人类脑组织的染色质分析实验

摘要

直到最近，人类大脑的表达研究仅限于RNA或蛋白质的定量分析。通过本文所述的染色质免疫沉淀技术，将有可能在死后大脑中绘制组蛋白甲基化及其他基因表达表观遗传调控因子的图谱。

摘要

慢性神经精神疾病，如精神分裂症、双相情感障碍和自闭症，被认为是由遗传和环境因素共同作用所致，这些因素可能导致基因表达的表观遗传改变及其他分子病理变化。然而，传统上对死后脑组织的表达研究仅限于mRNA或蛋白质的定量分析。死后脑组织研究中遇到的局限性，例如自溶时间与组织完整性的差异，也可能影响对染色质高级结构的研究。不过，来自多个脑库提供的代表性样本中，基因组DNA的核小体结构（包括DNA与核心组蛋白的结合）在很大程度上得以保存。因此，有可能在死后人脑中研究特定基因组位点上核心组蛋白的甲基化模式及其他共价修饰。本文介绍一种适用于冷冻（未经固定）人脑标本的简化原位染色质免疫沉淀（NChIP）实验方案。从微球菌核酸酶消化脑匀浆开始，经NChIP结合qPCR检测，可在三天内完成全部流程。本方法有望用于阐明正常与病变人脑中基因表达的表观遗传调控机制。 关键词：表观遗传学，染色质免疫沉淀，NChIP，核心组蛋白修饰，DNA甲基化，死后脑组织，微球菌核酸酶，qPCR，神经精神疾病，人脑

方案

步骤：

1^st 天

1. 使用Douncing缓冲液匀浆50-500 mg冷冻的死后灰质组织。

！警告！ - 人类组织必须在严格的安全条件下小心操作。应在生物安全二级（BSL-2）或更高级别的安全标准下进行处理。

1. 从 -80°C 取出先前解剖的死后脑组织，加入 5 倍脑组织体积的匀浆缓冲液进行 Dounce 匀浆，并置于 2.0 mL 微量离心管中。匹配的样本与对照组配对需同时处理。

2. 微球菌核酸酶（MN）消化

1. 向样品中加入5U/mL的微球菌核酸酶（Micrococcal nuclease），通过上下吹打混匀溶液，然后置于冰上。
   * 关键步骤 - 此步骤需迅速操作，因为微球菌核酸酶在4°C时仍具有活性。
2. 在37°C下孵育样品7分钟。
3. 孵育7分钟后，加入0.5 M EDTA至终浓度为10 mM，以终止MNase活性。

3. 低渗处理

1. 将样品放入15 mL离心管中。加入样品体积10倍的0.2 mM EDTA，样品体积的1/2....

