“epigenetics”（表觀遺傳學）是描述不改變DNA序列的可遺傳表型變化。也就是，特定刺激不引起DNA序列突變，而是通過表觀遺傳調控，上至影響基因轉錄，下至改變蛋白活性，從而對表型產生可遺傳的變化。

表觀調控在病理和生理變化中起重要作用，是當今生命科學研究的前沿和熱點。那么，下面就來扒一下表觀遺傳調控有哪些方式，又該怎么研究。

①轉錄因子/轉錄抑制因子

轉錄因子或轉錄抑制因子可能由于蛋白修飾、表達水平變化、其它共調節因子或作用位點變化等影響與靶DNA的相互作用，調控轉錄。

② DNA修飾

真核細胞中最常見的是5mC甲基化修飾，可作為反式調節因子發揮作用，也可改變染色質的結構與活性。DNA甲基化可通過干擾轉錄調控因子的識別位點，或通過甲基化CpG島的結合蛋白招募轉錄調控因子，調控基因表達。

③ 組蛋白修飾

組蛋白的翻譯后修飾主要有：小分子化學基團修飾，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、生物素化等；肽類修飾，包括泛素化、SUMO等。組蛋白修飾可通過改變染色質的結構，改變與DNA的結合狀態，影響其他調控因子的互作，從而調控DNA復制、轉錄和染色質濃縮等。

④ 染色質重塑

特定的蛋白質復合物可利用ATP水解釋放的能量，使組蛋白核心八聚體暫時脫離DNA，或使核小體核心沿DNA滑動，促進高度有序的染色質結構變化，從而促進其他蛋白質的結合和異染色質的形成，或影響轉錄因子的結合。

⑤ 非編碼RNA調控

位于細胞核的非編碼RNA如lncRNA、circRNA，可作為蛋白支架，影響轉錄復合物的形成和活性；也可作為蛋白海綿，與轉錄復合物競爭性結合轉錄因子或轉錄調控因子，從而調節轉錄。

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丨轉錄調控研究技術

（1）染色質免疫共沉淀（ChIP）：超聲或酶處理隨機切割染色質后，利用抗原抗體特異性識別反應，沉淀目的蛋白結合的DNA片段，反交聯并純化DNA后，進行高通量測序或qPCR分析。

應用

●組蛋白修飾：利用特定修飾組蛋白的抗體進行ChIP，可揭示組蛋白修飾對應的基因組位置；

●轉錄因子調控：利用轉錄因子或調控蛋白抗體進行ChIP，可精準地探索其調控的靶基因及位點；

圖1 ChIP技術路線

（2）染色體可及性測序（ATAC-seq）：通過轉座酶對某種特定時空下開放的核染色質區域進行切割，提取DNA后，進行高通量測序。

應用

●轉錄活躍基因：獲得特定條件下所有活躍轉錄的基因序列；

●轉錄因子：通過聚類分析，挖掘開放位點的潛在結合轉錄因子；

●轉錄水平：結合RNA-seq獲得的全轉錄組信息，得到基因表達水平數據。

圖2 ATAC-seq技術路線

① 調控性非編碼RNA

miRNA可引導AGO2蛋白為核心的沉默復合體，對靶RNA進行切割；而lncRNA和circRNA可以通過ceRNA機制競爭性吸附miRNA，逆轉miRNA對靶RNA的負調控。

② RNA修飾

主要的RNA修飾主要有m6A、m5C、m7G甲基化、假尿嘧啶修飾等，涉及轉移酶（Writer）、去修飾酶（Eraser）、以及閱讀蛋白（Reader）等相關蛋白的作用，可調控RNA的穩定性、翻譯效率甚至介導翻譯起始、核輸出、剪接和降解等。

③RNA結合蛋白

RNA結合蛋白（RBP）包括RNA修飾相關蛋白、翻譯復合體、剪接復合體、沉默復合體、核輸出蛋白等，參與調控RNA的穩定性、翻譯、核輸出、剪接和降解等眾多途徑。

丨轉錄后調控研究技術

（1）RNA免疫沉淀（RIP）：利用針對目標蛋白質的抗體，沉淀相應的RNA-蛋白質復合物，分離純化復合物上的RNA，進行高通量測序或qRT-PCR分析。

應用

●RBP：利用RBP的抗體進行RIP，分析特定RBP互作的RNA；

●miRNA調控：利用anti-Ago 2抗體進行RIP，研究可能受miRNA調節的RNA；

●RNA修飾：利用RNA修飾相關蛋白（如甲基化識別蛋白）的抗體進行RIP，研究可能含有特定修飾調控的RNA。

圖3 RIP技術路線

（2）RNA pull-down（標簽法）：將RNA標簽（可產生特殊結構結合捕獲蛋白）引入目標RNA中，利用捕獲蛋白結合目標RNA上的標簽 ，產生捕獲蛋白/目標RNA/RBP/調控性RNA復合物產生，再通過捕獲蛋白抗體下拉復合物，提取復合物中的蛋白質進行質譜或Western Blot檢測，或提取復合物中的RNA進行高通量測序或qRT-PCR檢測。

