北京大學生物動態(tài)光學成像中心黃巖誼課題組與湯富酬課題組合作，發(fā)展了一種基于微流控芯片的微量細胞樣品處理與核酸俘獲方法，成功實現(xiàn)了針對1000個細胞的染色質(zhì)免疫沉淀測序（ChIP-Seq），大幅減少了這類實驗中對樣品起始量的要求，并利用這一方法研究了組蛋白H3第4位賴氨酸的3甲基化修飾（H3K4me3）在小鼠胚胎發(fā)育過程中的修飾模式，發(fā)現(xiàn)與小鼠胚胎干細胞相比，小鼠表皮干細胞與小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細胞在該修飾模式上更為相似，表明小鼠表皮干細胞是體內(nèi)植入后外胚層細胞的一個可靠的體外模型。該研究結果于2014年9月2日在線發(fā)表在Cell Research上。

ChIP-Seq方法是現(xiàn)代測序技術用于闡述轉錄調(diào)控和表觀遺傳學研究的重要手段。通過有針對性地俘獲和富集特定蛋白，可以獲取與這些蛋白結合的DNA片段，將其進行純化后可以用于高通量測序，獲取特定DNA-蛋白相互作用和結合位點的完整信息。

利用微流控技術，將實驗操作中關鍵的染色質(zhì)與抗體-磁珠復合物的共價結合步驟與非特異性吸附的洗滌等步驟集成在一個微型器件上，可以同時進行多個樣品的操作。這一技術的開發(fā)，大大減少了樣品起始量的消耗，從傳統(tǒng)方法所需的一百萬個細胞左右降低至1000個細胞，在反應效率得到提升的同時極大地降低損失的發(fā)生，節(jié)約反應時間，還減少了操作誤差，實現(xiàn)了更高的可靠性和更好的平行性。

研究人員利用這一方法，研究了H3K4me3在小鼠胚胎干細胞、小鼠表皮干細胞以及小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細胞中的修飾模式。1000個細胞的ChIP-Seq實驗富集了一萬兩千個到二萬個基因轉錄起始位點，其中96%以上與大量細胞的結果重合，說明我們的方法具有高靈敏度與低假陽性；并且兩組生物學重復實驗的相關系數(shù)均大于0.97，平行性好；發(fā)現(xiàn)小鼠表皮干細胞與小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細胞中均出現(xiàn)神經(jīng)管發(fā)育和神經(jīng)元分化等外胚層分化相關的明顯特征。與已有的技術相比，這一工作展示了目前細胞總起始需求量最少的無需測序建庫前進行核酸擴增的微量細胞ChIP－Seq實驗結果。

這一方法學上的技術突破，將大大促進我們對發(fā)育生物學等樣品收集及其困難的問題的深入理解，并可以推廣到腫瘤、免疫、神經(jīng)生物學等領域，實現(xiàn)對異質(zhì)性樣本表觀基因組的精細觀察與解析。

論文共同第一作者為博士后申潔及博士生姜冬青、傅語思、吳興龍。論文共同通訊作者是北京大學工學院教授、生科院生物動態(tài)光學成像中心研究員黃巖誼以及生科院生物動態(tài)光學成像中心研究員湯富酬。該工作的到了國家科技部973計劃和國家自然科學基金的支持，申潔博士得到了北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心博士后基金資助，該工作還得到了北京大學高通量測序中心的協(xié)助。