CUT & RUN 技術服務
CUT&RUN
CUT & RUN（cleavage under targets and release using nuclease），即核酸酶靶向切割和釋放技術，是一項用於在細胞天然染色質環境下檢測蛋白-DNA複合體的新方法，與傳統的ChIP-Seq研究方法相比，該技術無需甲醛進行交聯劑免疫沉澱等操作，因此具有快速、所需低細胞量，背景信號低、重複性好等優點，可用於單細胞水平研究。CUT & RUN可作為表觀遺傳、基因調控等領域的研究具有革命性意義。
技術原理
無需用甲醛進行交聯劑免疫沉澱，通過針對靶蛋白（如轉錄因子、染色質重塑蛋白）特異性抗體和特異結合免疫球蛋白G（Protein A）的介導，使與Protein A融合的pAG-微球菌核酸酶（pAG-MNase）切割並釋放靶蛋白結合的序列，獲得目的DNA片段，並進一步建庫測序。
應用與特點
技術應用
1. 挖掘蛋白質—DNA相互作用
2. 檢測基因組上的組蛋白修飾，鑒定超級增強子
3. 檢測基因組的開放性、轉錄因子結合圖譜，鑒定超級增強子
4. 繪製核小體、RNAPII等蛋白的染色質圖譜
技術特點
1. 樣本量僅需20萬個細胞（組蛋白）
2. 數據信噪比高，背景低，數據重複性好；
3. 操作簡便，實驗操作時間短，僅1天。
分析內容
送樣要求
活細胞
樣本類型
5 x10^5
細胞數量
人、大小鼠
樣本物種
圖1. reads分布在TSS附近。*注釋：reads分布在TSS附近
表觀生物實測數據
圖2：TSS附近的heatmap圖。*注釋：由熱圖可見，TSS附近reads富集程度
圖3：footprinting圖 。*注釋：motif的footprinting可查看motif在各個位置上的切割頻率
圖4：log-odds圖。 *注釋：由log-odds值對數量化footprinting圖中的切割位點
圖5：KEGG富集
圖6：IGV視圖
參考案例
CUT & RUN技術的低細胞和高靈敏度的表觀基因組學[2]
本研究方法檢測多個轉錄因子（幹細胞相關轉錄因子OCT4、SOX2和NANOG）、組蛋白修飾、鑒定超級增強子、染色質的開放性效果。CUT & RUN技術將蛋白質-DNA相互作用應用於低細胞量研究；甚至在單細胞研究中，仍然有較高的靈敏度。
1. 低細胞用量：
CUT & RUN技術分析CTCF 或H3K4me3測序結果：在這兩種蛋白已知結合位點處的read可視化，顯示10個細胞起始量的測序結果可以展現出類似50萬個細胞量的結合位點富集熱圖。CTCF的結合區更為狹窄集中，而H3K4me3則占據相對寬的區段。而對照組（無抗體組）的熱圖則沒有這種特征。
2. 鑒定超級增強子（super-enhancer）：
單細胞SOX2和NANOG CUT&RUN數據圖中，在它們共同結合的Pou5f1 超級增強子區段內有多處富集。
參考案例
CUT&RUN用於繪製全基因組轉錄因子結合圖譜[3-5]
雖然染色質免疫沉澱（ChIP）技術不斷發展，但其DNA富集方法存在缺點卻沒有很好的改善。CUT & RUN技術作為表觀基因組學研究的一種新型技術方法，對傳統的方法進行了重大的改進，以消除ChIP固有的缺點。CUT & RUN技術將用於繪製全基因組轉錄因子結合位點、染色質相關複合物、組蛋白變體和翻譯後修飾的圖譜；比ChIP更精準高效，其在蛋白質-DNA研究中將會有越來越廣泛應用。
CUT & RUN技術檢測的信噪比傳統ChIP-seq高很多
CUT&RUN與ChIP-seq比較
參考文獻
[1] Peter J, Steven H. An efficient targeted nuclease strategy for high-resolution mapping of DNA binding sites. Elife, 2017, Jan 16; 6: e21856
[2] Sarah J, Ana B, Kurtis N, et al. Profiling of Pluripotency Factors in Single Cells and Early Embryos. Cell, 2019, May 16; 177: 1-11.
[3] Michael P, Derek H, Steven H. Pioneer factor-nucleosome binding events during differentiation are motif-encoded. Mol Cell, 2019, August 08; 75(3) :562-575.
[4] Skene, Henikoff, Henikoff. Targeted in situ genome-wideprofiling with high efficiency for low cell numbers. Nature protocols, 2018, April 12: 1006-1019.
[5] Meers, Bryson, Henikoff, Henikoff.Improved CUT&RUN chromatin profiling tools. eLife, 2019, Jun 24; 8: e46314.