位点。

常用的Motif扫描工具包括MEME、RSAT和HOMER等。

•Motif转录因子绑定预测:Motif转录因子绑定预测方法是通过预测Motif 序列与转录因子的结合能力,来推测转录因子的结合位点。

常用的Motif转录因子绑定预测工具包括FIMO、HOMER和CentriMo等。

1.2. 基于表达数据的预测方法•ChIP-seq数据分析:ChIP-seq是一种高通量测序技术,可以用于检测转录因子结合位点。

通过分析ChIP-seq数据,可以鉴定出转录因子的结合位点,并进一步推测其靶基因。

常用的ChIP-seq数据分析工具包括MACS、HOMER和ChIPseeker等。

•ATAC-seq数据分析:ATAC-seq是一种测定染色质可及性的技术,可以用于预测转录因子结合位点。

通过分析ATAC-seq数据,可以推测转录因子的结合位点,并进一步推测其靶基因。

常用的ATAC-seq数据分析工具包括MACS2、HOMER和Genrich等。

2. 转录因子靶基因筛选在获得转录因子结合位点后,接下来需要筛选出真正的靶基因。

以下是常用的转录因子靶基因筛选方法:2.1. 基于共表达分析的筛选方法•基因表达相关性分析:通过分析大规模基因表达数据,寻找与转录因子表达水平高度相关的基因,推测其为转录因子的靶基因。

chip—seq原理

chip—seq原理

chip—seq原理Chip-seq(Chromatin Immunoprecipitation Sequencing,染色质免疫沉淀测序)是一种用于研究染色质上的转录因子结合位点和组蛋白修饰的方法。

该方法首先对细胞进行染色质交联,使得DNA与染色质蛋白交联在一起。

然后使用适当的抗体选择性地免疫沉淀目标转录因子或组蛋白修饰。

接下来,将沉淀物中的DNA进行解交联,并通过DNA纯化获取目标DNA片段。

之后,对目标DNA片段进行测序。

通过高通量测序技术,可以得到很多短序列片段,这些片段对应于染色体上的不同位置。

这些测序片段可以与参考基因组进行比对,从而确定它们在基因组上的位置。

最后,通过对比实验组和对照组的测序数据,可以鉴定转录因子结合位点或组蛋白修饰位点的位置和富集情况,进而研究染色质的功能和调控机制。

总结起来,Chip-seq的原理可以简化为以下几个步骤:1. 染色质交联:将DNA与染色质蛋白交联在一起。

2. 免疫沉淀:使用抗体选择性地沉淀目标转录因子或组蛋白修饰。

3. DNA解交联:将沉淀物中的DNA解除交联,并进行纯化。

4. DNA测序:对纯化后的DNA片段进行高通量测序。

5. 数据分析:通过比对测序数据,确定DNA片段在基因组上的位置,并进行ChIP峰检测和差异分析等。

当使用Chip-seq技术进行染色质免疫沉淀测序时,还可以进一步进行数据分析来获得更多的信息。

1. Peak calling(峰检测):通过对测序数据进行分析和统计,可以识别出在特定条件下与目标蛋白结合的区域,称为峰。

峰通常表示转录因子结合位点或组蛋白修饰位点。

2. Motif analysis(基序分析):对峰区域进行进一步分析,可以识别出其中的共有序列模式,称为基序。

这些基序可能与特定转录因子的结合相关,从而可以推断特定转录因子在染色质上的结合位点。

3. Differential binding analysis(差异结合分析):比较不同实验条件下的Chip-seq数据,可以发现转录因子的结合差异。

多个基因的共同转录因子检测方法

多个基因的共同转录因子检测方法

多个基因的共同转录因子检测方法随着生物技术的不断发展,人们对基因调控的研究日益深入,共同转录因子在基因调控中扮演着至关重要的角色。

共同转录因子是一类能够同时调控多个基因转录的蛋白质,它们通过结合到多个基因的启动子区域,协同调控这些基因的表达。

发展一种可靠、高效的方法来检测多个基因的共同转录因子对于揭示基因调控网络的机制具有重要意义。

本文将介绍一些常用的多个基因的共同转录因子检测方法,并探讨它们的优缺点。

一、ChIP-seq技术ChIP-seq(Chromatin Immunoprecipitation Sequencing)技术是目前最为常用的转录因子结合位点检测方法之一。

该方法通过将特定的抗体与转录因子结合后,利用染色质免疫沉淀技术富集转录因子结合的染色质片段,再结合高通量测序技术对富集的染色质片段进行测序,从而获得转录因子结合的基因组位置信息。

