CUT&Tag联合ATAC-seq：深度解析表观遗传调控机制的新策略

CUT&Tag

CUT&Tag是一种新兴的实验技术，专门用于研究蛋白质与DNA之间的相互作用。该技术利用针对特定蛋白质的抗体，引导Protein A-Tn5酶精确地切割与目标蛋白结合的DNA区域。随后，在这些被切割的DNA序列两端添加测序接头，并通过PCR扩增生成可用于高通量测序的文库。接着，对所得文库进行测序分析，以揭示与目标蛋白结合的DNA片段信息。CUT&Tag技术具备在单个细胞水平上进行高分辨率蛋白-染色质相互作用研究的能力，且适用于检测低丰度蛋白。它常被用于研究如组蛋白修饰、转录因子结合位点及转录辅因子等关键生物过程。此外，CUT&Tag技术还能有效探究非典型的DNA结构，例如G-四链体（G4），这对于深入理解基因调控机制及疾病发生过程具有重要意义。

 

ATAC-seq（全称为Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）是一种高通量测序技术，专门用于探究染色质的可及性。该技术巧妙地利用了转座酶Tn5的特性，能够识别并切割那些处于开放状态的染色质区域，同时在这些区域插入测序接头。凭借这一独特机制，ATAC-seq技术得以迅速且高效地描绘出基因组内开放区域及调控元件的精细图谱。这项技术非常适合用于研究基因表达的调控机制以及表观遗传学特征。ATAC-seq已被广泛应用于分析启动子、增强子以及其他调控元件的开放性变化，同时也能够揭示不同细胞类型间染色质结构的特异性差异。

CUT&Tag和ATAC-seq都采用了Tn5酶来处理染色质，并且都属于染色质学技术，旨在揭示基因组结构和调控的奥秘，为理解基因表达调控提供宝贵信息。然而，它们在研究侧重点和操作流程上存在显著差异：

1）CUT&Tag技术更侧重于探究蛋白与染色质之间的相互作用，它能够提供更详尽的蛋白-染色质相互作用信息，这对于深入理解蛋白在基因调控中的具体作用机制至关重要。相比之下，ATAC-seq技术则主要聚焦于染色质的开放性研究，即揭示哪些染色质区域对转录因子和其他调控蛋白是可接近的。ATAC-seq的这一特性使其成为研究基因调控网络、细胞类型特异性的染色质状态以及疾病状态下的表观遗传变化的有力工具。

2）在操作层面，CUT&Tag技术通常需要利用特定抗体对目标蛋白进行标记，以便引导Tn5酶精确切割与目标蛋白结合的DNA区域。而ATAC-seq技术则无需抗体标记，它直接利用Tn5酶的切割活性来检测开放的染色质区域，从而简化了操作流程。

综上所述，CUT&Tag和ATAC-seq虽然都采用了Tn5酶进行染色质处理，但在研究目的、信息获取以及操作流程上各有特色，共同为基因组学和表观遗传学领域的研究提供了强有力的技术支持。

案例研究：CUT&Tag与ATAC-seq联合揭示STING在2型糖尿病中调控葡萄糖稳态的关键转录因子

本研究深入探讨了STING（刺激干扰素基因的因子）在2型糖尿病（T2D）发病机理中，特别是在胰岛素抵抗和β细胞功能障碍方面的作用。为了全面理解STING的功能，研究者们采用了global STING knockout (STING-/-)和β细胞特异性STING knockout (STING-βKO)小鼠模型。这些模型帮助揭示了STING在外周组织和β细胞中调节葡萄糖稳态的不同角色。

胰岛转录组的分析结果显示，STING的缺失导致了与β细胞功能密切相关的基因表达下降，其中包括Glut2、Kcnj11和Abcc8等关键基因，这些变化进一步影响了葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）功能。

为了深入探讨其中的机制，研究者们采用了ATAC-seq和CUT&Tag两种先进的染色质学研究技术。ATAC-seq技术揭示了染色质的开放性变化，而CUT&Tag技术则提供了关于蛋白-染色质相互作用的详细信息。这两种技术的联合应用表明，Pax6可能是一个与STING-βKO小鼠中GSIS缺陷密切相关的转录因子。

