クロマチン免疫沈降法(Chromatin Immunoprecipitation、ChIP)は、DNA-タンパク質の相互作用の解析に用いられます。その核心となる原理は以下の通りです:はじめに化学架橋によりDNA-タンパク質複合体を固定します。次にDNA-タンパク質複合体をランダムに断片化します。その後、抗原-抗体特異的反応を利用して、免疫沈降により標的タンパク質に結合したDNA断片を精製し、得られたDNAを定性または定量解析を行います。これにより、当該タンパク質のゲノム上における結合部位、結合強度、および調節の規則について調べることができます。この技術は、遺伝子発現調節、クロマチン構造変換などの解明における不可欠な方法となっています。
最適な結果を得るために、一回の免疫沈降につき約4×106個の細胞が必要です(ポジティブおよびネガティブコントロールを含め、少なくとも計12×106個の細胞をご用意ください)。
1. 架橋反応:タンパク質とDNAを架橋させるため、15 cmディッシュに37%ホルムアルデヒド540 µlを添加します(培地20 mL)。浮遊細胞の場合は、20 mLの培地に浮遊させた状態で同量のホルムアルデヒドを添加します(最適な固定を行うため、細胞密度は0.5×106cells/ml未満に調整してください)。緩やかに混和後、室温のシェーカー上で10分間インキュベートします(ホルムアルデヒドの最終濃度は1%)。添加後、培地の色が変化します。
2. 架橋反応の停止:2 mLの10×グリシン溶液(最終濃度0.125 M)を添加して反応を停止させ、室温で5分間インキュベートします。グリシンの添加により培地の色がさらに変化します。
3. 細胞の回収(接着細胞の場合):培地を吸引除去し、氷冷した1×PBSで細胞を2回洗浄します(各洗浄時にPBSを完全に除去してください)。その後、氷冷した1×PBS(プロテアーゼ阻害剤カクテルを含む)5 mLを加え、セルスクレーパーを用いて細胞を脱落させ、15 mLチューブに回収します。4℃、1,000×gで5分間遠心分離し、上清を棄却します。
4. 細胞の回収(浮遊細胞の場合):、細胞を50 mL遠心チューブに移し、4℃、500×gで5分間遠心分離します。ペレット(沈殿)を氷冷した1×PBSで2回洗浄し、上清を棄却します。
5. 細胞の溶解:ChIPライシスバッファー(1×107個あたり1mL)を加え、氷上で10分間インキュベートします。この段階のサンプルは、-80℃で最大3ヶ月間保存可能です。
1. 超音波処理:超音波処理により、ゲノムDNAを断片化し、断片サイズを200〜1,000 bp(400〜800 bpの範囲に集中させることがより理想的)に調整します。処理時間は細胞株に応じて最適化する必要があります。
※注:
1)条件検討の目安(中国Scientz社製の超音波発生装置を使用する場):直径2 mmのマイクロプローブを使用し、振幅20%(出力130W相当)、5秒間On / 15秒間Offの間欠処理にて、超音波処理時間を2、4、8、12、16分間の設定で行います。
2)細胞種による条件差と注意点:細胞の種類によって最適な条件は異なるため、必ず予備実験を行ってください。再現性を保つため、毎回のサンプル容量および細胞数は一定に固定してください。また、処理中はサンプルが常に氷冷され、低温が維持されていることを確認してください。プローブの先端がチューブの底や壁面に接触しないように調整してください。
3)バッファー組成および細胞密度の影響:SDS濃度、塩強度、または界面活性剤濃度が高くなるほど、DNAは断片化されやすくなります。逆に、細胞密度が高すぎる場合は断片化しにくくなります。腫瘍細胞と比較して、初代培養細胞(プライマリーセル)や組織由来の細胞はクロマチンの破砕が困難な傾向にあります。特にT細胞などは、細胞体が非常に小さく緻密であるため、通常の条件では破砕しきれないことが多く、最適な結果を得るためには可溶化バッファーの変更やソニケーション条件の再検討が必要です。
2. 4℃、8,000×gで10分間遠心分離し、上清を新しいEPチューブに回収します。
1. 200 µLのクロマチンサンプルに5 M NaClを8 µL添加し、65℃で一晩インキュベートします。
2. プロテイナーゼK(20 mg/mL)を1 µL添加し、42℃で1時間インキュベートします。
3. PCR精製キットを用いてDNAを精製します。
4. 1.5%アガロースゲル電気泳動を行い、DNAの断片サイズを確認します。
1. 超音波処理条件を最適化した後、サンプルに対して超音波処理を行います。
2. プロテアーゼ阻害剤を含むChIP Dilution Bufferを調製します(プロテアーゼ阻害剤:ChIP Dilution Buffer=1:100)。超音波処理済みのサンプル100 µLを分取し、プロテアーゼ阻害剤を含むChIP Dilution Buffer 900 µLを加え、最終容量を1 mLとします。
3. 20 µL(2%)のサンプルをInputとして分取し、-20℃で保存します。同時に、ポジティブコントロールおよびアイソタイプ対照を設定します。
4. サンプルに1次抗体を2〜5 µg加え、ローテーターで一晩(少なくとも4時間以上)4℃で攪拌します。
5. Protein A/G Magnetic Beads / Salmon Sperm DNAを40 µL加え、4℃で60分間攪拌します。
※注:Protein A/G磁気ビーズをそのまま使用することも可能ですが、非特異的結合に対して感度が高いアプリケーションでは、ChIP反応系にブロッキング剤を添加することができます。ブロッキング剤:2.5µg/µL BSA、2.5µg/µLサケ精子DNA(最終濃度)。
6. 磁力スタンドに1分間静置して分離させ、上清を捨てます。この際、ビーズに触れないようご注意ください。続いて、以下の溶液を用いてビーズを洗浄します。各洗浄液の使用量は1 mLとし、毎回4℃で3〜5分間洗浄した後、磁気スタンドに1分間静置して、上清を捨てます。ビーズには触れないようご注意ください。
1)Low Salt Immune Complex Wash Bufferで1回洗浄します。
2)High Salt Immune Complex Wash Bufferで1回洗浄します。
3)LiCl Immune Complex Wash Bufferで1回洗浄します。
4)TE Bufferで2回洗浄します。
1. 適量のElution buffer(1% SDS、0.1M NaHCO3)を新しく調製します。
2. すべての洗浄ステップが完了した後、Elution buffer 150µLを加えます。
3. サンプルを65°Cで30分間(振幅300rpm)インキュベートし、クロマチンをビーズから溶出させます。
4. 10,000 × gで10秒間遠心分離し、チューブのフタに付着した残液を回収します。
5. チューブを磁気スタンドに60秒間静置して分離させ、上清を新しいチューブに移します。
6. すべてのチューブに、5M NaClを6 µL、およびプロテアーゼK(20 mg/mL)を2 µL加えます。その後、65℃で2時間または一晩加熱し、タンパク質とゲノムDNAのクロスリンクを切断します。
1. 150 µLのサンプルを使用し、DNA精製キットの取扱説明書に従って操作を行います。
2. PCRによる検出および解析を行います。
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