Chip 시퀀싱
ChIP sequencingChip-seq라고도 알려진 Chip-sequenceing은 DNA와의 단백질 상호작용을 분석하기 위해 사용되는 방법이다.Chip-seq는 염색질 면역복제(Chip)와 대규모 병렬 DNA 염기서열을 결합해 DNA 관련 단백질의 결합 부위를 식별한다.관심 단백질에 대한 글로벌 결합 사이트를 정확하게 지도화하는 데 사용할 수 있다.이전에, Chip-on-chip은 이러한 단백질을 연구하기 위해 사용되는 가장 일반적인 기술이었다.DNA 관계.null
사용하다
ChIP-seq는 주로 전사 인자와 다른 염색질 관련 단백질이 표현형 인식 메커니즘에 어떻게 영향을 미치는지 결정하는 데 사용된다.단백질이 유전자 발현을 조절하기 위해 DNA와 어떻게 상호작용하는지를 결정하는 것은 많은 생물학적 과정과 질병 상태를 완전히 이해하는데 필수적이다.이 후생유전적 정보는 유전자형과 표현 분석을 보완한다.현재 Chip-seq 기술은 주로 하이브리드화 어레이를 필요로 하는 Chip-chip의 대안으로 간주되고 있다.배열은 일정한 프로브 수로 제한되기 때문에, 이것은 약간의 편견을 도입한다.이와는 대조적으로 시퀀싱은 서로 다른 시퀀싱 기술의 시퀀싱 편향이 아직 완전히 이해되지는 않았지만 편향성이 덜하다고 생각된다.[1]null
전사 인자와 다른 단백질과의 직접적인 물리적 상호작용을 하는 특정 DNA 부위는 염색질 면역복제에 의해 격리될 수 있다.ChIP는 관심 단백질에 묶인 표적 DNA 사이트 라이브러리를 생산한다.대량 병렬 염기서열 분석은 DNA와 단백질의 상호작용 패턴 또는 [2]후생유전 염색질 수정 패턴을 분석하기 위해 전 유전체 염기서열 데이터베이스와 함께 사용된다.이는 치피성 단백질 세트와 전사인자, 중합체 및 전사기계, 구조 단백질, 단백질 변형, DNA 변형 등 변형에도 적용할 수 있다.[3]특정 항체에 대한 의존성에 대한 대안으로, DNase-Seq[4], FAIRE-Seq와 같이 게놈에서 모든 핵소진 또는 핵소실 활성 규제 영역의 상위 집합을 찾는 다양한 방법이 개발되었다.[5][6]
Chip-sequencing의 워크플로우
작은 조각
Chip은 살아있는 세포의 특정 단백질에 의해 결합되는 DNA 서열을 선택적으로 풍부하게 하는 강력한 방법이다.그러나, 이 방법의 광범위한 사용은 모든 농축된 DNA 서열을 식별할 수 있는 충분히 강력한 방법이 없기 때문에 제한되어 왔다.Chip 습식 랩 프로토콜은 Chip과 하이브리드화를 포함한다.Chip 프로토콜에는[7] 기본적으로 전체 Chip 과정을 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 5개의 부분이 있다.Chip을 실시하기 위해서는 포름알데히드와 DNA의 큰 배치를 이용하여 교차연결을[8] 하여 유용한 양을 얻는 것이 첫 번째 단계다.교차 연결은 단백질과 DNA 사이에 만들어지지만, RNA와 다른 단백질들 사이에서도 만들어진다.두 번째 단계는 Chip 분석을 위한 고품질의 DNA 조각을 얻기 위해 염색질을 분해하는 염색체 조각화 과정이다.이 조각들은 각각 500개의 염기쌍[9] 이하로 잘라서 게놈 지도를 위한 최상의 결과를 얻어야 한다.세 번째 단계는 Chip의 약칭인 Chromatin 면역복구라고 불린다.[7]Chip 프로세스는 관심 단백질에 대한 항체를 사용한 특정 교차연계 DNA-단백질 복합체를 배양 및 원심분리를 통해 면역복귀를 획득한다.면역복구 단계에서는 비특정 결합 부위의 제거도 허용된다.네 번째 단계는 DNA 회복과 정화인데,[7] DNA와 단백질을 분리하기 위한 교차 연결에 역효과를 내고 추출로 DNA를 세척하는 방식으로 진행된다.다섯 번째 및 마지막 단계는 QPCR, Chip-on-chip(하이브리드 어레이) 또는 Chip 시퀀싱 프로세스에 의한 Chip 프로토콜의 분석 단계다.그리고 나서 올리고뉴클레오티드 어댑터는 대규모 병렬 염기서열이 가능하도록 관심 단백질에 묶인 DNA의 작은 스트레칭에 첨가된다.그런 다음 분석을 통해 유전자나 지역에 의해 단백질이 결합되어 있는 곳으로 시퀀스를 식별하고 해석할 수 있다.[7]null
