网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

弄懂 ChIP-seq 分析,看这一篇就够了

0
分享至

在做表观遗传研究的时候,几乎必须要做 ChIP-seq。

我们通常在关于研究转录因子、组蛋白修饰或者增强子的文章中,会看到这样的描述:H3K27acChIP-seq、H3K27me3ChIP-seq、TF ChIP-seq、Peak、TSS、Motif、IGV、Heatmap……那么:

  • ChIP-seq 到底测到了什么?

  • 为什么测序之后会出现一个个「峰」?

  • 常说的 Peak 越高意味着什么?

  • ChIP-seq 的 Heatmap、Profile、Motif 和 IGV 图到底应该怎么看?


图 1:https://www.mdpi.com/2073-4425/12/5/640

ChIP-seq 到底是干什么的?

ChIP-seq 的全称是:Chromatin Immunoprecipitation Sequencing,染色质免疫沉淀测序。代表了「某个蛋白或者某种组蛋白修饰,在基因组的哪些位置富集。」

例如:假设我们发现一个转录因子 TF-A 能够促进肿瘤细胞增殖。

如果想弄清楚 TF-A 究竟结合了哪些基因进而发挥作用的,这时候就可以做:TF-A ChIP-seq 来探索 TF-A 直接调控的 Gene X,找到结合 Gene X 附近的某个调控区域。

如果研究的是表观遗传修饰,则可能换成:H3K27acChIP-seq,H3K4me3ChIP-seq,H3K27me3ChIP-seq 等,它们分别代表不同的染色质修饰在整个基因组中的分布。

ChIP-seq 的核心原理

ChIP-seq 看起来很复杂,但核心逻辑可以浓缩成两个步骤:

第一步:利用抗体把我们感兴趣的染色质片段富集出来。

第二步:把这些 DNA 片段打断进行测序,再看看它们来自基因组什么位置。

例如我们想研究:H3K27ac 修饰。

1)首先需要把细胞中的蛋白质与 DNA 进行交联(蛋白—DNA 相互作用状态「固定」)

2)然后把染色质打断成较小片段,此时体系中存在大量不同的 DNA 片段,有些片段上带有 H3K27ac 修饰,有些没有。

3)然后加入 H3K27ac 抗体,抗体会识别带有相应修饰的组蛋白(与 H3K27ac 相关的染色质片段富集出来)。

4)随后解交联、纯化 DNA、建库并进行高通量测序。

5)测序之后,再把这些 DNA 序列比对回参考基因组,就知道 H3K27ac 主要富集在基因组的哪些位置。


图 2:https://zhuanlan.zhihu.com/p/512151222

为什么 ChIP-seq 结果会出现一个个「峰」?

如果某个区域存在大量目标蛋白结合,比如:某个转录因子大量结合在 Gene A 启动子附近。那么这个位置的 DNA 片段就会被大量富集。

测序后会发现:很多 reads 都集中在基因组同一个区域。把 reads 覆盖度画出来以后,就会出现一个凸起。也就是我们常说的:Peak——峰。所以 ChIP-seq 中的 Peak,代表目标蛋白或组蛋白修饰相对富集的基因组区域。

由于测序本身就可能存在背景,某些基因组区域由于染色质开放程度、DNA 片段化、扩增偏好或者比对特性等原因,本身就可能出现较高 reads。所以,一个区域 reads 多,并不能直接判定为该区域有结合蛋白,必须比较:ChIP 组 vs Input 背景。

如果某个区域在 Input 中信号一般,而在 ChIP 中明显富集,才是真正的阳性结果。

拿到 ChIP-seq 数据以后,要经历哪些分析?

一个比较常见的 ChIP-seq 分析流程可以概括为:

原始 FASTQ 数据——测序质量控制——去除接头及低质量序列——比对到参考基因组——过滤低质量比对/重复 reads 等——样本质量评估——Peak calling——Peak 注释——Peak 分布分析——差异 Peak 分析——Motif 分析——GO/KEGG 等功能富集——IGV 可视化——与 RNA-seq、ATAC-seq 等数据联合分析

所以接下来重点讲:拿到分析报告以后,这些图到底怎么看。

1)第一张图:Peak 图怎么看?

Peak calling 之后,我们会得到成千上万个 Peak。

每个 Peak 通常包含:染色体位置,Peak 起始位置,Peak 终止位置,富集强度,显著性等信息

例如:chr1:100000–100500 代表在 1 号染色体的这一段区域发现了显著富集。

需要特别注意:Peak 本身首先是一个基因组坐标,并不是一个基因。常说的「这个 Peak 属于哪个基因」,实际上是进一步进行 Peak annotation 得到的结果。


图 3:https://cloud-seq.com.cn/productinfo/3758289.html

2)第二张图:Peak Annotation 怎么看?

