染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）是研究体内蛋白质与DNA相互作用的有力工具，其能够高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等互作的DNA区段，使得人们能够在碱基分辨率或者接近碱基分辨率水平上分析表观基因组，同时也可以在正常或非正常的细胞或组织中构建表观基因组图谱。然而ChIP-seq存在低信号、高背景和交联导致的表位掩蔽以及需要较高的样本起始量等问题。

ChIP-seq实验流程图

2019年，针对ChIP-seq存在的问题，Steven Henikoff团队在Nature Communications 上发表文章“CUT&Tag for efficient epigenomic profiling of small samples and single cells ”，团队开发了一种新型DNA-蛋白质互作研究技术Cleavage Under Targets and Tagmentation (CUT&Tag)，相较于传统的ChIP-seq而言，CUT&Tag反应在细胞内进行，创新性地使用了ProteinA/G-Tn5融合蛋白来结合目的蛋白上的抗体，并特异性切割目的蛋白结合的DNA，最终通过结合NGS实现靶蛋白结合位点的精准定位。

CUT&Tag实验流程图

得益于CUT&Tag实验流程上的改进，相较于ChIP-seq，CUT&Tag具有以下几个特点：

①不需甲醛交联，无需超声破碎，细胞起始量低（60个细胞，甚至单个细胞）；

②背景噪音低、信噪比高，不需要Input对照；

③实验重复结果一致性好，peak-calling的效率更高；

④ 使用Tn5转座酶代替传统的超声打断，靶向性更强。

ChIP-seq与CUT&Tag的对比

CUT&Tag相较于ChIP-seq具有更低的背景信号

相较于ChIP-seq，CUT&Tag具有更高的样本重复性

在相同的测序数据量下，CUT&Tag的peak Region内的数据量更多，信号更强

承启生物CUT&Tag分析流程

部分CUT&Tag分析内容展示

reads相对基因位置分布统计

基因功能区peak分布占比图

Reads比对结果可视化

差异峰Motif分析

应用案例

案例一

文章题目：HBO1 catalyzes lysine lactylation and mediates histone H3K9la to regulate gene transcription

HBO1催化赖氨酸乳酸化并介导组蛋白H3K9la调控基因转录

发表时间：2024年4月

发表期刊：Nature Communications

影响因子：14.7

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38670996/

摘要：

赖氨酸乳酸化(Kla)连接着代谢和基因调控，在多种生物过程中起着关键作用。然而，Kla的调控机制和功能影响仍有待探讨。在这里，作者报道了HBO1作为赖氨酸乳酸转移酶调节转录。作者发现HBO1在体外和细胞内催化Kla的添加，而E508是HBO1乙酰转移酶活性的关键位点。定量蛋白质组学分析进一步揭示了HBO1靶向的95个内源性Kla位点，其中大多数位于组蛋白上。利用位点特异性抗体，作者发现HBO1可能优先催化组蛋白H3K9la，支架蛋白包括JADE1和BRPF2可以促进组蛋白Kla的酶活性。值得注意的是，CUT&Tag分析表明，转录起始位点(TSS)上的组蛋白H3K9la需要HBO1。此外，受调控的Kla可促进关键信号通路和肿瘤发生，通过评估HBO1-敲除(KO)肿瘤细胞的恶性行为以及临床组织中组蛋白H3K9la的水平进一步支持了这一点。此研究表明HBO1作为一种乳酸转移酶介导组蛋白kla依赖的基因转录。

对Hela和HBO1-KO细胞的K3K9la CUT&Tag分析结果

案例二

文章题目：Hexokinase 2-mediated gene expression via histone lactylation is required for hepatic stellate cell activation and liver fibrosis

通过组蛋白乳酸化由己糖激酶2介导的基因表达对于肝星状细胞的活化及肝纤维化是必需的

发表时间：2023年8月

发表期刊：Cell Metabolism

影响因子：27.7

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37463576/

摘要：

乳酸被认为参与了肝星状细胞（HSCs）的活化。然而，乳酸发挥作用的具体机制仍不清楚。通过RNA-seq和CUT&Tag染色质分析，作者发现活化的HSCs中HK2表达对于组蛋白乳酸化诱导的基因表达是必需的，但对于组蛋白乙酰化并非必需的。通过敲除HK2或药理学抑制乳酸生成来抑制组蛋白乳酸化会减弱HSCs的活化，而外源性乳酸补充能够挽救这种活化表型，但乙酸则不能。因此，由活化的HSCs产生的乳酸通过组蛋白乳酸化决定了HSCs的命运。作者还发现组蛋白乙酰化与组蛋白乳酸化存在竞争关系，这可以解释为什么I类组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂会阻碍HSCs的活化。最后，HSCs特异性的或全局的HK2敲除在体内抑制了HSCs的活化和肝纤维化。因此，作者提供了证据表明HK2可能是治疗肝纤维化的一个有效治疗靶点。

HK2的表达诱导MI5-4 CHO细胞的糖酵解、乳酸生成和组蛋白乳酸化

案例三

文章题目：Stepwise activities of mSWI/SNF family chromatin remodeling complexes direct T cell activation and exhaustion

mSWI/SNF家族染色质重塑复合体的逐步活动指导T细胞的激活和耗竭

发表时间：2023年4月

发表期刊：Molecular Cell

影响因子：14.5

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36944333/

摘要：

高度协调的基因表达变化是T细胞激活和耗竭的基础。然而，这些程序是如何被调控的，以及如何针对这些程序进行治疗以获得益处，人们的仍然了解不足。在这里，作者全面剖析了mSWI/SNF染色质重塑复合体在急性及慢性T细胞刺激期间的基因组占有率，发现其定位上的逐步变化指导了转录因子结合位点的特异性染色质可及性和基因激活，从而导致不同的表型。值得注意的是，使用遗传学和临床上相关的化学策略干扰mSWI/SNF复合体，增强了T细胞的持久性，同时在体内外观察到了耗竭标志的减弱和记忆特征的增加。最后，药物性的mSWI/SNF抑制改善了CAR-T细胞的扩增，并在体内实验中提高了抗肿瘤控制效果。这些发现揭示了mSWI/SNF复合体在协调T细胞激活和耗竭中的核心作用，并提出了基于小分子的策略以改进现有的免疫疗法方案。

在CD8+ T细胞激活和耗竭过程中，mSWI/SNF复合体靶向和染色质可及性的逐步变化