Protein-DNA etkileşimlerinin yerleri gen düzenleme mekanizmaları hakkında fikir sağlar. Kromatin immünorepitasyonu, yüksek verimli dizileme (ChIP-seq) ile birleştiğinde, canlı hücrelerde genom çapındaki protein-DNA etkileşimlerini incelemek için on yıldır1,2. Bununla birlikte, ChIP-seq yöntemi, düşük haritalama çözünürlüğüne, yanlış pozitiflere, cevapsız çağrılara ve spesifik olmayan arka plan sinyaline yol açan DNA parçalanması ve ilişkisiz DNA kirlenmesinde heterojenlik ile sınırlıdır. ChIP'nin exonuclease sindirimi (ChIP-exo) ile kombinasyonu, ChIP DNA'sını protein-DNA çapraz bağlantı noktalarına kırparak, taban çifti çözünürlüğü ve düşük arka plan sinyali 3 ,4,5sağlayarak ChIP-seq yönteminde gelişir. ChIP-exo tarafından sağlanan büyük ölçüde geliştirilmiş haritalama çözünürlüğü ve düşük arka plan, genom genelinde doğru ve kapsamlı protein-DNA bağlama konumlarının belirlenmesini sağlar. ChIP-exo, fonksiyonel olarak farklı DNA bağlayıcı motifleri, transkripsiyon faktörleri (TF) arasındaki işbirliği etkileşimlerini ve belirli bir genomik bağlama konumundaki çoklu protein-DNA çapraz bağlantı alanlarını ortaya çıkarabilir, diğer genomik haritalamayöntemleriyletespit edilemez 3,4,6,7.
ChIP-exo başlangıçta tomurcuklanan mayada TF'lerin diziye özgü DNA bağlamasını incelemek, transkripsiyon öncesi başlatma kompleksinin kesin organizasyonunu ve genom4,8,9boyunca bireysel histonların nükleozomal yapısını incelemek için kullanılmıştır. 2011 yılında piyasaya sürülmesinden bu yana4, ChIP-exo, bakteriler, fareler ve insan hücreleri 7 , 10 , 11 ,12,13,14,15,16,17dahil olmak üzere diğer birçok organizmada başarıyla kullanılmıştır. 2016 yılında Rhee ve ark.14, başka bir programlama TF Isl1 ile heterodimer kompleksi oluşturan TF Lhx3 programlamasının küçültülmesi sonrasında nöronal gen ekspresyonunun nasıl sürdürüldüğünü anlamak için ilk kez memeli nöronlarında ChIP-exo kullandı. Bu çalışma, Lhx3'ün yokluğunda, Isl1'in nöronal efektör genlerin gen ekspresyonunun sürdürülmesi için Onecut1 TF'ye bağlı yeni nöronal arttırıcılara işe alındığını göstermiştir. Bu çalışmada ChIP-exo, birden fazla TF'nin hücre tiplerini ve hücre aşamasına özgü DNA düzenleyici elementleri neredeyse nükleotid haritalama çözünürlüğünde kombinatoryal bir şekilde nasıl dinamik olarak tanıdığını ortaya koydu. Diğer çalışmalar ayrıca diğer memeli hücre hatlarındaki proteinler ve DNA arasındaki etkileşimi anlamak için ChIP-exo yöntemini kullandı. Han ve ark.7, ChIP-exo kullanarak fare eritroid hücrelerinde GATA1 ve TAL1 TF'lerin genom çapındaki organizasyonunu incelemek için ChIP-exo'yu kullandı. Bu çalışma, TAL1'in eritroid farklılaşması boyunca GATA1 ile protein-protein etkileşimleri yoluyla dolaylı olarak değil, doğrudan DNA'ya işe alındığı bulunmuştur. Son çalışmalar ayrıca, insan hücre hatlarındaki epigenomik ve transkripsiyonel mekanizmaları incelemek için CTCF, RNA Polymerase II ve histone izlerinin genom çapındaki bağlama konumlarının profilini çıkarmak için ChIP-exo'yu kullanmıştır18,19.
