מיקומן של אינטראקציות בין חלבונים לדנ"א מספק תובנה לגבי המנגנונים של ויסות הגנים. כרומטין immunoprecipitation בשילוב עם רצף תפוקה גבוהה (ChIP-seq) שימש במשך עשור כדי לבחון גנום רחב חלבון-DNA אינטראקציות בתאיםחיים 1,2. עם זאת, שיטת ChIP-seq מוגבלת על ידי הטרוגניות בפיצול DNA וזיהום DNA לא מאוגד שמובילים לרזולוציית מיפוי נמוכה, תוצאות חיוביות שגויות, שיחות שלא נענו ואות רקע לא ספציפי. השילוב של ChIP עם עיכול exonuclease (ChIP-exo) משפר את שיטת ChIP-seq על ידי זמירת DNA ChIP לנקודות הצלבה חלבון-DNA, מתן רזולוציה קרובה בסיס זוג אות רקע נמוך3,4,5. רזולוציית המיפוי המשופרת מאוד והרקע הנמוך שמספק ChIP-exo מאפשרים לקבוע מיקומי קשירה מדויקים ומקיפים של חלבון-DNA ברחבי הגנום. ChIP-exo הוא מסוגל לחשוף מוטיבים ייחודיים מבחינה תפקודית DNA מחייב, אינטראקציות שיתופיות בין גורמי שעתוק (TF), ואתרים מרובים חלבון-DNA crosslinking במיקום מחייב גנומי מסוים, לא ניתן לגילוי על ידי שיטות מיפוי גנומיות אחרות3,4,6,7.
ChIP-exo שימש בתחילה ניצנים שמרים כדי לבחון את כריכת DNA ספציפית לרצף של TFs, כדי ללמוד את הארגון המדויק של קומפלקס טרום ייזום שעתוק, ומבנה תת-נוקלאוזומי של היסטונים בודדים על פני הגנום4,8,9. מאז השקתו בשנת 20114, ChIP-exo נוצל בהצלחה באורגניזמים רבים אחרים כולל חיידקים, עכברים ותאים אנושיים7,10,11,12,13,14,15,16,17. בשנת 2016, Rhee et al.14 השתמשו ב- ChIP-exo בנוירונים של יונקים בפעם הראשונה כדי להבין כיצד ביטוי גנים עצביים נשמר לאחר הסרת הפיקוח של תכנות TF Lhx3, המהווה קומפלקס הטרודימר עם תכנות אחר TF Isl1. מחקר זה הראה כי בהיעדר Lhx3, Isl1 מגויס משפרי עצבים חדשים כבול על ידי Onecut1 TF כדי לשמור על ביטוי גנים של גנים משפיע עצבי. במחקר זה, ChIP-exo חשף כיצד TFs מרובים מזהים באופן דינמי סוג תא ואלמנטים רגולטוריים ספציפיים לדנ"א בשלב התא באופן קומבינטורי ברזולוציית מיפוי כמעט נוקלאוטידים. מחקרים אחרים השתמשו גם בשיטת ChIP-exo כדי להבין את יחסי הגומלין בין חלבונים לדנ"א בקווי תאים אחרים של יונקים. האן ואח '7 השתמשו ChIP-exo לבחון ארגון גנום רחב של GATA1 ו TAL1 TFs בתאי אריתרואיד העכבר באמצעות ChIP-exo. מחקר זה מצא כי TAL1 מגויס ישירות לדנ"א ולא בעקיפין באמצעות אינטראקציות חלבון-חלבון עם GATA1 לאורך כל הבידול אריתרואיד. מחקרים שנעשו לאחרונה השתמשו גם ChIP-exo כדי פרופיל מיקומי מחייב הגנום כולו של CTCF, RNA פולימראז II, וסימני היסטון ללמוד מנגנונים אפיגנומיים שעתוק בשורות תאים אנושיים18,19.
