CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）是一種新型DNA-蛋白互作研究技術，主要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。CUT&Tag的核心原理是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。Stephen Henikoff團隊于2019年研發了CUT&Tag，作為ChIP-Seq（免疫共沉淀測序）的改進和替代方法。CUT&Tag技術憑借其高靈敏度、低背景噪音和低細胞量需求，已成為揭示基因調控機制、解析染色質狀態和推動精準醫學研究的重要工具，并廣泛應用于表觀遺傳學研究、轉錄因子結合位點分析、疾病機制解析、藥物篩選與作用機制探索以及單細胞水平的基因調控研究等多領域。依托先進的Protein A/G-Tn5融合蛋白體系和高通量測序平臺，百泰派克生物科技提供專業的CUT&Tag技術服務，覆蓋樣本制備、文庫構建、高通量測序及生物信息學分析全流程。我們的技術團隊具備豐富的表觀基因組學經驗，能夠高效、精準地解析蛋白質與DNA的相互作用，助力科研人員揭示基因調控的深層機制。
一、CUT&Tag技術背景
組蛋白通過形成核小體壓實和保護DNA，其修飾（如乙?；?、甲基化）與DNA甲基化共同調控基因表達，其修飾狀態和動態變化對于細胞功能的維持至關重要，也與多種疾病的發生發展密切相關。因此，理解組蛋白與 DNA 之間復雜而精密的相互作用，對于揭示正常細胞過程和疾病狀態，尤其是癌癥，具有重要的科學和臨床意義。此外，蛋白質-DNA相互作用是基因轉錄調控的核心，也是啟動基因轉錄的前提。為了研究這些復雜的相互作用機制，科學家開發了多種方法，包括凝膠阻滯、DNaseⅠ足跡實驗、甲基化干擾、體內足跡、酵母雙雜交、ChIP-Seq 和 CUT&Tag 等。其中，CUT&Tag技術正逐步成為研究蛋白質-DNA相互作用和染色質狀態的前沿。
二、CUT&Tag與ChIP-Seq技術比對
CHIP-seq（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP），結合位點分析法/染色質免疫共沉淀，其原理是通過染色質免疫共沉淀技術（ChIP）特異性地富集目的蛋白結合的DNA片段，并對其進行純化與文庫構建；然后對富集得到的DNA片段進行高通量測序。通過將獲得的數百萬條序列精確定位到基因組上，從而獲得全基因組范圍內與組蛋白、轉錄因子等互作的DNA區段信息。然而，該技術存在細胞起始量要求高、容易出現假陰性/假陽性、超聲打斷條件難以選擇、高度依賴特異性抗體、重復性差、信噪比低等缺陷。
CUT&Tag使用ProteinA/G-Tn5融合蛋白直接結合目標蛋白，免除了傳統方法的交聯步驟，大幅降低背景噪聲，并實現高分辨率的結合位點檢測。CUT&Tag技術流程包括以下關鍵步驟：首先，使用ConA磁珠結合細胞膜上的糖蛋白，提取細胞核或直接利用核樣本，同時通過洋地黃皂苷（digitonin）透化細胞膜，增強核膜通透性。接著，加入特異性一抗（如α-H3K27me3）孵育并洗滌去除非特異性結合，再加入二抗確?？贵w復合物精準結合靶標區域。隨后，Protein A/G-Tn5融合蛋白與抗體復合物結合，將Tn5轉座酶精準定位到目標DNA區域。通過加入含Mg²?的反應液激活Tn5酶，實現DNA片段化并插入測序接頭，完成文庫構建。最終，利用Illumina平臺進行高通量測序，結合生物信息學工具進行質控、基因組比對、富集峰注釋、Motif識別、GO功能分析及KEGG通路分析，全面解析轉錄因子結合位點及染色質修飾的功能作用。
圖1. 技術路線比對 Plant Methods 16, 120 (2020)