进一步的研究发现，在STING-βKO的β细胞中，Pax6的mRNA和蛋白质水平均出现下调，并且其核定位也丧失。这些发现不仅揭示了STING在调节胰岛素分泌中的新功能，还强调了β细胞和胰岛素靶组织中精细调控的STING在维持葡萄糖稳态中的病理生理意义。

综上所述，本研究通过CUT&Tag与ATAC-seq的联合应用，成功揭示了STING在2型糖尿病中通过调控关键转录因子Pax6来影响葡萄糖稳态的复杂机制，为未来的糖尿病治疗和研究提供了新的视角和靶点。

 

案例研究：CUT&Tag与ATAC-seq联合揭示SETD2-H3K36me3在小鼠胰腺器官形成中的时空作用

本研究致力于探讨SETD2（一种主要负责H3K36me3组蛋白甲基化的关键酶）在胰腺发育过程中所扮演的角色。尽管多年来已有大量研究聚焦于这一领域，但关于组蛋白修饰如何精确调控胰腺发育的具体机制仍有许多未解之谜。为了更深入地理解这一过程，研究者们巧妙地结合了CUT&Tag、ATAC-seq和RNA-seq这三种高通量测序技术。他们发现，在胰腺发育的次过渡阶段，H3K36me3的水平出现了显著的增加，并深入分析了这一变化所带来的转录层面的影响。

为了进一步细化SETD2在胰腺发育中的具体作用，研究者们还采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术。他们发现，在胰腺特异性敲除Setd2后，外分泌和内分泌谱系均出现了异常。具体来说，尖端祖细胞出现了过度增殖，并导致了异常的分化模式；同时，Ngn3+内分泌祖细胞因Nkx2.2的下调而数量减少，进而引发了内分泌发育的不足。

这些宝贵的数据不仅证实了SETD2在胚胎胰腺发育中的核心作用，还为理解胰腺疾病中组蛋白修饰失调的潜在机制提供了重要的线索。通过这一综合性的研究，我们得以更深入地窥探胰腺发育的复杂调控网络，并为未来的胰腺疾病研究和治疗开辟了新的方向。

 

案例研究：CUT&Tag与ATAC-seq联合揭示植物精细胞命运决定的表观遗传调控机制

本研究聚焦于H3K27甲基化在拟南芥雄性配子体中营养细胞（VC）与雄性生殖系（MG）命运决定过程中的关键作用。通过先进的遗传转化技术，研究者们成功创建了特异性擦除VC中H3K27me3的转基因拟南芥系（简称TL系）。这一创新性的操作导致VC的正常发育受到严重干扰，其命运竟然发生了戏剧性的转变，开始向MG细胞方向发展。

为了深入探究这一转变背后的复杂机制，研究者们采用了CUT&Tag、ATAC-Seq和RNA-Seq等多种组学技术进行了联合分析。这些分析不仅揭示了擦除VC中的H3K27me3会引发染色质结构的重塑，还意外发现这一过程能够激活精细胞分化所必需的一系列特异基因转录，从而诱导了细胞命运的彻底转变。透射电子显微镜的进一步观察更是直观证实了VC向MG细胞在超微结构层面的转变。

这一系列令人瞩目的发现不仅证实了H3K27甲基化作为调控植物雄性生殖发育的关键表观遗传开关的重要地位，还强调了其对花粉育性的不可或缺性。与此同时，ATAC-seq数据为我们提供了染色质开放性动态变化的宝贵信息，而CUT&Tag技术的加入则使我们能够更深入地探究调控这一生物学过程的关键因子，包括顺式调控元件和转录因子等。这种联合分析策略不仅揭示了表观遗传修饰如何微妙地影响转录因子的结合和活性，还为理解疾病的发生、发展机制以及探索潜在的治疗靶点开辟了新的视野。

名称	货号	规格
CUT&Tag Assay Kit	77552S	1Kit
CUT&Tag Dual Index Primers and PCR Master Mix for Illumina Systems	47415S	1Kit
CUT&Tag PCR Master Mix	63228S	840μl
10X High Salt Wash Buffer (CUT&Tag)	18878S	3ml