在多个基因的共同转录因子检测中,研究人员可以利用ChIP-seq技术分析多个基因启动子区域上的转录因子结合情况,进而筛选出共同调控这些基因的转录因子。

ChIP-seq技术还可以通过比较不同条件下的样品来鉴定共同转录因子的动态结合情况,进一步揭示基因调控的机制。

ChIP-seq技术也存在部分缺点,如对实验条件的要求较高、数据分析复杂等。

二、RNA-seq技术除了ChIP-seq技术外,RNA-seq技术也可以用于检测多个基因的共同转录因子。

RNA-seq技术是一种利用高通量测序技术对RNA进行定量和质量分析的方法,可以全面、准确地检测基因的表达情况。

研究人员可以利用RNA-seq技术分析在不同条件下多个基因的表达模式,通过寻找共同上调或下调的基因来筛选可能存在的共同转录因子。

RNA-seq 技术还可以通过分析基因的剪接异构体来揭示共同转录因子对于基因的剪接调控作用。

RNA-seq技术在检测转录因子结合位点以及动态结合情况方面相对ChIP-seq技术来说存在局限性。

ChIP技术的实验原理和应用

ChIP技术的实验原理和应用

ChIP技术的实验原理和应用概述ChIP (Chromatin Immunoprecipitation) 技术是一种用于研究染色质上蛋白质-蛋白质和蛋白质-核酸相互作用的方法。

其原理是利用特异性抗体来富集与目标蛋白质相互作用的染色质区域,通过分析富集后的DNA序列,可以确定目标蛋白质的结合位点以及与之相关的基因表达调控网络。

ChIP技术已被广泛应用于研究基因表达调控、染色质重塑、疾病发生机制等领域。

实验原理ChIP技术的实验流程主要包括以下几个步骤:1.交联:将细胞或组织交联,固定染色质蛋白质与DNA的结合状态,一般使用甲醛进行交联。

2.细胞裂解:将交联的细胞裂解,释放出染色质蛋白质-DNA复合物。

裂解可以采用物理方法(如超声波破碎)或化学方法(如胶体法)。

3.DNA片段化:使用限制性内切酶或酶切剂,将染色质蛋白质-DNA复合物切割成小片段。

切割后的DNA片段长度与目标蛋白质的结合区域有关。

4.免疫沉淀:将特异性抗体加入到裂解液中,与目标蛋白质结合,并形成抗体-目标蛋白质-DNA复合物。

通过抗体的亲和力可以选择性地富集目标蛋白质结合的DNA片段。

5.洗涤:将非特异性的DNA片段和其他不相关的蛋白质从免疫沉淀物中洗脱。

洗涤的条件要求严格,以确保只保留目标蛋白质与DNA结合的片段。

6.反交联:通过加热或酶解的方法解除交联,使得DNA片段恢复到自由状态。

7.DNA纯化:对反交联后的DNA片段进行纯化和提取,以得到富集的DNA样品。

实验应用ChIP技术在生物医学研究中有着广泛的应用。

下面列举了ChIP技术在不同领域的应用:1.基因表达调控研究:ChIP技术可以用于研究转录因子与DNA结合的位点,从而揭示基因表达的调控网络。

通过ChIP-seq技术可以高通量地测定全基因组范围内的转录因子结合位点,并进一步分析与这些结合位点相关的基因表达调控元件。

2.染色质结构与重塑研究:ChIP技术可以用于研究染色质的结构和重塑。

chipseq流程 简书

chipseq流程 简书

chipseq流程简书Chip-seq(Chromatin Immunoprecipitation followed by sequencing)是一种广泛应用于研究基因组中蛋白质与DNA相互作用的方法。

本文将介绍Chip-seq实验的基本流程和分析方法,以及其在生物学研究中的应用。

第一部分:Chip-seq实验流程1. 细胞或组织样品的处理:首先,需要从感兴趣的细胞或组织中提取染色质。

常用的方法包括细胞裂解、核裂解和DNA剪切等步骤。

这些步骤的目的是获得高质量的染色质样品。

2. 免疫沉淀:接下来,将特定抗体与染色质样品一起孵育,使抗体与目标蛋白质结合。

这一步骤的目的是选择性地富集与特定蛋白质相结合的DNA片段。

3. DNA纯化:通过洗涤和离心等步骤,将非特异性结合的DNA片段去除,从而得到与特定蛋白质结合的DNA片段。

4. DNA片段的测序:将纯化的DNA片段进行测序,通常采用高通量测序技术,如Illumina测序。

这样可以得到大量的短序列读数,用于后续的分析。

第二部分:Chip-seq数据分析方法1. 数据预处理:首先,对测序得到的短序列读数进行质量控制和去除低质量reads。

然后,根据测序引物的序列去除引物序列。

2. 读数比对:将预处理后的短序列读数与参考基因组进行比对,常用的比对工具有Bowtie、BWA等。

比对的目的是将读数与其在基因组中的位置关联起来。

3. 峰识别:通过统计每个位置上的测序读数数量,可以得到染色质上的富集区域。

常用的峰识别算法有MACS、SICER等。

峰识别的目的是找出与特定蛋白质结合的DNA片段的富集区域。

4. 峰注释:对识别出的峰进行注释,可以了解峰所在的基因、转录因子结合位点等信息。

常用的注释工具有HOMER、ChIPseeker等。

5. 富集分析:通过对峰进行富集分析,可以了解特定蛋白质在基因组中的结合模式和功能。

常用的富集分析方法有Motif分析、GO 分析等。

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用CHIP SEQ(Chromatin Immunoprecipitation sequencing)技术是一种用于研究转录因子结合位点的高通量测序技术。

该技术结合了染色质免疫沉淀(Chromatin Immunoprecipitation,ChIP)和高通量测序技术,能够有效地分析细胞核中的转录因子结合位点,从而揭示转录因子在基因调控中的作用。

