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表觀遺傳初識~ChIP-seq

 微笑如酒 2019-02-15

   大神一句話,菜鳥跑半年。我不是大神,但我可以縮短你走彎路的半年~

   就像歌兒唱的那樣,如果你不知道該往哪兒走,就留在這學點生信好不好~

   這里有豆豆和花花的學習歷程,從新手到進階,生信路上有你有我!

豆豆開始寫于19.2.4

之前從未涉足這個領域,但確實是未來發(fā)展方向
還是老規(guī)矩,流程學習很快,重點在于為什么做以及做完怎么解讀
先補充背景知識吧,春晚之前發(fā)出來
生信星球祝大家春節(jié)快樂咯!明年進步會更大!一起加油吧

背景知識

NGS與轉錄

  • 轉錄組即某個物種或特定細胞在某一功能狀態(tài)下產(chǎn)生的所有RNA的總和 (哪些序列能夠表達,何時何處表達, 轉錄活躍程度)

  • 部分基因是能夠轉錄=》染色質(zhì)多為開放狀態(tài);其余基因抑制狀態(tài)=》染色質(zhì)狀態(tài)較為緊密【基因開啟、關閉:基因調(diào)控】

  • 基因表達調(diào)控:信號轉導、轉錄前(染色質(zhì)構象和表觀調(diào)控等)、轉錄調(diào)控、轉錄后調(diào)控(剪切、編輯、轉運等)、翻譯和翻譯后調(diào)控【針對DNA序列:順式元件Cis; 針對結合因子包括蛋白和非蛋白因子:反式作用因子Trans】

  • 非編碼區(qū)大量組織特異性調(diào)控序列:增強子enhancer、沉默子silencer、絕緣子insulator等+幾個/幾十/幾百調(diào)控因子(轉錄因子、染色質(zhì)調(diào)控蛋白、組蛋白、RNA分子)+三維結構

  • 目前技術:

  • 分離純化多拷貝的基因組重復序列,如染色體端粒(telomere):locked nucleic acids (LNAs)和transcription activator-like (TAL)

  • 常規(guī)技術:ChIP-seqChIA-PE依賴于單個調(diào)控因子或組蛋白修飾【不能純化、分析單個調(diào)控序列所結合的多個調(diào)控因子及三維結構】

  • 挑戰(zhàn):native狀態(tài)下區(qū)分結合調(diào)控序列的特異性調(diào)控因子和細胞內(nèi)大量的非特異性因子

文獻綜述一定要看

PPT大體印象;綜述幫助理解;文獻獲取流程

PPT:

Basics of ChIP-Seq
https://www.msi./sites/default/files/basics_chip_seq_0.pdf

Basic workflow

ChIP-seq Data Analysis
https:///slide/3385783/

ChIP overview

圖中可以看到,基本原理是:特定時間點上用甲醛交聯(lián)等方式“固定”細胞內(nèi)所有DNA結合蛋白的活動,細胞內(nèi)蛋白和DNA相互作用的關系被“截屏”了=》然后裂解細胞、斷裂DNA(此時存在蛋白、與蛋白相連的DNA、游離的DNA)=》加上特定抗體取出蛋白及相連的DNA=》將與蛋白相連的DNA解離、純化=》測序=》看到蛋白質(zhì)抓取的片段們就是IGV中形成的峰,而游離的DNA們就沒有峰

綜述:

ChIP-seq guidelines and practices of the ENCODE and modENCODE consortia (2012)
https://www.ncbi.nlm./pubmed/22955991

首先就介紹了ChIP的歷史【染色質(zhì)免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation ,ChIP)技術誕生很早,由Orlando等人創(chuàng)立于1997年,發(fā)表于2000年,先利用Microarray技術 ChIP-chip,后2007年利用DNA sequencing技術 ChIP-seq。雖然技術在進步,但都是要先通過免疫沉淀拉下來DNA】

它用來研究細胞內(nèi)DNA與蛋白質(zhì)相互作用,確定特定蛋白(如轉錄因子)是否結合特定基因組區(qū)域(如啟動子或其它DNA結合位點),或確定基因組上與組蛋白修飾相關的特定位點

然后提到兩個組織:ENCODE(http:///ENCODE/ )和modENCODE(http://www./ for small genomes),他們在4個物種(果蠅、秀麗隱桿線蟲、人、小鼠)的100多種細胞做了超過1000次ChIP-seq實驗,發(fā)現(xiàn)了140多種不同的因子和組蛋白修飾
【與外顯子測序不一樣,ChIP-seq不是通過設計好的探針來捕獲序列,而是通過特異的RNApoly酶、組蛋白、轉錄因子來捕獲,哪里結合蛋白就捕獲哪里。每做一次實驗,換一個蛋白,所捕獲的序列是不一樣的】

ChIP workflow

文獻:

Getting-Started-with-ChIP-Seq(2013)

http:///wp-content/uploads/2013/02/Getting-Started-with-ChIP-Seq.pdf

Key steps:

  • Experimental design
    sequencing platform; the number of sequence reads (standard 20-40M); biological replication

  • Controls for ChIP-seq experiments

  • Reference genome alignment of ChIP-seq reads

    (mapping)

  • Background estimation

  • Peak finding

  • Quality control of ChIP-seq experiments

  • Differential binding analysis

  • Motif analysis


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