組蛋白修飾是調控染色質結構與基因表達的重要分子機制，對維持細胞功能、基因組穩定性以及細胞分化等過程起著關鍵作用。在細胞核中，DNA（脫氧核糖核酸）作為一種攜帶遺傳信息的生物大分子，負責指導RNA和蛋白質的合成，確保生物體的正常發育與運作。DNA分子呈雙螺旋結構，并纏繞在組蛋白上形成核小體。這些核小體以串珠狀的形式排列，進一步壓縮形成染色質（chromatin），而染色質在細胞分裂過程中則會進一步折疊壓縮形成染色體。在此過程中，組蛋白修飾通過乙?；?、甲基化、磷酸化等不同的化學修飾形式，調控染色質的開放或關閉狀態，從而影響基因表達的活性。CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）技術利用抗體識別目標蛋白或特定的染色質修飾標記，并通過蛋白酶Tn5轉座酶（Tagmentase）在目標位點上進行高效的DNA片段化和文庫構建，能夠用于研究轉錄因子或組蛋白修飾在全基因組上的結合位點。
圖1. 不同組蛋白翻譯后修飾位點（Nat Rev Genet 23, 563–580 (2022)）
在探究蛋白質與DNA相互作用及組蛋白修飾機制時，傳統技術ChIP-seq（Chromatin Immunoprecipitation Sequencing，染色質免疫共沉淀測序）仍存在一些局限性，如對細胞起始量要求較高、容易產生假陰性或假陽性結果、重復性較差、信噪比低等問題。為克服此技術瓶頸，2019年Henikoff實驗室在Nature Communications上公布的CUT&Tag技術顯著降低了細胞樣本的起始量需求，同時在數據的信噪比、重復性以及檢測靈敏度等方面取得了突破性進展。通過特異性抗體識別特定組蛋白修飾位點，結合CUT&Tag技術的高通量檢測能力，科學家能夠精準地繪制全基因組范圍內的組蛋白修飾圖譜，進一步解析這些修飾在染色質結構重塑和基因轉錄調控中的關鍵作用。
圖2. CUT&Tag與CHIP-seq的數據比對（Nat Commun 10, 1930 (2019)）
CUT&Tag主要步驟為：
（1）提取細胞核并與磁珠結合：可以用活細胞，也可以使用抽核的細胞核。ConA磁珠能與細胞膜上的糖蛋白結合，使用洋地黃皂苷（digitonin）透化細胞膜。
（2）一抗、二抗結合：一抗是針對靶蛋白的特異性抗體，一抗孵育后，用含洋地黃皂苷的洗滌緩沖液快速洗滌，然后將細胞核與二抗一起孵育。
（3）ChiTag轉座體結合抗體：一般使用Protein A/G-Tn5體系來實現Tn5轉座酶的結合。
（4）Tn5轉座酶激活與片段化：通過添加含有Mg2+的反應液使Tn5轉座酶開始發揮作用，在打斷靶蛋白結合的DNA區域的同時將攜帶的建庫接頭連接到DNA片段上。
（5）測序與數據分析：包括數據質控、參考基因組比對分析、frag分析、富集峰分析、富集峰Motif分析、Peak富集區域差異比較分析。
圖3. CUT&Tag方法流程（Nat Commun 10, 1930 (2019)）
相關應用文獻一：
標題：Positive feedback regulation of microglial glucose metabolism by histone H4 lysine 12 lactylation in Alzheimer’s disease
阿爾茨海默病組蛋白H4賴氨酸12乳酸化對小膠質細胞糖代謝的正反饋調節
期刊：Cell Metabolism
IF：27.7
時間：2022
研究概要：
圖4
主要研究內容：
具體內容：小膠質細胞的促炎激活是阿爾茨海默?。ˋD）的一個標志，這一過程涉及從氧化磷酸化（OXPHOS）向糖酵解的轉變。研究展示了小膠質細胞中的正反饋循環如何驅動AD的發病機制，并且證明抑制小膠質細胞中的這一循環可以改善AD小鼠模型（5XFAD）中的Aβ負擔和認知缺陷。在5XFAD小鼠和AD患者的腦樣本中首次檢測到組蛋白乳酸化升高后，觀察到Aβ斑塊鄰近小膠質細胞中H4K12la水平升高。這種乳酸依賴性組蛋白修飾在糖酵解基因的啟動子上富集并激活轉錄，從而增加糖酵解活性。最終，糖酵解/H4K12la/PKM2正反饋回路加重了AD的小膠質細胞功能障礙。藥理抑制PKM2可減弱小膠質細胞的激活，而小膠質細胞特異性消融PKM2可改善AD小鼠的空間學習和記憶。因此，研究表明破壞正反饋回路可能是治療AD的一種潛在的治療方法。
相關應用文獻二：
標題：A feedback loop driven by H3K9 lactylation and HDAC2 in endothelial cells regulates VEGF-induced angiogenesis
內皮細胞中由H3K9乳酸化和HDAC2驅動的反饋回路調節vegf誘導的血管生成
期刊：Genome Biology
IF：10.1
時間：2024
研究概要：
圖5
主要研究內容：
血管內皮生長因子（VEGF）是最重要的促血管生成因子之一，在多種疾病中起著重要作用。糖酵解速率增加和乳酸積累與病理性血管生成有關。研究發現內皮細胞中H3K9乳酸化（H3K9la）和組蛋白去乙酰化酶2 （HDAC2）之間的反饋回路驅動vegf誘導的血管生成。內皮細胞中的H3K9la水平在對VEGF刺激的反應中上調。糖酵解的藥理學抑制降低H3K9的乳酸化并減弱新生血管。CUT& Tag分析顯示，H3K9la富集于一組血管生成基因的啟動子上并促進其轉錄。有趣的是，H3K9的高乙?；种屏艘阴；脸窰DAC2的表達，而HDAC2的過表達則降低了H3K9的乙?；⒁种屏搜苌??？傊琀3K9la對vegf誘導的血管生成很重要，中斷H3K9la/HDAC2反饋回路可能代表了一種治療病理性新生血管的新方法。
隨著組蛋白修飾與CUT&Tag技術的不斷發展，科研人員能夠更加精準地揭示染色質結構變化與基因表達調控之間的復雜關系，為疾病機制研究、藥物開發以及個性化治療提供重要的分子基礎。憑借專業的技術團隊和7大質量控制檢測平臺，百泰派克生物科技始終站在技術發展的前沿，致力于為科研人員提供專業、高效的組蛋白修飾與CUT&Tag技術服務。此外，百泰派克生物科技(BTP)采用ISO9001認證質量控制體系管理實驗室，獲國家CNAS實驗室認可；我們的組蛋白修飾與CUT&Tag服務不僅具備高靈敏度、高重復性和低起始樣本需求的優勢，還能夠精準解析全基因組范圍內的組蛋白修飾圖譜，助力科研人員全面理解基因調控機制，推動項目高效開展。
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參考文獻：
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