研究者常关注这些 Peak 都位于基因组什么位置?因此会进行 Peak 注释。

常见区域包括:Promoter(启动子)Exon(外显子)Intron(内含子)Intergenic region(基因间区)以及不同距离范围的 TSS 附近区域。最后常常画成饼图或者柱状图。

例如某个转录因子的 ChIP-seq 结果可能显示:


图 4:https://blog.csdn.net/weixin_43569478/article/details/108079441

这意味着该转录因子的结合并不局限于启动子,也可能大量存在于远端调控区域。

而某些组蛋白修饰则具有比较典型的分布特点。

例如:

H3K4me3 通常与活跃启动子密切相关。

H3K27ac 常见于活跃启动子和增强子。

H3K27me3 则通常与 Polycomb 介导的转录抑制状态相关。

因此,看到不同 ChIP-seq 类型时,用不同的思路解释 Peak。


图 5:https://zhuanlan.zhihu.com/p/664855989

3)TSS Profile Plot 怎么看?


图 6:https://zhuanlan.zhihu.com/p/664855989

横坐标:TSS 上游 → TSS → TSS 下游

纵坐标:ChIP-seq signal

这叫:TSS enrichment profile(转录起始位点)。

这张图能告诉我们:我们研究的蛋白或组蛋白修饰,在所有基因的 TSS 附近总体呈现怎样的分布。

例如 H3K4me3 通常会在活跃基因启动子/TSS 附近出现明显富集。

如果某种修饰在 TSS 附近形成明显峰值,就说明从全基因组平均水平看,它倾向于富集在转录起始区域附近。

4)Heatmap 怎么看?

通常 TSS Profile 旁边还会跟着一张非常漂亮的热图。


图 7:https://blog.csdn.net/Igenebook/article/details/128315507

  • 横坐标:TSS -3 kb → TSS → TSS +3 kb

  • 纵坐标:不同基因或者不同 Peak 区域

  • 颜色:代表 ChIP-seq 信号强度。

首先看信号集中在哪里,如果主要集中在 TSS 中心附近,说明该修饰倾向于启动子附近富集。

其次看:信号宽还是窄?有些转录因子往往形成相对局部的峰,而某些组蛋白修饰可能覆盖更宽的染色质区域。

最后看:两组之间有没有整体变化?

因此 Heatmap 特别适合展示:全局层面的染色质变化。

5)IGV 轨迹图怎么看?

IGV (Integrative Genomics Viewer)可以把 ChIP-seq 信号直接展示在具体基因组位置上。

例如我们猜想:转录因子 TF-A 调控 Gene X,就可以打开 Gene X 区域。就可能会看到:


图 8:https://zhuanlan.zhihu.com/p/687568552

因此 IGV 图比较适合在文章中作机制展示。

6)Motif 分析到底在分析什么?

Motif 就是某些 DNA 结合蛋白偏好识别的特定 DNA 序列模式。

例如我们把所有显著 Peak 对应的 DNA 序列提取出来,如果某个 DNA 区域反复出现,就说明识别该 motif 的转录因子可能参与这些区域的调控。

例如我们做的是:H3K27acChIP-seq,发现新增的 H3K27acPeak 中富集了 TF-A motif。那可以猜想 TF-A 可能参与建立或维持这些活性调控区域。


图 9:https://blog.csdn.net/swindler_ice/article/details/128770076

举个完整例子:怎么从 ChIP-seq 找到一个机制?

假设我们发现:某个表观遗传酶 A 在肿瘤中高表达。

敲低 A 以后,我们做:H3K27acChIP-seq + RNA-seq。

第一步发现:A 敲低后,部分 H3K27acPeak 明显下降。

第二步:把这些 Loss Peaks 进行基因注释,发现其中很多位于免疫相关基因附近。

第三步:RNA-seq 发现这些基因同时表达下降。于是取交集:H3K27ac↓ + mRNA↓ 筛选出 Gene X。

第四步:IGV 显示 Gene X 附近 H3K27ac 明显降低。

第五步:ChIP-qPCR 进一步验证:敲低 A 以后,Gene X 调控区域 H3K27ac 降低。

第六步:qPCR 和 Western blot 发现 Gene X 表达降低。

最后再进行:Gene X 回补实验。

如果回补 Gene X 能够部分逆转 A 敲低产生的生物学表型,就可以形成完整的机制路线:A——Gene X 调控区域染色质状态改变——Gene X 转录改变——下游生物学表型改变。

编辑:小 z

题图:图虫

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
80万枚假冰箱贴赚了710万:盗版可恨,但正版的价格就无辜吗?

80万枚假冰箱贴赚了710万:盗版可恨,但正版的价格就无辜吗?

