CUT&Tag

Cut&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation) 是 Steven Henikoff 實驗室於 2019 年開發的一項革命性新技術。在表觀遺傳學研究中,繪製全基因體範圍的蛋白質—DNA 相互作用圖譜至關重要。傳統技術如染色質免疫沉澱測序(ChIP-seq)是金標準,但存在固有缺點:需大量起始細胞(通常百萬級)、相互連結可能引入偏差、實驗流程長、背景雜訊較高。CUT&TAG 旨在解決 ChIP-seq 的痛點。CUT&TAG 在細胞內、原位完成免疫標的與 DNA 切割,直接富集目標蛋白結合的 DNA 片段,因此具備極高信噪比、所需細胞量極少(低至 60 個細胞)、流程快速、解析度高等突出優勢,迅速成為表觀遺傳學研究的新利器。

原理介紹

CUT&TAG 的原理基於蛋白質 A-Tn5 融合蛋白(pA-Tn5)的定向標籤化活性。原位免疫結合:將通透後的細胞核與特異性一抗孵育,一抗辨識目標蛋白(如轉錄因子、組織蛋白修飾)。pA-Tn5 融合蛋白結合:加入 pA-Tn5 融合蛋白,蛋白質 A 部分與一抗的 Fc 段高親和力結合,將 Tn5 轉座酶精準導航至目標蛋白的結合位點。激活與標籤化:加入 Mg²⁺ 激活 Tn5,在原位對附近基因體 DNA 進行切割並同時連接測序接頭(即「標籤化」)。DNA 片段釋放與測序:透過升溫或加入 SDS 使細胞裂解,釋出帶接頭的短 DNA 片段,即代表目標蛋白的結合區域,隨後進行 PCR 擴增與建庫測序。

文獻案例

《Nature Genetics》期刊發表「Automated CUT&Tag profiling of chromatin heterogeneity in mixed-lineage leukemia.」研究論文,運用自主研發的自動化 Cut&Tag/Cut&RUN 技術,對 KMT2A 重排白血病樣品進行高通量染色質圖譜分析,發現不同 KMT2A 融合蛋白特異性結合標的基因基因體區域,並在啟動子處形成動態「二價」染色質(H3K4me3/H3K27me3 共存);透過單細胞 Cut&Tag 揭示此「二價」狀態實為腫瘤內細胞間染色質異質性的體現,從而解釋白血病細胞在髓系與淋系間轉換的譜系可塑性機制;同時研究亦表明融合伴侶類型影響 DOT1L、Menin 等共因子招募能力,可據此預測患者對相應抑制劑的敏感性,凸顯自動化表觀基因體分析在精準診療中的應用潛力。

送樣標準

細胞樣品

≥20 萬個細胞/樣品

動物組織樣品

>300 mg。

植物組織樣品

幼嫩葉片≥0.3 g/份,種子/根/莖≥0.5–1 g/份

交付內容

資料前處理與品控

原始資料品控、序列過濾與比對

實驗內部品質控制分析

片段大小分布、TSS 富集分析、全基因體覆蓋評估、樣品間相關性分析。

標準分析

Peak 辨識與基礎註釋,Peak Calling、Peak 基礎統計、基因體特徵註釋

功能富集分析

Peak 關聯基因鑑定、GO 與 KEGG 富集分析

Motif 分析

De novo Motif 發現、已知 Motif 匹配

進階分析

多組比較與差異 Peak 分析

常見問題

1)靈敏度高、背景低:訊號富集於標的處,幾乎無脱靶切割。2)所需細胞量極少:可從數百甚至數十個細胞起始。3)流程快:一天內即可完成從細胞到文庫的製備。4)無須相互連結:避免相互連結引起的表位遮蔽與抗原性改變。

1)抗體依賴性:結果高度依賴一抗的特異性與親和力。2)對難通透樣品不友善:如植物細胞、真菌、某些組織切片,可能需優化通透條件。3)定量性爭議:因為原位富集,峰高是否嚴格與蛋白結合量線性相關存在討論,更適合定性或半定量比較。

背景高:細胞通透過度或不足;抗體濃度過高或非特異性結合;pA-Tn5 過量或含游離 Tn5;DNA 純化過程引入污染。無訊號:抗體失效或不適用於 Cut&Tag;pA-Tn5 失活;Mg²⁺ 激活步驟失敗;PCR 擴增失敗。

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