讨论

本文所述方案对于研究人类大脑组蛋白和/或DNA甲基化特征的研究人员尤为有用，因为与其他类型的修饰（包括（组蛋白）乙酰化和磷酸化）相比，这些染色质标记可能较少受到死后人工假象的影响^{1, 2}。死后大脑组织适用于单核小体样品的研究；DNA在很大程度上仍与核心组蛋白保持结合，至少在自溶间隔时间（即死亡至组织冷冻/储存的时间）具有代表性的样本中是如此，该时间通常为数小时至1.5天¹。然而，单核小体制备物可能对核小体定位和密度的变化较为敏感，特别是在基因转录起始位点周围的序列区域³。因此，应包括使用不依赖修饰的抗组蛋白抗体进行的对照实验。 alternatively，也可通过缩短微球菌核酸酶消化的孵育时间并结合额外的纯化步骤（包括超速离心），从人脑提取物中分离多核小体组分。最后，最近一项关于死后脑组织全基因组转录因子结合的研究直接采用超声波剪切染色质⁴。值得注意的是，从死后研究的角度来看，在超声处理或酶消化前对染色质进行交联固定的制备方法可能并不理想，因为死亡后高级染色质结构的降解和/或人为重构是难以控制的潜在混杂因素。因此，染色质免疫沉淀（ChIP）分析在死后.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Tris-HCl	EMD Millipore	9310
六水合氯化镁	OmniPur，EMD Millipore	5980
氯化钙	Fisher Scientific	C614-3
EDTA，0.5 M 溶液，pH 8.0	OmniPur，EMD Millipore	4055
氯化钠	Mallinckrodt Baker 公司	7581-06
10% (w/v) SDS 溶液	伯乐（Bio-Rad）	161-0416
Triton X-100	Fluka	93426
Igepal CA-630	Sigma-Aldrich	I-3021
脱氧胆酸钠	Sigma-Aldrich	D6750-25G
氯化锂	Sigma-Aldrich	L9650-100G
碳酸氢钠	Sigma-Aldrich	S7277-250G
乙酸钠（无水）	Sigma-Aldrich	S-2889
金黄色葡萄球菌微球菌核酸酶	Sigma-Aldrich	N3755-200UN
苯甲脒	Fluka	12072
苯甲基磺酰氟	Sigma-Aldrich	P7626-1G
3M DTT	Fluka	43815
Protein G 琼脂糖凝胶（快速流速）	Upstate，Millipore	16-266
超声处理鲑鱼精子DNA试剂盒	Stratagene，Agilent Technologies	201190
来自埃默森青霉（Engyodontium album）的蛋白酶K	Sigma-Aldrich	P2308
苯酚：氯仿 1:1	OmniPur，EMD Millipore	6810
糖原，来自贻贝	Sigma-Aldrich	G1767-1VL
乙醇（200度）	Pharmco-AAPER	111000200
<强>溶液： <李>nChIP 匀浆缓冲液：10 mM Tris，4 mM MgCl2，1 mM CaCl2 调节pH至7.5 10倍稀释FSB：50 mM EDTA，200 mM Tris，500 mM NaCl，调节pH至7.5 <李>低盐洗涤缓冲液：0.1% SDS，1% Triton X-100，2 mM EDTA，20 mM Tris（pH 8），150 mM NaCl<李>高盐洗涤缓冲液：0.1% SDS，1% Triton X-100，2 mM EDTA，20 mM Tris（pH 8），500 mM NaCl<李>氯化锂缓冲液：1% IGEPAL-CA 630，1% 脱氧胆酸钠，1 mM EDTA（pH 8），10 mM Tris（pH 8），0.25 M LiCl<李>TE缓冲液：10 mM Tris（pH 8），1 mM EDTA<李>洗脱缓冲液：0.1 M NaHCO₃3，1% SDS<李>蛋白酶K消化缓冲液（10X）：1 M Tris，50 mM EDTA，2% SDS，2 M NaCl，调节pH至8.0<李>3 M 醋酸钠：将24.61 g无水醋酸钠（分子量=82.03）溶于100 mL经高压灭菌的蒸馏水中，用浓醋酸调节pH至5.2。
<李>nChIP 玻璃匀浆缓冲液：10 mM Tris，4 mM MgCl₂2，1 mM CaCl2 调节pH至7.5<李>10x FSB：50 mM EDTA，200 mM Tris，500 mM NaCl，调pH至7.5<李>低盐洗涤缓冲液：0.1% SDS，1% Triton X-100，2 mM EDTA，20 mM Tris（pH 8），150 mM NaCl<李>高盐洗涤缓冲液：0.1% SDS，1% Triton X-100，2 mM EDTA，20 mM Tris（pH 8），500 mM NaCl<李>氯化锂缓冲液：1% IGEPAL-CA 630，1% 脱氧胆酸钠，1 mM EDTA（pH 8），10 mM Tris（pH 8），0.25 M LiCl<李>TE缓冲液：10 mM Tris（pH 8），1 mM EDTA<李>洗脱缓冲液：0.1 M NaHCO₃3，1% SDS<李>蛋白酶K消化缓冲液（10倍浓度）：1 M Tris，50 mM EDTA，2% SDS，2 M NaCl，调pH至8.0<李>3 M 醋酸钠：将24.61 g无水醋酸钠（分子量=82.03）溶于100 mL经高压灭菌的蒸馏水中，用浓醋酸调节pH至5.2。