组蛋白(histone)是一类小分子蛋白质,主要存在于细胞核中,包绕着DNA组成的核心粒。组蛋白起到了包裹和稳定DNA的作用,也参与到基因表达的调控过程中。目前研究表明,组蛋白的修饰状态对于基因表达具有重要的影响,因此对组蛋白的检测及其修饰状态的分析具有广泛的研究价值。
组蛋白修饰状态的分析可通过不同的技术手段来实现,具体包括免疫沉淀(immunoprecipitation)、染色质免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)、染色体免疫标记(chromosome immunolabeling)等。其中,ChIP技术被广泛应用于对组蛋白修饰状态的检测中。
ChIP技术是通过利用特异性抗体将某种组蛋白修饰状态的蛋白与DNA结合体沉淀下来,然后对沉淀下来的DNA进行PCR扩增或高通量测序等分析,以获得该组蛋白修饰状态对应的DNA序列信息。ChIP技术的结果可以直接反映出一个细胞群体或某个个体细胞某一时段内特定区域内某种组蛋白修饰状态的分布情况,从而加深关于细胞特异性与转录调控相关的认识。同时,组蛋白修饰状态的变化也与某些疾病的发生和发展相关,如肿瘤细胞中常常伴随有histone H3K9、H3K27等位点上的甲基化状态错误等。
在组织特异性研究中,ChIP-PCR(Real time PCR)和ChIP-on-chip(芯片检测)是最常用的技术。ChIP-PCR即利用实时荧光PCR分析各种组织中支持某一转录因子作用的靶标DNA区域的相对富集程度。而在ChIP-on-chip技术中,利用像Affymetrix这样的高通量芯片生产商的芯片可同时测定几万个靶标区域。鉴定所谓的启动子区域是这两种技术的一个领域,通过样本的切割片分析鉴定这些启动子区域的甲基化状态。因为甲基化是组蛋白化学修饰中反应比较稳定的一种类型,通过甲基化状态的观察可以了解到这些靶标区域是否发生了结构变化以及变化的程度。
在研究某些疾病的发生和发展过程中,还有一种利用ChIP技术的变体—ChIP-chip技术可于较大区域内全面的确定组蛋白甲基化状态。ChIP-chip技术利用基因芯片来鉴定组蛋白甲基化的区域,据此可进行疾病标记的筛选和鉴定。该技术尤其适用于大规模联合分析,如 genome-wide association analysis,从而可以在不需要基因测序的情况下分析成千上万的基因变异/标记点的关联性。 这为思考人类基因手段及治疗手段如何有效的应用等问题提供了关键性的信息基础。
总之,对组蛋白的检测及其修饰状态的分析对于理解基因表达及其调控机制具有重要意义,而在这方面,ChIP技术和其变体的应用已经为我们提供了高效可靠的技术平台。