CHIPSEQ技术的基本原理是首先将一些特定的转录因子与交联前的染色质进行免疫沉淀,形成DNA-蛋白质复合物。

随后,通过裂解、酶切和DNA纯化等操作,将免疫沉淀得到的DNA片段提取出来。

接下来,提取的DNA片段被测序,得到数百万个短片段序列。

最后,通过比对和数据分析,可以得到转录因子结合位点的信息。

CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析中具有广泛的应用。

首先,该技术可以帮助研究人员鉴定出转录因子结合位点的全基因组分布。

通过对整个基因组进行高通量测序,可以得到转录因子结合位点的全局图谱,从而全面了解转录因子在调控基因表达中的作用。

其次,CHIPSEQ技术可以揭示转录因子结合位点与基因调控之间的关系。

通过对转录因子结合位点与基因组中其他调控元件的相互作用进行分析,可以揭示出调控网络的复杂性。

同时,该技术还可以帮助研究人员鉴定出与特定转录因子结合位点相关的调控序列,从而进一步了解特定转录因子对基因表达的具体调控机制。

此外,CHIPSEQ技术还可以用于研究转录因子结合在疾病中的作用。

许多疾病的发生和发展与基因调控紊乱有关,转录因子的结合位点对于疾病相关基因的调控具有重要的作用。

通过在疾病样本中应用CHIPSEQ技术,可以发现与特定疾病相关的转录因子结合位点,从而更好地理解疾病的发生机制。

最后,CHIPSEQ技术还可以用于研究个体间的转录因子结合差异。

不同个体之间的基因表达和调控存在一定的差异,这些差异往往与个体之间的遗传变异有关。

转录因子结合位点的变异

转录因子结合位点的变异

转录因子结合位点的变异引言转录因子是一类能够结合到DNA的蛋白质,在基因的转录调控中起着至关重要的作用。

转录因子结合位点是指转录因子与DNA结合的特定位置,它们在基因调控中起着桥梁的作用。

近年来,对于转录因子结合位点的变异的研究引起了科学家们的广泛关注。

本文将详细探讨转录因子结合位点的变异及其对基因调控的影响。

转录因子结合位点的意义转录因子结合位点是调控基因表达的关键元件,它们决定了哪些基因将会被特定的转录因子调控。

在基因表达过程中,转录因子通过与DNA结合位点结合来调控下游基因的转录水平。

转录因子结合位点的变异,即位点的序列突变,可能会引起转录因子与DNA结合的亲和力、稳定性以及特异性的改变,从而对基因表达产生影响。

转录因子结合位点的变异分类根据变异的位置和类型,转录因子结合位点的变异可分为两类:核心结合位点的变异和外围结合位点的变异。

核心结合位点的变异核心结合位点是转录因子与DNA结合的主要区域,位于基因的启动子区域。

核心结合位点的变异可能会改变转录因子与DNA的结合亲和力、结合稳定性和特异性,从而影响基因的调控。

核心结合位点的变异通常与基因的表达水平的改变密切相关。

外围结合位点的变异外围结合位点位于核心结合位点附近,也称为增强子和增强子相关位点。

外围结合位点的变异可能会影响染色质的构象和调控蛋白的结合,从而进一步影响核心结合位点的功能。

外围结合位点的变异通常与基因的时空调控密切相关。

转录因子结合位点的变异分析方法为了研究转录因子结合位点的变异及其对基因调控的影响,科学家们开发了多种分析方法。

以下是常用的转录因子结合位点的变异分析方法:1.ChIP-seq:通过转录因子的染色质免疫沉淀(ChIP)结合DNA测序(ChIP-seq),可以鉴定转录因子结合的位点并分析位点的变异情况。

2.计算模型预测:利用计算模型预测转录因子结合位点的变异,可以提供大规模的预测结果,为后续实验提供参考。

3.突变库筛选:构建突变库,通过筛选转录因子结合位点的变异,并观察突变后的基因表达情况,以验证位点的影响。

转录因子ChIP-seq数据分析方法进展

转录因子ChIP-seq数据分析方法进展

转录因子ChIP-seq数据分析方法进展一、转录因子ChIP-seq数据分析方法概述转录因子ChIP-seq数据分析是一种重要的生物信息学技术,它通过分析转录因子与DNA的相互作用来揭示基因表达调控的分子机制。