圖2
三、CUT&Tag技術亮點
1、低細胞量需求：僅需少量細胞（甚至單細胞水平）即可進行分析。
2、高靈敏度：背景噪聲低，信噪比高。
3、高分辨率：可清晰定位到轉錄因子和組蛋白修飾的結合區域
4、實驗周期短：相較于ChIP-Seq，實驗流程更加簡單，時間更短。
四、CUT&Tag文獻應用
——CUT&Tag揭示H3K18la對PDAC（胰腺導管腺癌）發生發展調控機制
圖3
胰腺癌是一種高度侵襲性的消化系統腫瘤，是人類最致命的惡性腫瘤，5年總生存率較低，其中80%以上為胰腺導管腺癌（Pancreatic ductal adenocarcinoma， PDAC）。盡管在過去十年中試圖改善其治療，但PDAC的死亡率并沒有大幅下降。因此，更清晰地了解PDAC的生長和轉移機制，尋找潛在的治療靶點和新的生物標志物來預測PDAC的預后勢在必行。PDAC細胞利用“代謝重編程”來支持惡性行為，如快速增殖、侵襲和一些細胞過程。糖酵解增強和乳酸積累是各種類型癌癥的共同特征。然而，代謝重編程如何重塑表觀遺傳改變，特別是PDAC中的乳酸化，仍不清楚。為此，北京大學第三醫院利用CUT&Tag技術展開研究并發表“糖酵解和組蛋白乳酸化之間的正反饋調節驅動胰腺導管腺癌的發生”一文，闡述了其主要研究成果：
1、組蛋白乳酸化水平升高與PDAC患者的不良預后相關
（1）在PDAC患者胰腺組織中，乳酸含量高于正常鄰近組織（圖A）。同樣，MIA PaCa-2、PANC-1、AsPC-1和PL45等PDAC細胞系的乳酸產量也高于人胰腺導管上皮細胞系hTERT-HPNE（圖B）。使用非靶向代謝組學分析了PDAC患者和健康組血清樣本中代謝物的變化。結果顯示，腫瘤組和健康組之間有222種代謝物存在顯著差異，腫瘤組中有100種代謝物較低，122種代謝物較高，圖C)。不同血清代謝物的KEGG分析顯示中心碳代謝富集（圖D）。尤其值得注意的是，乳酸也是代謝產物之一。
（2）由于產生大量乳酸作為組蛋白乳酸化的底物，檢測了5對PDAC組織和周圍非癌組織的蛋白質乳酸化水平。在PDAC組織中觀察到更高水平的全局/泛賴氨酸乳酸化（Pan Kla）（圖E）。由于組蛋白修飾在大多數生物學過程中發揮著基礎作用，H3K18la已被報道調節多種生物學過程，如腫瘤發生，因此重點研究了其表達和功能。一致地，H3K18la水平在PDAC組織中也升高（圖E）。此外，與正常胰腺導管上皮細胞系相比，4種PDAC細胞系中Pan Kla和H3K18la的表達均顯著上調（圖F）。
圖4
（3）接下來，對74例PDAC組織和72例癌旁組織（90對組織排除脫落切片、無胰管組織和形態明顯異常的癌旁組織）進行免疫組化染色，評估H3K18la的臨床意義。如圖G和H所示，與正常組織相比，PDAC中H3K18la水平明顯上調。在PDAC患者中，51.4%的樣本顯示高H3K18la水平，比正常組普遍存在（圖I）。H3K18la水平的升高與AJCC的晚期呈正相關（圖J）。為了進一步確定H3K18la的預后價值，采用基于H3K18la水平的Kaplan-Meier生存圖評估總生存率，通過Log-rank檢驗確定H3K18la可能與預后相關（圖K）。
圖5
2、糖酵解抑制減少組蛋白乳酸化，抑制PDAC細胞增殖和遷移
（1）為了明確糖酵解對組蛋白乳酸化的影響，使用不同種類的糖酵解抑制劑（DCA、Oxamate和2-DG），分別在MIA的PaCa-2和AsPC-1細胞中進行LDHA（催化丙酮酸轉化為乳酸）的敲低。隨著抑制劑劑量的增加，Pan Kla和H3K18la的水平持續降低。此外，si-LDHA有效降低了組蛋白乳酸化水平，Nala（乳酸鹽）治療后組蛋白乳酸化水平顯著升高。