시퀀싱
크기 선택 후 모든 Chip-DNA 조각은 게놈 시퀀서를 사용하여 동시에 시퀀싱된다.단일 시퀀싱 실행은 고해상도 유전체 전체 연관성을 스캔할 수 있는데, 이는 특성이 염색체에 정확히 위치할 수 있다는 것을 의미한다.이와는 대조적으로 Chip-chip은 낮은 해상도를 위해 대형 타일링 어레이를 필요로 한다.[10]null
이 시퀀싱 단계에는 많은 새로운 시퀀싱 방법이 사용된다.시퀀스를 분석하는 일부 기술은 고체 플로우 셀 기질에 어댑터가 부여된 Chip DNA 조각의 클러스터 증폭을 사용하여 각각 약 1000개의 클론 복제본을 만들 수 있다.그 결과 플로우 셀 표면에 있는 템플릿 클러스터의 고밀도 배열은 게놈 분석 프로그램에 의해 배열된다.각 템플릿 클러스터는 새로운 형광 라벨이 부착된 가역형 종단기 뉴클레오티드를 사용하여 병렬로 시퀀싱 바이합성을 거친다.템플릿은 각 읽기 중에 베이스 바이 베이스로 시퀀싱된다.그런 다음, 데이터 수집 및 분석 소프트웨어는 샘플 시퀀스를 알려진 게놈 시퀀스에 맞추어 Chip-DNA 파편을 식별한다.[citation needed]null
품질관리
Chip-seq는 신속한 분석을 제공하지만, 얻은 결과가 신뢰할 수 있는지 확인하기 위해 품질 관리를 수행해야 한다.
- 비중복분수: 복합성이 낮은 지역은 정보가 부족하고 참조 게놈의 매핑을 방해할 수 있으므로 제거해야 한다.[11]
- 피크의 조각: 피크가 없는 곳에 있는 읽기보다 피크가 있는 읽기 비율.[11]
민감도
이 기술의 민감도는 시퀀싱 실행의 깊이(즉, 매핑된 시퀀스 태그의 수), 게놈의 크기 및 목표 인자의 분포에 따라 달라진다.시퀀싱 깊이는 비용과 직접적인 상관관계가 있다.큰 게놈의 풍부한 바인더를 높은 민감도로 매핑해야 한다면 엄청나게 많은 수의 시퀀스 태그가 필요하기 때문에 비용이 많이 든다.이는 원가가 민감도와 상관관계가 없는 Chip-chip과는 대조적이다.[12][13]null
마이크로어레이 기반 Chip 방법과 달리 Chip-seq 검사의 정밀도는 미리 결정된 프로브의 간격에 의해 제한되지 않는다.많은 수의 짧은 읽기를 통합하여 고도로 정밀한 바인딩 사이트 현지화를 얻는다.Chip-chip과 비교하여 Chip-seq 데이터를 사용하여 실제 단백질 결합 부위의 수십 개의 염기쌍 내에서 결합 부지를 찾을 수 있다.결합 부위의 태그 밀도는 단백질의 좋은 지표임-DNA 결합 친화력을 통해 단백질의 결합 친화력을 계량화하고 다른 DNA 부위와 비교하기 쉽다.[14][15]null
현재 연구
STAT1 DNA 연결:Chip-seq는 Hela 라인의 클론인 Hela S3 셀의 STAT1 표적을 연구하기 위해 사용되었다.[16]Chip-seq의 성능은 대체 단백질과 비교되었다.Chip-PCR과 Chip-chip의 DNA 상호작용 방법.[17]null
발기인의 뉴클레오솜 건축:Chip-seq를 이용하여, 효모 유전자는 RNA 중합효소가 전사를 시작할 수 있는 최소 뉴클레오솜이 없는 촉진자 부위가 150bp인 것으로 판단되었다.[18]null
전사 계수 보존:Chip-seq는 배아 생쥐의 전뇌 TF와 심장 조직의 보존을 비교하는 데 사용되었다.저자들은 전사증진술사의 심장기능성을 확인하고 검증했으며, 같은 발달단계에서 심장에 대한 전사증진술사가 전뇌에 비해 보존력이 떨어진다고 판단했다.[19]null