ChIP-seq技术自2009年被引入以来,已经在基因组学研究中发挥了巨大的作用。

本文将探讨转录因子ChIP-seq数据分析方法的进展,分析其重要性、挑战以及未来的发展方向。

1.1 ChIP-seq技术的核心原理ChIP-seq技术的核心原理是利用染色质免疫沉淀(Chromatin Immunoprecipitation,ChIP)技术结合高通量测序技术(Sequencing)。

通过这种方法,研究人员可以识别转录因子在基因组中的结合位点,进而分析其对基因表达的调控作用。

ChIP-seq技术的关键步骤包括:样品准备、染色质免疫沉淀、DNA片段的纯化和测序。

1.2 ChIP-seq技术的应用场景ChIP-seq技术的应用场景非常广泛,涵盖了从基础生物学研究到临床诊断的多个领域。

主要应用包括:- 基因表达调控研究:通过分析转录因子的结合位点,研究其对基因表达的调控机制。

- 疾病机制研究:识别疾病相关基因的转录因子结合位点,揭示疾病的分子机制。

- 药物靶点发现:通过分析药物对转录因子结合位点的影响,发现新的治疗靶点。

- 细胞分化和发育研究:研究不同细胞类型或发育阶段转录因子的结合模式,揭示细胞分化和发育的调控机制。

二、转录因子ChIP-seq数据分析的关键技术转录因子ChIP-seq数据分析的关键技术是将测序数据转化为生物学意义的信息,这需要多步骤的数据处理和分析。

以下是一些关键技术:2.1 数据质量控制数据质量控制是ChIP-seq数据分析的第一步,目的是确保测序数据的准确性和可靠性。

常见的数据质量控制技术包括:- 测序错误校正:通过比对原始测序数据与参考基因组,校正测序过程中产生的误差。

- 重复序列过滤:去除测序数据中的重复序列,提高数据的特异性。

ChIP-seq技术

ChIP-seq技术

ChIP-seq技术简介:染色质免疫共沉淀技术(Chromatin Immunoprecipitation,ChIP),是研究体内蛋白质与DNA 相互作用的有力方法,通常用于转录因子结合位点或组蛋白特异修饰位点的研究。

将ChIP与第二代测序技术相结合的ChIP-Seq技术,能够高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等互作的DNA区段。

ChIP-seq的原理是首先通过染色质免疫共沉淀技术(ChIP)特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段,并对其进行纯化与文库构建;然后对富集得到的DNA片段进行高通量测序。

研究人员通过将获得的数百万条序列标签精确定位到基因组上,从而获得全基因组范围内与组蛋白、转录因子等互作的DNA区段信息。

应用领域:1. 筛选调控蛋白在基因组上的结合靶点:针对转录因子、DNA/RNA聚合酶、转录复合物等调控因子蛋白进行特异性的富集,分离纯化与之结合的靶DNA片段并测序,分析筛选到准确有效的靶位点、靶基因数据2. 揭示差异化表观遗传变异的原理:通过对不同表型组织内组蛋白、转录因子蛋白及其他结合蛋白进行染色质免疫共沉淀测序并定量分析靶基因表达调控水平或针对同种组蛋白进行甲基化、磷酸化、泛素化修饰所导致的结合位点变异进行分析,即可准确揭示差异化表观变异原理;3. 研究表观遗传变异疾病:借助染色质免疫共沉淀测序技术结合生物信息分析揭示由蛋白与DNA相互作用变异而引起的疾病的原理,明确表观遗传修饰在癌症等表观遗传变异疾病的发生发展过程中的具体作用机制。

技术优势:•全基因组覆盖:ChIP-Seq可在全基因组范围单碱基水平对蛋白结合位点进行筛选与鉴定。

•高灵敏度:每个样本可获得数百万条的序列标签,可发现研究基因组上稀有的蛋白结合位点。

•高精确率:可获得高水平的信噪比数据,准确区分真实事件与噪音,精确定位蛋白结合位点。

•高性价比:仅需较少的数据量即可鉴定全基因组范围内的结合位点。

实验流程:A.ChIP-seq建库测序流程B.数据分析流程。

chipseq的原理和应用

chipseq的原理和应用

Chip-seq的原理和应用1. 简介Chip-seq(Chromatin Immunoprecipitation Sequencing)是一种常用的分析蛋白质与DNA相互作用的技术。