ChIP-exo protokolünün çeşitli sürümleri vardır3,5,20. Ancak, bu ChIP-exo protokollerini, yeni nesil sıralama kütüphanesi hazırlığına aşina olmayan araştırmalar için takip etmek zordur. ChIP-exo protokolünün mükemmel bir sürümü, takip edilmesi kolay talimatlar ve bir video21ile yayınlandı, ancak tamamlanması için önemli miktarda zaman gerektiren birçok enzymatic adım içeriyordu. Burada chip-exo protokolünün yeni bir sürümünü bildiriyoruz azaltılmış enzymatic adımlar ve kuluçka süreleri ve her enzymatic adım21için açıklamalar . Uç onarımı ve dA-tailing reaksiyonları, uç hazırlık enzimi kullanılarak tek bir adımda birleştirilir. Dizin ve evrensel bağdaştırıcı ligasyon adımları için kuluçka süreleri, ligasyon arttırıcı kullanılarak 2 h'den 15 dakikaya düşürülür. Önceki ChIP-exo protokolünde açıklanan dizin bağdaştırıcısı ligasyon adımından sonraki kinaz reaksiyonu kaldırılır. Bunun yerine, lambda exonuclease sindirim adımı için kullanılacak olan indeks adaptörünün 5' uçlarından birine(Tablo 1)oligo DNA sentezi sırasında bir fosfat grubu eklenir. Önceki ChIP-exo protokolü, tek iplikli DNA kirleticilerini ortadan kaldırmak için RecJf exonuclease sindirimi kullanırken, bu sindirim adımı chIP-exo kütüphanesinin kalitesi için kritik olmadığı için burada kaldırılır. Ek olarak, ChIP işleminden sonra ters çapraz bağlı DNA'yı arındırmak için fenol:kloroform:izoamil alkol (PCIA) ekstraksiyon yöntemi yerine manyetik boncuk temizleme yöntemi kullanılır. Bu, DNA ekstraksiyonunun kuluçka süresini azaltır. Daha da önemlisi, dizin bağdaştırıcısı ligasyonu sırasında oluşan bağdaştırıcı solukluklarının çoğunu kaldırır ve bu da ligasyon aracılı PCR'nin verimliliğini etkileyebilir.
Burada sunulan ChIP-exo protokolü, fare embriyonik sapı (ES) hücrelerinden farklılaştırılmış memeli nöronlarında kesin protein-DNA etkileşimlerinin tespiti için optimize edilmiştir. Kısaca, hasat edilen ve çapraz bağlı nöronal hücreler, kromatin sonikasyona maruz kalmasını sağlamak için yutulur, daha sonra uygun boyutta DNA parçaları elde edilecek şekilde sonicated (Şekil 1). Antikor kaplı boncuklar daha sonra parçalanmış, çözünür kromatinleri ilgi proteinine seçici olarak immün önseçimli hale getirmek için kullanılır. İmmün olarak kesinleşmemiş DNA hala boncuklardayken, son onarım, dizileme adaptörlerinin ligasyonu, dolgu reaksiyonu ve 5' ila 3' lambda exonuclease sindirim adımları gerçekleştirilir. Exonuclease sindirim adımı, ChIP-exo'ya ultra yüksek çözünürlüğünü ve yüksek sinyal-gürültü oranını veren şeydir. Lambda exonuclease, immün önyüklenmiş DNA'yı çapraz bağlama bölgesinden birkaç baz çifti (bp) keser, böylece kontamine DNA'nın bozulmasına neden olur. Exonuclease ile tedavi edilen ChIP DNA'sı antikor kaplı boncuklardan elde edilir, protein-DNA çapraz bağlantıları tersine çevrilir ve proteinler bozulur. DNA çıkarılır ve tek iplikli ChIP DNA'sına denatüre edilir, ardından çift iplikli DNA (dsDNA) yapmak için astar tavlama ve uzatma yapılır. Daha sonra, evrensel bir bağdaştırıcının exonuclease ile işlenmiş uçlara ligasyonu gerçekleştirilir. Elde edilen DNA saflaştırılır, daha sonra PCR yükseltilir, jel arındırılır ve yeni nesil sıralamaya tabi tutulur.
ChIP-exo protokolü ChIP-seq protokolünden daha uzundur, ancak teknik olarak çok zor değildir. Başarılı bir şekilde bağışıklık sistemi baskılanmış herhangi bir ChIP DNA'sı, birkaç ek enzymatik adımla ChIP-exo'ya tabi tutulabilir. ChIP-exo'nun ultra yüksek haritalama çözünürlüğü, azaltılmış arka plan sinyali ve genomik bağlama alanlarıyla ilgili yanlış pozitif ve negatiflerin azalması gibi önemli avantajları zaman maliyetinden daha ağır basmaktadır.