A活着
2026-10-18 14:36:42
高血压不能喝酒?医生怒斥:高血压喝酒,或要承担这5个后果

高血压不能喝酒?医生怒斥:高血压喝酒,或要承担这5个后果

医学原创故事会
2026-10-01 01:46:03
命里带财的孩子,多半是这3个月出生的,长大了不用父母愁

命里带财的孩子,多半是这3个月出生的,长大了不用父母愁

一口娱乐
2026-10-19 09:52:26
太阳旁拍到“外星母舰”?我们找到了12分钟后的照片

太阳旁拍到“外星母舰”?我们找到了12分钟后的照片

Science科学说
2026-10-19 11:48:06
革命初期,真正拉起一支部队的仅有三位元帅,他们都被尊称为“老总”

革命初期,真正拉起一支部队的仅有三位元帅,他们都被尊称为“老总”

历史龙元阁
2026-10-19 08:10:51
“我两次都投特朗普,现在要投民主党”:万斯与共和党的继承危机

“我两次都投特朗普,现在要投民主党”:万斯与共和党的继承危机

民间胡扯老哥
2026-10-20 06:33:28
画面不堪入目,地下人奶交易乱象,成年人躺进怀里吃奶的灰色黑产

画面不堪入目,地下人奶交易乱象,成年人躺进怀里吃奶的灰色黑产

易玄
2026-09-12 10:24:46
高市早苗表示,她可以赴华参加APEC会议,但是有一个前提条件!

高市早苗表示,她可以赴华参加APEC会议,但是有一个前提条件!

故事终将光明磊落
2026-10-19 09:42:41
2.09亿!都说你是数据刷子,如今23岁拿顶薪,逆袭成球队老大

2.09亿!都说你是数据刷子,如今23岁拿顶薪,逆袭成球队老大

大西体育
2026-10-20 10:09:20
Shams:麦克丹尼尔斯1年4000万合同续约森林狼

Shams:麦克丹尼尔斯1年4000万合同续约森林狼

懂球帝
2026-10-20 09:54:23
倒计时!2/3或将倒闭,这些高校打响“生死保卫战”

倒计时!2/3或将倒闭,这些高校打响“生死保卫战”

史海流年号
2026-10-17 18:13:36
在上海社保缴纳16年4个月,养老金想达到3000元,需要付出多少钱?

在上海社保缴纳16年4个月,养老金想达到3000元,需要付出多少钱?

平静话社保
2026-10-20 09:22:17
6万人鼓掌!英超失踪人口回归:26岁中场养伤526天复出 快感动哭了

6万人鼓掌!英超失踪人口回归:26岁中场养伤526天复出 快感动哭了

风过乡
2026-10-20 07:21:33
“内鬼”反扑!郑丽文强硬反制、10人被狠狠处分,卢秀燕太尴尬了

“内鬼”反扑!郑丽文强硬反制、10人被狠狠处分,卢秀燕太尴尬了

野史日记
2026-10-19 09:30:30
从明年1月提前到10月,折叠iPhone Duo供货松动了

从明年1月提前到10月,折叠iPhone Duo供货松动了

摸鱼算法
2026-10-20 07:53:23
令人发指!揭秘清军对太平军女兵的处置手段,人神共愤!

令人发指!揭秘清军对太平军女兵的处置手段,人神共愤!

耀眼的星火
2026-10-18 02:41:58
昔日万众追捧的女神,如今奔走小商演,难道就真的跌落神坛?

昔日万众追捧的女神,如今奔走小商演,难道就真的跌落神坛?

动物奇奇怪怪
2026-10-20 02:34:25
王曼昱等三人拟记大功!

王曼昱等三人拟记大功!

五星体育
2026-10-19 14:56:06
人民日报:警惕有人通过政务热线“钓鱼式举报”,对他人实施打击报复;12345不是“万能许愿池”,不合理甚至荒诞的诉求并不少见

人民日报:警惕有人通过政务热线“钓鱼式举报”,对他人实施打击报复;12345不是“万能许愿池”,不合理甚至荒诞的诉求并不少见

南方都市报
2026-10-19 10:38:11
被人不尊重时,沉默是蠢,翻脸是输,聪明人只用这两招

被人不尊重时,沉默是蠢,翻脸是输,聪明人只用这两招

三农老历
2026-10-07 00:24:02
2026-10-20 10:27:00
生物学霸 incentive-icons
生物学霸
科研资讯平台
11548文章数 31326关注度
往期回顾 全部

科技要闻

新版MiniMax,能和DeepSeek掰手腕吗?

头条要闻

两名男性设局和女局长接触并发生关系 其中一人未成年

头条要闻

两名男性设局和女局长接触并发生关系 其中一人未成年

体育要闻

从NBA退役10年后,他真去警局上班了

娱乐要闻

李连杰回应抛妻弃女传闻,透露四个女儿关系

财经要闻

宁德时代的大时代结束了吗?

汽车要闻

不知道二代海鸥多好玩? 上赛道跑两圈 很过瘾的

态度原创

艺术
手机
数码
时尚
家居

艺术要闻

俄罗斯90后摄影师比莉娅娃英这组写真,看完我直接跪了!最后一张绝了!

手机要闻

武汉通上线苹果Apple Pay:无开卡费,30元起充

数码要闻

57亿美元赔款还不够,Taction要求苹果支付iPhone与Apple Watch专利费至2035年

4种“棒针毛衣”穿搭,美翻了!

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

无障碍浏览 进入关怀版