게놈전역 ChIP-seq: 22개의 전사 인자의 게놈전역 결합 부위를 탐색하기 위해 C. elegans 웜에 대한 ChIP 시퀀싱이 완료되었다.주석 처리된 후보 유전자의 최대 20%가 전사 인자에 할당되었다.몇 가지 전사 인자가 비코딩 RNA 영역에 할당되었으며 개발 또는 환경 변수의 영향을 받을 수 있다.일부 전사 요인의 기능도 파악되었다.일부 전사 인자는 다른 전사 인자를 제어하는 유전자를 조절한다.이 유전자들은 다른 요인에 의해 조절되지 않는다.대부분의 전사 인자는 규제 네트워크를 입증하면서 다른 요인의 표적과 규제자 역할을 한다.[20]null
규제 네트워크 유추:히스톤 수정의 ChIP-seq 신호는 RNA 레벨에 비해 촉진자의 전사 계수 모티브와 더 상관관계가 있는 것으로 나타났다.[21]따라서 저자는 히스톤 수정 Chip-seq를 사용하면 표현에 기초한 다른 방법에 비해 유전자 조절 네트워크에 대한 보다 신뢰할 수 있는 추론을 제공할 수 있을 것이라고 제안했다.null
Chip-seq는 Chip-chip에 대한 대안을 제공한다.STAT1 실험 Chip-seq 데이터는 동일한 유형의 실험에서 Chip-chip이 획득한 결과와 높은 유사도를 가지며, 공유 게놈 영역에서 피크의 64% 이상을 차지한다.데이터는 시퀀스 읽기이기 때문에, Chip-seq는 읽기 매핑에 고품질 게놈 시퀀스를 사용할 수 있고 게놈은 매핑 과정을 혼동하는 반복적인 내용을 가지고 있지 않는 한 신속한 분석 파이프라인을 제공한다.또한 ChIP-seq는 단백질 결합과 유전자 조절에서 관찰된 변화를 직접적으로 지원할 수 있는 결합 부위 시퀀스에서의 돌연변이를 탐지할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.null
계산분석
많은 고투과 시퀀싱 접근방식과 마찬가지로 Chip-seq는 매우 큰 데이터 세트를 생성하며, 여기에는 적절한 계산 분석 방법이 필요하다.Chip-seq 읽기 수 데이터에서 DNA 결합 사이트를 예측하기 위해 피크 호출 방법이 개발되었다.대표적인 방법으로는[citation needed] Chip-Seq 태그의 이동 크기를 경험적으로 모델링하여 예측 바인딩 사이트의 공간 해상도를 향상시키는 MACS가 있다.[22]MACS는 고해상도 피크에 최적화되어 있고, SICER는 더 넓은 색소 도메인을 찾기 위해 메가바이트에 걸쳐 킬로바제를 넘는 더 넓은 피크를 요구하도록 프로그램되어 있다.SICER는 유전자 본체에 걸쳐 있는 히스톤 마크에 더 유용하다.수학적으로 더 엄격한 방법 BCP(Bayesian Change Point)를 계산 속도가 더 빠른 날카로운 피크와 넓은 피크를 위해 사용할 수 있다.[23] 자세한 내용은 Thomas et. al. (2017)의 Chip-seq 피크 호출 도구의 벤치마크 비교를 참조하십시오.[24]null
또 다른 관련 연산 문제는 구별되는 생물학적 조건으로부터 두 Chip-seq 신호에서 유의미한 차이를 식별하는 차분 피크 호출이다.차동 피크 호출기는 2개의 ChIP-seq 신호를 분할하고 Hidden Markov 모델을 사용하여 차동 피크를 식별한다.2단계 차동 피크 호출기의 예로는 ChipDiff와[25] ODIN이 있다.[26]
Chip-seq의 가짜 사이트를 줄이기 위해 IP 실험에서 바인딩 사이트를 탐지하는 데 여러 실험 컨트롤을 사용할 수 있다.Bay2Ctrls는 베이시안 모델을 채택하여 IP, 모의 IP 및 IP의 바인딩 사이트를 예측하기 위해 해당 DNA 입력 제어를 통합한다.[27]이 접근방식은 전체 모델 유기체와 같은 복잡한 표본에 특히 효과적이다.또한 분석 결과, 복잡한 샘플의 경우 모의 IP 제어는 샘플의 활성 게놈 때문일 가능성이 높은 DNA 입력 제어보다 상당히 높은 것으로 나타났다.[27]null
참고 항목
유사한 방법
- CUT&RUN 시퀀싱, Chip 대신 Micrococcal nuclease로 항체 표적 제어 갈라짐, 시퀀싱 중 신호 대 잡음 비 강화 가능.