應用

●RBP：產物進行質譜或WB，可揭示與目標RNA互作的相關調控蛋白質；

●調控性ncRNA：產物進行高通量測序或qRT-PCR，可分析與目標RNA互作的調控性RNA。

圖4 RNA pull-down（標簽法）技術路線

（3）RNA pull-down（探針法）：利用生物素標記的RNA探針與目標蛋白進行體外結合，然后將結合的復合物分離純化，然后進行質譜或Western Blot分析。

應用

●RBP：揭示與目標RNA互作的相關調控蛋白質。

圖5 RNA pull-down（探針法）技術路線

（4）RNA甲基化免疫共沉淀（MeRIP）：利用m6A抗體識別并結合具有m6A修飾的RNA片段進行免疫共沉淀，對富集下來的RNA片段進行高通量測序或qRT-PCR分析。

應用

●m6A修飾：MeRIP-seq結合生物信息學分析，即可在全轉錄組范圍內對m6A修飾進行系統研究,全面揭示和挖掘甲基化修飾的RNA。

圖6 MeRIP技術路線

（5）?Nanopore Direct RNA測序：對天然RNA進行單分子水平的全長測序，不需PCR擴增，可保留并檢測RNA堿基修飾信息。Nanopore測序是通過檢測特定的電流變化，識別堿基。RNA堿基修飾的電信號不同于對應的標準堿基，因此可通過分析電信號，可識別堿基修飾。

應用

●RNA修飾和轉錄水平：可全面直接識別RNA堿基修飾信號，同時得到目標基因的轉錄水平和表觀修飾信息。

圖7 Nanopore Direct RNA測序技術路線[1]

① 蛋白質修飾

蛋白表達和修飾是蛋白功能的最重要影響因素。蛋白修飾如磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化、糖基化等，蛋白修飾可以直接影響蛋白的功能、活性或與其它蛋白的互作，從而影響表型。

② 蛋白互作

蛋白質與蛋白質之間的相互作用也可以影響蛋白的豐度、修飾、活性或通過改變蛋白質構象影響其功能。

③非編碼RNA

非編碼RNA也可以作為蛋白支架介導蛋白質相互作用從而影響蛋白質功能，或作為蛋白海綿影響蛋白質的定位和功能。

丨翻譯后調控研究技術

（1）免疫共沉淀（Co-IP）：利用特異性抗體從樣品中捕獲靶蛋白及其互作蛋白，提取純化蛋白后進行質譜或Western blot分析。

應用

●蛋白互作：下拉蛋白復合物，研究互作的蛋白；

●蛋白修飾：利用特定修飾的特異性抗體進行Co-IP，然后定性或定量檢測特定修飾的蛋白質（多肽）；

●未知蛋白：利用標簽抗體富集偶聯標簽的未知蛋白（多肽），并進行研究。

圖8 Co-IP技術路線

（2）修飾蛋白組研究：對特定修飾的蛋白進行富集后，利用質譜技術進行全面分析。

應用

●蛋白修飾：利用質譜技術能準確定性定量分析特定修飾蛋白質，并揭示具體修飾位點。

圖9 基于質譜技術的修飾蛋白組研究技術路線[2]

怎么進行更全面的表觀調控研究？

從基因轉錄、RNA翻譯到蛋白發揮功能的生命活動全過程都可能存在表觀調控機制。因此，以上表觀調控方式并不是獨立存在的，而是可能同時存在，相互影響。因此，研究表觀調控需自上而下或由下到上，進行更系統的分析。

吉賽生物具有完備的三代/二代測序、質譜分析、分子生物學、試劑生產等平臺，擁有專業的生信分析團隊和技術支持團隊，可提供以上技術的服務和產品，更全面的多組學聯合分析，更專業和精準的表觀調控整體研究解決方案！

丨轉錄調控

丨轉錄后調控

丨翻譯后調控

丨相關技術服務

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