北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心，發(fā)展了一種基于微流控芯片的微量細(xì)胞樣品處理與核酸俘獲方法，成功實(shí)現(xiàn)了針對(duì)1000個(gè)細(xì)胞的染色質(zhì)免疫沉淀測序(ChIP-Seq)，大幅減少了這類實(shí)驗(yàn)中對(duì)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(xì)胞相比，小鼠表皮干細(xì)胞與小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細(xì)胞在該修飾模式上更為相似，表明小鼠表皮干細(xì)胞是體內(nèi)植入后外胚層細(xì)胞的一個(gè)可靠的體外模型。

        ChIP-Seq方法是現(xiàn)代測序技術(shù)用于闡述轉(zhuǎn)錄調(diào)控和表觀遺傳學(xué)研究的重要手段。通過有針對(duì)性地俘獲和富集特定蛋白，可以獲取與這些蛋白結(jié)合的DNA片段，將其進(jìn)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(jié)合位點(diǎn)的完整信息。利用微流控技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)操作中關(guān)鍵的染色質(zhì)與抗體-磁珠復(fù)合物的共價(jià)結(jié)合步驟與非特異性吸附的洗滌等步驟集成在一個(gè)微型器件上，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品的操作。這一技術(shù)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(gè)細(xì)胞左右降低至1000個(gè)細(xì)胞，在反應(yīng)效率得到提升的同時(shí)極大地降低損失的發(fā)生，節(jié)約反應(yīng)時(shí)間，還減少了操作誤差，實(shí)現(xiàn)了更高的可靠性和更好的平行性。

       利用這一方法，研究了H3K4me3在小鼠胚胎干細(xì)胞、小鼠表皮干細(xì)胞以及小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細(xì)胞中的修飾模式。1000個(gè)細(xì)胞的ChIP-Seq實(shí)驗(yàn)富集了一萬兩千個(gè)到二萬個(gè)基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，其中96%以上與大量細(xì)胞的結(jié)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(xué)重復(fù)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)均大于0.97，平行性好;發(fā)現(xiàn)小鼠表皮干細(xì)胞與小鼠胚胎發(fā)育至6.5天的外胚層細(xì)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(guān)的明顯特征。與已有的技術(shù)相比，這一工作展示了目前細(xì)胞總起始需求量最少的無需測序建庫前進(jìn)行核酸擴(kuò)增的微量細(xì)胞ChIP-Seq實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

        這一方法學(xué)上的技術(shù)突破，將大大促進(jìn)我們對(duì)發(fā)育生物學(xué)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(xué)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)異質(zhì)性樣本表觀基因組的精細(xì)觀察與解析。