通过将蛋白质与DNA交联,并使用特定的抗体将目标蛋白质与DNA结合位点进行富集,最后进行测序和分析,可以获得蛋白质与DNA结合的信息。

2. Chip-seq的原理Chip-seq技术包含以下几个主要步骤:2.1 交联将细胞/组织中的蛋白质与DNA进行交联,以固定蛋白质与其结合的DNA序列。

这可通过甲醛等交联剂进行。

2.2 破碎和富集将细胞核提取,并使用超声波或酶等方法破碎细胞核,使DNA片段化。

然后使用特定抗体与目标蛋白质结合,并使用恒定的磁珠或分离技术富集含有蛋白质-DNA复合物的片段。

2.3 去交联和纯化将富集的蛋白质-DNA复合物进行去交联,去除交联剂的影响,并经过一系列的洗涤和纯化步骤,使获得的DNA片段纯化。

2.4 DNA测序和分析经过纯化的DNA片段进行测序,以获得蛋白质与DNA结合位置的信息。

通过对测序数据进行比对和分析,可以确定蛋白质与DNA相互作用的位点和模式。

3. Chip-seq的应用Chip-seq技术在生物学研究中有广泛的应用,下面列举了几个主要应用领域:3.1 转录因子结合位点鉴定Chip-seq可以用于研究转录因子(TF)与DNA的结合,从而帮助鉴定TF的结合位点。

这有助于理解转录因子调控基因表达的分子机制。

3.2 甲基化位点鉴定Chip-seq可以用于鉴定DNA的甲基化位点,甲基化是一个重要的表观遗传修饰形式,与基因表达和疾病发生有密切关系。

通过Chip-seq技术,可以全基因组范围内鉴定甲基化位点,进一步理解甲基化调控的生物学过程和功能。

3.3 组蛋白修饰位点鉴定Chip-seq还可以用于研究组蛋白修饰与基因调控的关系。

组蛋白修饰是DNA和组蛋白之间的一种重要相互作用形式,可通过Chip-seq技术鉴定组蛋白修饰的位点,进一步研究组蛋白修饰对基因表达的调控作用。

ChIPSeq概述及技术路线

ChIPSeq概述及技术路线

ChIP-Seq概述及技术路线概述染色质免疫共沉淀技术 Chromatin Immunoprecipitation , ChIP 也称结合位点分析法,是研究体内蛋白质与 DNA 相互作用的有力工具,通常用于转录因子结合位点或组蛋白特异性修饰位点的研究.将 ChIP 与第二代测序技术相结合的 ChIP-Seq 技术,能够高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等互作的 DNA 区段.ChIP-Seq 的原理是:首先通过染色质免疫共沉淀技术 ChIP 特异性地富集目的蛋白结合的 DNA 片段,并对其进行纯化与文库构建;然后对富集得到的 DNA 片段进行高通量测序.研究人员通过将获得的数百万条序列标签精确定位到基因组上,从而获得全基因组范围内与组蛋白、转录因子等互作的 DNA 区段信息.技术路线1 .实验流程 Solexa2. 生物信息分析流程示意图研究内容1 .测序对客户提供的 ChIP 样品如果有阴阳参启动子区域或 DNA 序列的进行定量检测,检测合格后进行测序文库构建、 DNA 成簇 Cluster generation 扩增、高通量测序.2 .基本数据分析数据产出统计:对测序结果进行图像识别 Base calling ,去除污染及接头序列;统计结果包括:测定的序列 Reads 长度、 Reads 数量、数据产量.3. 高级数据分析标准高级数据分析内容包括:1 ChIP-Seq 序列与参考序列比对;2 Peak calling :统计样品 Peak 信息峰检测及计数、平均峰长度、峰长中位数;3 统计样品 Uniquely mapped reads 在基因上、基因间区的分布情况及覆盖深度;4 给出每个样品 Peak 关联基因列表及 GO 功能注释;5 在多个样品间,对与 Peak 关联基因做差异分析.技术特点应用领域由于 ChIP-Seq 的数据是 DNA 测序的结果,为研究者提供了进一步深度挖掘生物信息的资源,研究者可以在以下几方面展开研究:1判断 DNA 链的某一特定位置会出现何种组蛋白修饰;2检测 RNA polymerase II 及其它反式因子在基因组上结合位点的精确定位;3研究组蛋白共价修饰与基因表达的关系;4 CTCF 转录因子研究.。

转录因子结合位点富集分析的常用方法与工具

转录因子结合位点富集分析的常用方法与工具

转录因子结合位点富集分析的常用方法与工具转录因子结合位点富集分析是研究转录因子与DNA相互作用的重要方法之一。

通过寻找基因组中富含特定转录因子结合位点的区域,可以揭示转录因子在基因调控中的作用机制。

本文将介绍转录因子结合位点富集分析的常用方法和工具,并总结其在基因组学研究中的应用。

转录因子是一类能够结合到DNA的蛋白质,它们通过与特定的DNA序列结合,参与基因的调控过程。

转录因子结合位点富集分析是通过分析某个给定的DNA序列集合中是否存在富含特定转录因子结合位点的区域,来推测这些转录因子在基因调控中的重要性。

转录因子结合位点富集分析有多种方法和工具可供选择,下面将介绍几种常见的方法和工具。

1. Motif搜索法:Motif搜索法是通过寻找DNA序列中的共同特征序列(motif)来识别转录因子结合位点。

最常用的Motif搜索工具包括MEME Suite、HOMER和TRANSFAC等。

这些工具可以根据已知的转录因子结合位点序列进行模式匹配,从而预测未知序列中的转录因子结合位点。

此外,这些工具还可以对已知的转录因子结合位点进行定位和注释。

2. 基于染色质免疫沉淀(ChIP)的方法:ChIP是一种通过检测转录因子与DNA间的物理相互作用来鉴定转录因子结合位点的方法。

这个方法通常需要在实验室中进行,包括转录因子的免疫沉淀、DNA的提取和测序等步骤。

通过ChIP-seq技术,可以高通量地鉴定转录因子结合位点,并利用相关分析工具如MACS2、HOMER和ChIC等进行数据分析和解读。

3. 基于序列分析的方法:序列分析是一种通过分析转录因子结合位点周围序列的特征来推测转录因子结合位点的方法。

这种方法中常用的工具包括CentriMo、RSAT和CiiDER等。

它们可以对转录因子结合位点周围的DNA序列进行分析,如富集分析、序列比对和启动子元素鉴定等,从而推测转录因子的结合位点及其功能。

转录因子结合位点富集分析在基因组学研究中有着广泛的应用。

应用于组织样本中染色体上转录因子结合位点的检测方法与制作流程

应用于组织样本中染色体上转录因子结合位点的检测方法与制作流程

本技术涉及应用于组织样本中染色体上转录因子结合位点的检测方法,包括数据预处理、分割DNA短序列、均值检测和概率检测。

与己有的检测算法相比,提高了ChIP seq数据的转录因子结合位点识别算法的性能,算法消耗的时间更少,并能准确的识别已有的和新的转录因子结合位点,为转录因子的研究提供了新的技术手段和重要工具。