- CUT&Tag 시퀀싱, Chip 대신 Tn5 트랜스포제(transposase)에 의한 항체 표적 제어 갈라짐으로 시퀀싱 중 신호 대 잡음비 강화가 가능하다.
- Sono-Seq, Chip-Seq와 동일하지만 면역억제 단계를 생략한다.
- HITS-CLIP[28][29](CLIP-Seq라고도 함)은 DNA가 아닌 RNA와의 상호작용을 찾기 위한 것이다.
- PAR-CLIP, 세포 RNA 결합 단백질(RBP)의 결합 부위를 식별하는 또 다른 방법.
- RIP-칩, 동일한 목표와 첫 번째 단계지만 교차 연결 방법을 사용하지 않고 시퀀싱 대신 마이크로어레이를 사용한다.
- SELEX, 컨센서스 바인딩 시퀀스 찾기 방법
- 경쟁-DNA의 상대적 대체 역학을 측정하기 위한 ChIP.
- RNA 결합 DNA와 단백질을 측정하는 ChiRP-Seq.
- Chip-exo는 exonuclease 처리를 사용하여 최대 단일 base-pair 해상도를 달성한다.
- Chip-nexus는 Chip-exo 버전을 개선하여 최대 단일 base-pair 해상도를 달성했다.
- DRIP-seq는 S9.6 항체를 사용하여 세 가닥의 DND를 침전시킨다.RNA 하이브리드는 R-루프라고 불린다.
- TCP-seq, 주로 mRNA 변환 역학을 측정하는 유사한 방법.
- 전화 카드, 전사 인자가 바인딩되는 순서를 표시하기 위해 전이물을 사용한다.[30]
참조
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외부 링크
- 카탈로그 다시 매핑:+2800 Ch의 규제 요소에 대한 통합적이고 균일한 ChIP-Seq 분석485개의 전사 규제 기관에서 8000만 피크의 카탈로그를 제공하는 IP-seq 데이터셋.[1]
- ChipBase 데이터베이스: Chip-Seq 데이터에서 전사 계수 바인딩 맵을 탐색하기 위한 데이터베이스.다양한 셀/티슈 종류 및 조건에 가장 포괄적인 Chip-Seq 데이터 세트를 제공한다.
- GeneProf 데이터베이스 및 분석 도구:GeneProf는 Chip-seq 및 RNA-seq 데이터를 위해 자유롭게 접근 가능하고 사용하기 쉬운 분석 환경이며, 전사 계수 결합 및 히스톤 수정과 같은 즉시 분석되는 공공 실험의 대규모 데이터베이스를 가지고 있다.
- 차동 피크 호출:ODIN을 사용한 차동 피크 호출에 대한 자습서.
- Chip-seq 데이터의 생물정보학적 분석: Chip-seq 데이터의 종합적인 분석.[2]
- KLTepigenome:Karhunen-Loeve 변환을 사용하여 후생유전자 데이터 집합의 상관 관계 변동성 확인
- SignalSpider: 다중 정규화된 Chip-Seq 신호 프로필에서 확률론적 패턴 검색을 위한 도구
- FullSignalLranker: 다중 정규화된 Chip-Seq 신호 프로필에서 회귀 및 피크 예측을 위한 도구
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