CUT&Tag染色质表观修饰检测

CUT&Tag染色质表观修饰检测

1. 背景介绍

在表观遗传学研究中，精准鉴定染色质修饰位点已成为揭示基因表达调控机制的关键技术支撑。作为解析组蛋白修饰、转录因子结合位点及探索表观遗传调控规律的重要工具，CUT&Tag技术能够在常规ChIP-seq方法难以达到的灵敏度与分辨率水平上，系统捕捉蛋白质与DNA的互作信息，为深入阐释基因转录调控网络及染色质动态变化提供坚实科学依据。

pA/G-Tn5融合蛋白是CUT&Tag技术的核心，它能通过Protein A/Protein G与特异性抗体结合，将Tn5转座酶精确定位到目标蛋白结合位点。在Mg²⁺激活后，Tn5转座酶能够在目标位点切割DNA并同时插入测序接头，实现对特定组蛋白修饰或转录因子结合位点的高精度标记和捕获。

相比传统的ChIP-seq技术，CUT&Tag具有样本需求量极低（低至1,000个细胞）、背景信号低、分辨率高和操作流程简便等显著优势，已成为当前研究表观遗传学调控机制的首选方法。

我们团队利用成熟的pA/G-Tn5融合蛋白技术及优化的实验流程，精心设计了包含多种组蛋白修饰和转录因子分析的完整解决方案，适用于干细胞研究、发育生物学、肿瘤表观遗传学等多种研究领域。

我们提供的CUT&Tag检测服务覆盖从样本处理、抗体孵育、pA/G-Tn5标记到数据分析的全流程解决方案，通过精确定位染色质修饰位点，揭示基因调控的分子机制，为科研工作者提供深入理解表观遗传学调控网络的关键数据支持。

2. 检测原理

CUT&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation)技术基于特异性抗体和pA/G-Tn5融合蛋白在原位精确定位组蛋白修饰位点：

（1）细胞/核固定：将完整细胞或分离的细胞核固定在ConA磁珠上，保持染色质的天然结构；

（2）抗体特异结合：一抗特异性识别并结合目标蛋白(如组蛋白修饰H3K4me3、H3K27me3或转录因子)；

（3）pA/G-Tn5靶向定位：pA/G-Tn5融合蛋白通过Protein A/ProteinG部分与一抗Fc段结合，将Tn5转座酶精确定位到目标蛋白附近；

（4）原位标记：加入Mg²⁺激活Tn5转座酶，在目标蛋白结合位点周围的DNA进行切割，并同时整合测序接头；

（5）DNA提取与PCR扩增：提取标记的DNA片段，通过PCR扩增添加测序所需的索引序列；

（6）高通量测序与分析：对扩增的DNA文库进行测序，通过生物信息学分析鉴定目标蛋白在基因组上的精确结合位点。

图1 CUT&Tag实验流程图

3. 核心优势

3.1 技术优势

（1）超低样本需求：低至1,000个细胞，远低于传统ChIP-seq的百万级细胞需求，适用于稀有细胞和临床样本研究；

（2）超高信噪比：直接在原位标记目标蛋白结合位点，显著减少非特异性背景，提供更清晰的峰信号；

（3）高分辨率：可达到碱基级别的分辨率，精确刻画蛋白质与DNA的互作位点，识别关键调控元件；

（4）操作简便高效：整个实验流程可在一天内完成，省去了复杂的超声破碎和免疫沉淀步骤；

（5）数据质量优异：测序数据利用率高，有效测序读数比例大，获得更多有价值的信息；

（6）分析流程规范专业：标准化的CUT&Tag全流程分析服务：从原始数据质控、比对过滤的预处理，到信号分析、峰识别与相关性评估的核心分析，再到区域注释、转录因子及功能富集的下游挖掘。流程系统严谨，层层质控，确保从原始数据到生物学洞见的全过程专业、规范、可追溯。