（2）隨后，研究了組蛋白乳酸化對細胞增殖的生物學功能。觀察到用DCA、Oxamate或2-DG處理后，細胞活力和集落形成能力顯著下降。此外，LDHA沉默對MIA PaCa-2和AsPC-1細胞的生長和集落形成均有明顯的抑制作用，而Nala則減弱了LDHA沉默對細胞增殖的抑制作用。
（3）這些發現表明組蛋白乳酸化在PDAC的起始和進展中起著至關重要的作用，而抑制組蛋白乳酸化可能對PDAC具有潛在的抗腫瘤活性。
3、H3K18la在PDAC中激活TTK和BUB1B轉錄
（1）接下來，試圖確定H3K18la如何影響PDAC進展。使用抗H3K18la抗體進行了CUT&Tag檢測。在處理組中，轉錄起始位點（TSS）區域明顯減少（圖A和B），在啟動子區域觀察到約53%的富集（圖C）。對處理組中特異性啟動子區域下調峰的KEGG分析顯示，RNA轉運途徑、細胞周期和腫瘤相關途徑（如MAPK信號通路）中有相關的富集（圖D）。
（2）此外，通過RNA-seq檢測篩選乳酸化調控的潛在靶基因。與對照組相比，在PDAC細胞中，Oxamate處理上調了1259個基因，下調了303個基因（圖E）。對這些下調基因的KEGG分析也顯示，在Oxamate處理組中，細胞周期通路中富集（圖F）。CUT&Tag的基因本體（GO）分析和RNA-seq分析也顯示在細胞周期相關過程中富集。
（3）結合CUT&Tag、RNA-seq數據和GEPIA數據庫，該研究篩選出14個在PDAC中高表達且受H3K18la調控的基因，這些基因與細胞周期進程緊密相關。利用ChIP-qPCR驗證了H3K18la在TTK和BUB1B啟動子區的減少與糖酵解抑制劑使用相關，同時糖酵解抑制劑能下調這兩基因的mRNA和蛋白水平，揭示H3K18la通過糖酵解途徑調控它們的表達，影響PDAC進程。
圖6
研究表明，CUT&Tag廣泛應用于研究特定的染色質修飾（如H3K27me3、H3K4me1等）在基因組上的分布。通過CUT&Tag，可以清晰地揭示不同染色質修飾標記在基因組上的定位，幫助理解基因調控的表觀遺傳機制。除此之外，CUT&Tag在其他研究領域也不可或缺。在轉錄因子結合位點鑒定方面，CUT&Tag能夠精確鑒定轉錄因子在基因組上的結合位點，揭示其在基因表達調控中的作用。在單細胞表觀組學中，由于CUT&Tag技術對樣本量的需求極低，單細胞CUT&Tag能夠揭示細胞群體中個體細胞的異質性及染色質狀態的差異。
CUT&Tag技術正在快速推動表觀遺傳學研究的前沿發展，百泰派克生物科技為您提供專業的CUT&Tag技術一站式服務，助您精準解析染色質狀態，揭示基因調控的奧秘，為疾病機制研究和藥物開發提供強有力的支持。我們的服務涵蓋從樣本準備、抗體優化到高通量測序及數據分析的全流程支持，確保為您提供高質量的染色質修飾和轉錄因子結合位點分析數據。與百泰派克合作，讓您的研究邁向新的高度！
相關服務：
CUT&Tag分析服務
關于我們
北京百泰派克生物科技有限公司致力于為生物/制藥和醫療器械行業提供質量控制檢測和項目驗證等專業服務。公司實驗室遵循NMPA、ICH、FDA和EMA等的法規和指導原則，通過CNAS/ISO9001雙重質量體系認證，建立了完備的質量體系，數據冷熱/異地備份，設備定期計量/期間核查，軟件審計追蹤，為客戶提供一體化解決方案和技術服務，支持新藥研發、藥物申報注冊和生產放行。
1.公司采用ISO9001質量控制體系，專業提供以質譜為基礎的CRO檢測分析服務；
2.獲國家CNAS實驗室認可，為客戶提供符合全球藥政法規的藥物質量研究服務；
3.業務范圍覆蓋蛋白質組學、多肽組學、代謝組學、生物藥物表征、單細胞分析、單細胞質譜流式、生信云分析以及多組學生物質譜整合分析等；
4.七大質量控制檢測平臺，滿足您一站式服務需求；
5.服務3000+企業，10000+客戶的選擇；
6.致力于為您提供優質的生物質譜分析服務!
技術服務一覽圖