ישנן מספר גרסאות של פרוטוקול ChIP-exo זמין3,5,20. עם זאת, קשה לעקוב אחר פרוטוקולי ChIP-exo אלה עבור מחקרים שאינם מכירים את הכנת ספריית הרצף של הדור הבא. גרסה מצוינת של פרוטוקול ChIP-exo פורסמה עם הוראות קלות למעקב ווידאו21, אבל הכיל צעדים אנזימטיים רבים הדורשים כמות משמעותית של זמן כדי להשלים. כאן אנו מדווחים על גרסה חדשה של פרוטוקול ChIP-exo המכיל צעדים אנזימטיים מופחתים וזימני דגירה, והסברים לכל שלב אנזימטי21. תיקון סיום ותגובות dA-tailing משולבים בשלב אחד באמצעות אנזים הכנה סוף. זמני הדגירה עבור אינדקס ושלבי קשירה מתאם אוניברסלי מופחתים מ 2 שעות ל 15 דקות באמצעות משפר קשירה. תגובת הקינז לאחר שלב החיבור של מתאם האינדקס המתואר בפרוטוקול ChIP-exo הקודם מוסרת. במקום זאת, קבוצת פוספט מתווספת במהלך סינתזת DNA אוליגו לאחד הקצוות 5 ' של מתאם האינדקס (טבלה 1), אשר ישמש לשלב עיכול exonuclease למדה. בעוד פרוטוקול ChIP-exo הקודם השתמש RecJf exonuclease עיכול כדי לחסל מזהמים DNA חד גדילי, שלב העיכול הזה מוסר כאן כי זה לא קריטי עבור האיכות של ספריית ChIP-exo. בנוסף, כדי לטהר DNA מקושר הפוך לאחר elution ChIP, שיטת טיהור חרוזים מגנטיים משמש במקום פנול:כלורופורם:אלכוהול isoamyl (PCIA) שיטת החילוץ. זה מקטין את זמן הדגירה של מיצוי DNA. חשוב לציין, זה מסיר את רוב dimers מתאם נוצר במהלך קשירת מתאם אינדקס, אשר עשוי להשפיע על היעילות של PCR בתיווך קשירה.
פרוטוקול ChIP-exo המוצג כאן מותאם במיוחד לגילוי אינטראקציות דנ"א מדויקות של חלבונים בנוירונים של יונקים המובחנים מתאי גזע עובריים (ES) של העכבר. בקצרה, תאים עצביים שנקטפו והצטלבים הם lysed, כדי לאפשר כרומטין להיחשף sonication, ולאחר מכן sonicated כך שברי DNA בגודל מתאים מתקבלים (איור 1). חרוזים מצופים בנוגדנים משמשים לאחר מכן כדי לדכא באופן סלקטיבי כרומטין מקוטע ומסיס לחלבון המעניין. בעוד DNA immunoprecipitated הוא עדיין על החרוזים, סוף תיקון, קשירה של מתאמי רצף, תגובת מילוי ו 5 ' עד 3 ' צעדי עיכול exonuclease למדה מבוצעים. שלב העיכול exonuclease הוא מה שנותן ChIP-exo שלה ברזולוציה גבוהה במיוחד ויחס אות לרעש גבוה. Lambda exonuclease חותך את ה-DNA immunoprecipitated כמה זוגות בסיס (bp) מאתר crosslinking, ובכך גורם DNA מזהם להיות מושפל. הדנ"א ChIP שטופל על ידי exonuclease הוא התרומם מן החרוזים מצופה הנוגדנים, חלבון-DNA crosslinks הפוכים, וחלבונים מושפלים. הדנ"א מופק ומנוכה לדנ"א ChIP חד-גדילי, ואחריו חישול פריימר והרחבה להכנת דנ"א דו-גדילי (dsDNA). לאחר מכן, מתבצעת קשירה של מתאם אוניברסלי לקצוות המטופלים ב exonuclease. הדנ"א שנוצר מטוהר, ואז PCR מוגבר, ג'ל מטוהר, ונתון לריצוף הדור הבא.
פרוטוקול ChIP-exo ארוך יותר מפרוטוקול ChIP-seq, אך אינו מאתגר מבחינה טכנית. כל DNA ChIP immunoprecipitated בהצלחה יכול להיות נתון ChIP-exo, עם מספר צעדים אנזימטיים נוספים. היתרונות הבולטים של ChIP-exo, כגון רזולוציית מיפוי גבוהה במיוחד, אות רקע מופחת, וירידה חיובית ותשלילית כוזבת, לגבי אתרי קשירה גנומיים, עולים על עלות הזמן.