图2 CUT&Tag生信分析流程

3.2 服务优势

（1）专业pA/G-Tn5融合蛋白：自主研发生产的高活性pA/G-Tn5融合蛋白，确保标记反应高效特异；

（2）个性化实验设计：根据研究目标和样本特性，量身定制最佳实验方案，优化每一步实验条件；

（3）深度分析能力：专业的生物信息分析团队提供从基础分析到多组学整合的深度挖掘服务。

4. 应用场景

（1）组蛋白修饰图谱构建：精确定位激活型(H3K4me3、H3K27ac)和抑制型(H3K27me3、H3K9me3)组蛋白标记分布，揭示染色质状态与基因表达的关系；

（2）转录因子结合位点鉴定：高精度识别转录因子在基因组上的结合位点，解析基因转录调控网络；

（3）表观遗传动态研究：分析细胞分化、疾病发展过程中的染色质修饰变化，揭示发育和疾病机制；

（4）染色质结构分析：结合染色质构象数据，构建三维表观基因组调控网络；

（5）药物干预效应评估：检测表观遗传药物干预前后的染色质修饰变化，为新药研发提供分子机制证据。

5. 示例报告

舒桐科技提供的CUT&Tag分析报告采用标准化格式，确保数据呈现的专业性与完整性。报告前部分包含项目背景与技术原理介绍、建库流程说明以及生物信息学分析流程概述，为客户提供必要的技术背景。随后是样本测序数据统计部分，详细整理了样本数据质控信息与比对结果，确保数据质量可靠性。除此之外，报告还包含以下核心内容：

（1）提供染色质修饰或转录因子与基因组结合的详细坐标信息，包括染色体位置(Chr、Start、End)、结合区域宽度(Width)、DNA链方向(Strand)、功能区域注释(主要为启动子和内含子)以及相关联的基因标识(SYMBOL)。

图3 CUT&Tag-seq染色质结合位点基因组坐标注释表（部分展示）

（2）CUT&Tag-seq实验中样本修饰的峰值统计结果，包括原始峰数量(nPeak_all)、总长度(Total_Len_all)、平均峰长度(Mean_Len_all)、线粒体和染色体X的峰比例(chrM%和chrX%)，以及过滤后的峰数量、总长度和平均长度等信息，这些数据可帮助客户评估实验质量和峰特征。

图4 CUT&Tag-seq样本Peak基本统计结果汇总表

（3）基因组功能区域的分布情况，反映了研究对象(如转录因子或组蛋白修饰)在基因组中的结合偏好。了解研究对象的基因组定位特征，推测其可能的生物学功能和调控机制，并为后续实验设计提供依据，如确定重点研究区域或比较不同条件下分布模式的变化。

图5 CUT&Tag-seq H3K27修饰Peak基因组功能区域分布分析

（4）特定基因区域的靶蛋白信号强度分析展示了特定基因区域的靶蛋白信号强度在对照组与处理组间的分布对比。该柱状图反映了实验处理对靶蛋白在该基因区域的结合或修饰水平的影响，呈现出明显的信号强度差异。通过对比两组数据，可评估处理是否显著改变靶蛋白的结合活性，进而推测其对该基因的调控作用强弱，并为后续功能验证实验提供定量依据，同时也可用于比较不同处理条件或时间点下的动态变化模式。

图6 Dusp4基因区域CUT&Tag-seq靶蛋白信号强度对比（IGV可视化）

（5）通路富集分析呈现不同生物过程或分子功能的富集程度。该图系统反映了实验条件下显著影响的生物学通路及其关联强度，有助于理解靶蛋白可能参与的核心细胞过程、代谢途径或调控网络，从而推测其整体功能定位与作用机制，并为后续深入验证提供优先方向与理论依据。

图7 CUT&Tag-seq关联基因GO分子功能（MF）通路富集分析

6. CUT&Tag检测服务内容

7. CUT&Tag检测样本要求

8.参考文献

[1]Kaya-Okur HS, Wu SJ, Codomo CA, et al. CUT&Tag for efficient epigenomic profiling of small samples and single cells. Nat Commun. 2019;10(1):1930. Published 2019 Apr 29. doi:10.1038/s41467-019-09982-5.

[2]Kaya-Okur HS, Janssens DH, Henikoff JG, Ahmad K, Henikoff S. Efficient low-cost chromatin profiling with CUT&Tag. Nat Protoc. 2020;15(10):3264-3283. doi:10.1038/s41596-020-0373-x.