权利要求书1.应用于组织样本中染色体上转录因子结合位点的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:数据预处理:首先,读取样本的ChIP-seq数据,并将其比对到参考基因组上,寻找出转录因子结合位点富集的特征峰和峰顶点的位置信息;然后,以所述峰顶点为中心分别向左右两侧延展500bp,延伸后的数据中,每一个DNA序列的中心均为所述峰顶点;最后,将所述DNA序列提取出来并去掉其中重复的序列得到DNA短序列;步骤二:分割DNA短序列:将所述DNA短序列中前N-4个碱基分别依次作为头碱基,将所述头碱基及其之后连续的四个碱基划分为一个子序列,并将所述头碱基在所述DNA短序列的次序作为所述子序列的编号,所述子序列的编号为正整数;所述N是所述DNA短序列中的碱基数量,所述N为正整数;所述子序列中包括五个碱基,所述头碱基是所述子序列中的第一个碱基,所述DNA短序列可以划分出N-4个所述子序列;步骤三:均值检测:分别对四种碱基计算当前碱基均值,所述四种碱基包括A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤):(1)正在计算的碱基为当前碱基,按照所述子序列的编号,依次统计当前碱基在所述子序列中出现的次数得到均值向量(y1,y2,…,yN-4),其中,y是所述当前碱基在所述子序列中出现的次数,y1是所述当前碱基在编号为1的子序列中出现的次数,y2是所述当前碱基在编号为2的子序列中出现的次数,yN-4是所述当前碱基在编号为N-4的子序列中出现的次数;(2)统计出所述均值向量中取值大于3的元素的个数即为当前碱基均值;对所述四种碱基计算出的所述当前碱基均值进行均值检测:如果四个所述当前碱基均值都在0.8N~1.2N的范围内,则进行步骤四;否则检测结束,所述DNA短序列不是转录因子结合位点;步骤四:概率检测:分别对四种所述碱基计算当前碱基概率,用公式一计算:公式一:其中,G是所述当前碱基概率,为0~1之间的实数,没有单位;σ、μ是方差因子和均值因子,为0~5之间的实数,由检测人员根据经验值确定;i是所述子序列的编号,yi是所述当前碱基在编号为i的子序列中出现的次数;对所述四种碱基计算出的所述当前碱基概率进行概率检测:如果四个所述当前碱基概率取值均小于0.7,则所述DNA短序列不是所述转录因子结合位点;否则,所述DNA短序列是所述转录因子结合位点。

ChIP-Seq技术在转录因子结合位点分析的应用

ChIP-Seq技术在转录因子结合位点分析的应用

ChIP-Seq技术在转录因子结合位点分析的应用摘要:染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitaion, ChIP)技术是用来研究细胞内特定基因组区域特定位点与结合蛋白相互作用的技术。

将ChIP与第二代高通量测序技术相结合的染色质免疫沉淀测序(chromatin immunoprecipitation followed by sequencing, ChIP-Seq)技术能在短时间内获得大量研究数据,高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等相互作用的DNA区段,在细胞的基因表达调控网络研究中发挥重要作用。

本文简要介绍了ChIP-Seq技术的基本原理、实验设计和后续数据分析,以及ChIP-Seq技术在研究转录因子结合位点中的。

关键词:ChIP-Seq;转录因子;引言染色质是真核生物基因组DNA主要存在形式,为了阐明真核生物基因表达调控机制,对于蛋白质与DNA在染色质环境下的相互作用的研究是基本途径。

转录因子是参与基因表达调控的一类重要的细胞核蛋白质,基因的转录调控是生物基因表达调控层次中最关键的一层,转录因子通过特异性结合调控区域的DNA序列来调控基因转录过程。

转录因子由基础转录因子和调控性转录因子两类组成,其中基础转录因子在转录起始位点附近的启动子区,与RNA聚合酶相互作用实现基因的转录;而调控性转录因子一般与位置多样的增强子序列结合,再通过形成增强体在组织发育、细胞分化等基因表达水平调控中发挥极其重要的作用[1]。

ChIP-Seq是近年来新兴的将ChIP与新一代测序技术相结合,在全基因s组范围内分析转录因子结合位点(transcription factor binding sites,TFBS)、组蛋白修饰(histone modification)、核小体定位(nucleosome positioning)和DNA 甲基化(DNA methylation)的高通量方法[2-4]。

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ChIP-Seq技术在转录因子结合位点分析的应用摘要:染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitaion,ChIP)技术是用来研究细胞内特定基因组区域特定位点与结合蛋白相互作用的技术。

将ChIP与第二代高通量测序技术相结合的染色质免疫沉淀测序(chromatin immunoprecipitation followed by sequencing,ChIP-Seq)技术能在短时间内获得大量研究数据,高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等相互作用的DNA区段,在细胞的基因表达调控网络研究中发挥重要作用。

本文简要介绍了ChIP-Seq技术的基本原理、实验设计和后续数据分析,以及ChIP-Seq技术在研究转录因子结合位点中的。

关键词:ChIP-Seq;转录因子;引言染色质是真核生物基因组DNA主要存在形式,为了阐明真核生物基因表达调控机制,对于蛋白质与DNA在染色质环境下的相互作用的研究是基本途径。

转录因子是参与基因表达调控的一类重要的细胞核蛋白质,基因的转录调控是生物基因表达调控层次中最关键的一层,转录因子通过特异性结合调控区域的DNA序列来调控基因转录过程。

转录因子由基础转录因子和调控性转录因子两类组成,其中基础转录因子在转录起始位点附近的启动子区,与RNA聚合酶相互作用实现基因的转录;而调控性转录因子一般与位置多样的增强子序列结合,再通过形成增强体在组织发育、细胞分化等基因表达水平调控中发挥极其重要的作用[1]。

ChIP-Seq是近年来新兴的将ChIP与新一代测序技术相结合,在全基因s组范围内分析转录因子结合位点(transcription factor binding sites,TFBS)、组蛋白修饰(histone modification)、核小体定位(nucleosome positioning)和DNA甲基化(DNA methylation)的高通量方法[2-4]。

其中ChIP是全基因组范围内识别DNA与蛋白质体内相互作用的标准方法[5],最初用于组蛋白修饰研究[6],后来用于转录因子[7]。

同时,新一代测序技术的迅猛发展也将基因组学水平的研究带入了一个新的阶段,使得许多基于全基因组的研究成为可能。

相对于传统的基于芯片的ChIP-chip(chromatin immunoprecipitation combined with DNA tiling arrays),ChIP-seq提供了一种高分辨率、低噪音、高覆盖率的研究蛋白质-DNA相互作用的手段[8],可以应用到任何基因组序列已知的物种,可以研究任何一种DNA 相关蛋白与其靶定DNA之间的相互作用,并能确切得到每一个片段的序列信息.随着测序成本的降低,ChIP-seq逐步成为研究基因调控和表观遗传机制的一种常用手段。

此外,为了达到更好的检测效果和更为完整的信息,近年来,将ChIP-Seq和ChIP-chip两者融合的研究具有很好的应用前景[9,10]。

转录因子在器官发生过程中起至关重要的作用,在全基因组水平将转录因子定位于靶基因DNA是认识转录调控网络的有效方法之一,了解基因转录调控的关键是识别蛋白质与DNA的相互作用。

ChIP-Seq技术能够揭示转录因子的结合位点和确定直接的靶基因序列,可在体内分析特定启动子的分子调控机制,因此被广泛应用于转录调控机制的研究。

本文主要就这一技术在转录因子结合位点研究中的基本原理、实验设计和数据分析等技术层面、以及实际应用层面进行讨论。

1ChIP-seq基本原理及实验设计1.1ChIP技术蛋白质与DNA相互识别是基因转录调控的关键,也是启动基因转录的前提。

ChIP是在全基因组范围内检测DNA与蛋白质体内相互作用的标准方法[11],该技术由Orlando等[12]于1997年创立,最初用于组蛋白修饰的研究,后来广泛应用到转录因子作用位点的研究中[13]。

ChIP的基本原理为:活细胞采用甲醛交联后裂解,染色体分离成为一定大小的片段,然后用特异性抗体免疫沉淀目标蛋白与DNA交联的复合物,对特定靶蛋白与DNA片段进行富集[8]。

采用低pH值反交联,DNA与蛋白质之间的Schiff键(-C=N-)水解,释放DNA片段。

通过对目标片段的纯化与检测,获得DNA与蛋白质相互作用的序列信息。

N-ChIP[14]和X-ChIP[15]是最常见的2种ChIP实验技术,前者用来研究DNA与高结合力蛋白的相互作用,采用核酸酶消化染色质,适用于组蛋白及其异构体的研究;X-ChIP主要用来研究DNA与低结合力蛋白的相互作用,采用甲醛或紫外线进行DNA和蛋白交联,然后,采用超声波将染色质断裂为小片段,适用于多数非组蛋白的蛋白质类的研究。

由于生物芯片具有快速、高效、高并行性、高通量、微型化和自动化等特点,高密度生物芯片与ChIP 的结合极大地方便了DNA与蛋白质相互作用的研究。

1.2ChIP-Seq技术ChIP-Seq是将ChIP与新一代测序技术相结合,能够高通量地得到每一个片段精确的序列信息,其实验原理是:在生理状态下,把细胞内的DNA与蛋白质交联后裂解细胞,分离染色体,通过超声或酶处理将染色质随机切割,利用抗原抗体的特异性识别反应,将与目的蛋白质相结合的DNA片段和目的蛋白质沉淀下来,再通过反交联(Reverse Crosslink)释放结合蛋白的DNA片段。

此步骤获得全基因组范围内与组蛋白或转录因子等DNA结合蛋白相互作用的DNA区段信息,这些DNA区段信息的长度大约为200bp.用新一代的测序技术测序获得36~100bp的DNA片段的序列,最后这些DNA片段将会被比对到对应的参考基因组上(图1)[16]。

图1ChIP-Seq实验原理图同ChIP-Seq技术与ChIP-chip比较起来,它最大的优点在于能够精确定量分析。

该技术具有许多的优点:(1)能实现真正的全基因组分析;(2)结合分辨率可精确到10~30 bp;(3)所需样本量小;(4)避免了杂交等影响因素,具有更高的敏感性等。

现在,分析ChIP-Seq的测序平台主要有454、Solexa、IIIumina、SOLiD和HeliScope,其中IIIumina测序是最常使用的测序方法。

ChIP-Seq技术读取的序列越来越多,而成本也在不断下降。

通常第二代高通量测序方法产生的是段序列,段序列在序列拼接和序列映射时会产生很多麻烦,但是在ChIP-Seq实验中,段序列具有很大价值,因为序列的结合位点通常都比较短。

2ChIP-Seq数据分析ChIP-Seq的难点是测序后的生物信息学分析,DNA打碎方法、染色质开放程度的不均一性、PCR扩增偏向性、基因组的重复程度以及测序和序列比对过程中的错误都会引入系统误差造成假阳性,尽可能剔除假阳性并揭示出数据背后的机制是需要分子生物学与计算生物学工作者协同努力。

对ChIP-Seq数据的处理主要分为四个部分:数据预处理、序列比对、峰值检测和模体分析。

2.1ChIP-seq数据格式及预处理目前,IIIumina公司测序仪产出的测序数据基本都是FASTQ格式,即一种含有测序质量的FASTA文件[17]。

FASTQ格式以测序读段为单位存储,每条读段占四行,第一行开头为“@”后接读段标识,第二行为测序出的碱基序列,第三行开头为“+”后接读段ID,因读段ID一般与第一行相同,所以有时可以省略以节省空间。

第四行为测序质量,一般用字符表示,长度与第二行相同,对应于相应位置碱基的测序质量。

由于测序仪器会得到较低质量的数据,为了去除一些低质量的数据需要进行预处理。

此外,原始数据也可以从基因表达综合数据库GEO(Gene Expression Omnibus)中下载得到。

GEO是NCBI下的一个的基因表达的大型数据库,其最大功能是用来储存和检索公开的高通量基因表达和基因组杂交数据。

当文章在科学文献上发表后,其中所产生的高通量实验数据就将放在公有领域上,供其他研究者免费下载,使得实验数据中的海量信息能够被多次分析与进一步挖掘。

与此同时,部分文章会将数据传送到序列存档库SRA (Sequence Read Archive)。

SRA数据库的数据集包含数据的上传时间,标题,物种,实验类型,文章引用,实验设计,下载地址,数据大小等信息。

2.2序列比对由于单核苷酸多态性的存在,在短序列比对[18]时候必须要允许1-3个匹配错误,比对的时候对于不能唯一的比对到基因组的序列,可以去掉或允许多重比对,通常,多重比对带来较高的敏感度,因为它允许我们检测较低的覆盖度的区域。

目前有多种序列比对工具,但是Bowtie[19]是其中最快的而内存应用效率很高的佼佼者(表1),它采用一种称作Burrow-Wheeler变换(BWT)的压缩算法对参考基因组序列进行索引,使用大约2.2GB(2.9GB用于双末端测序)的内存,就可完成人类基因组的序列比对。

每小时可以比对超过25,000,000段长度为35bp的DNA序列。

Bowtie还可以同时启动多个线程来加快速度,这对于多核CPU来说尤为重要。

尽管大部分软件都允许在比对中插入间隙,但是对于ChIP-Seq实验来说,寻找单核苷酸多态性或者插入与缺失并不是重点。

唯一序列占整体序列数量的百分比是分析人员需要重点考虑的问题。

表1序列比对环节中的一些常用软件软件用途软件主要特点序列比对ELAND[20]Illumina默认软件;比对过程中不允许碱基的空缺,且比对序列长度受限。

BWA[21]基于BWT(Burrows-Wheeler transform)算法;运算快速高效,比对过程中允许适度插入与缺失。

MAQ[22]比对过程中不允许碱基的空缺,但能考虑到每个碱基的质量指数。

SOAP[23]比对过程中允许少量碱基的空缺和错配。

Bowtie基于BWT算法;速度超快,且具备高存储效率。

无论从哪个方面来看,Bowtie都很合适,因此本流程采用Bowtie完成序列的比对这项工作。

经过比对之后,原始的测序读段将带有其在基因组中的位置信息,或者说,该测序读段被回贴到了基因组中。

2.3峰值检测峰值检测是ChIP-Seq数据分析的一个关键步骤,很多后续分析都取决于峰值检测的结果。

峰值检测是根据峰富集区域来预测DNA结合蛋白在基因组上结合的区域。

不同的DNA 结合蛋白在基因组上的分布模式是不同的,具体体现于ChIP-Seq峰形的不同,如转录因子的峰型为尖锐状,即信号高度集中。

峰值检测是一种用于鉴别读段数特别集中的区域的手段,表2列举了ChIP-Seq 数据分析过程峰检测环节中常用到的软件。

在峰值检测的过程中,需要综合考虑灵敏度和特异度之间的平衡,因为增加灵敏度将降低特异度,增加特异度将降低灵敏度。

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