抗体引导的GpC甲基化标记技术ChAMP：单分子水平解析蛋白质-DNA相互作用的新方法

《Epigenetics & Chromatin》：Detecting Protein-DNA binding in single molecules using antibody guided methylation

本研究针对传统ChIP-seq技术需要大量细胞样本且存在信号丢失的局限性，开发了基于抗体引导的GpC甲基转移酶标记技术（ChAMP）。通过将蛋白G与GpC甲基转移酶融合，实现了在单分子水平对CTCF和H3K27ac等蛋白-DNA结合位点的高分辨率检测，为稀有样本分析和染色质三维结构研究提供了新工具。该成果发表于《Epigenetics》，为表观遗传学研究开辟了新途径。

在探索生命奥秘的过程中，科学家们一直渴望看清蛋白质如何与DNA"对话"。传统方法就像用望远镜观察星空—— chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) 虽然能绘制蛋白质结合位点图谱，但需要数百万细胞作为"燃料"，且会丢失珍贵样本。这就像试图通过观察整个星系来理解行星运动规律，对稀有细胞类型或临床微量样本的研究形成了巨大障碍。

来自以色列特拉维夫大学的研究团队另辟蹊径，开发出名为Chromatin Antibody-mediated Methylating Protein (ChAMP)的分子"显微镜"。这项发表在《Epigenetics》的研究将蛋白G与细菌GpC甲基转移酶巧妙融合，创造出能"标记"蛋白质结合位点的分子探针。当抗体像GPS一样引导ChAMP到达目标蛋白后，酶活性开关启动，在DNA上留下独特的甲基化"指纹"。这些分子足迹不仅能被常规测序检测，更能在纳米孔单分子测序中展现长达150kb的染色质景观。

关键技术包括：1）设计含TEV酶切位点和His/FLAG标签的融合蛋白表达系统；2）优化低浓度甲醛固定条件保持酶活性；3）建立基于Haelll限制性酶切的验证体系；4）开发随机引物扩增富集策略；5）应用纳米孔测序进行单分子甲基化分析。

【方法开发】
研究首先验证了ChAMP的双重功能：Western blot显示其能直接结合二抗，体外甲基化实验证实GpC特异性。通过调整固定条件（0.1-1%甲醛，5分钟）和引入65℃热激步骤，解决了原位甲基化效率低的难题。

【甲基化模式】
在CTCF结合位点周围观察到特征性双峰甲基化模式，距离ChIP-seq峰中心±30bp处出现甲基化富集。这种"足迹"在抗体或ChAMP缺失时消失，证实了技术特异性。引人注目的是，220bp间隔的次级峰暗示了核小体排列的影响。

【单分子图谱】
纳米孔测序（N50=8,327bp）首次在单分子层面揭示了H3K27ac修饰位点的甲基化景观。如图4所示，长达150kb的DNA分子上，多个连续k-mer的高甲基化概率与已知功能区域高度吻合，为研究远程染色质互作提供了新视角。

这项研究突破了传统技术的三大局限：1）免去免疫沉淀步骤，样本需求降低至单细胞水平；2）多重甲基化标记使单分子检测成为可能；3）兼容多种测序平台。正如作者指出，未来开发识别不同序列的甲基转移酶变体，将实现多蛋白相互作用网络的同步解析。这种"分子记录仪"不仅适用于基础研究，在肿瘤异质性和发育生物学领域更具转化潜力——就像给基因组装配了监控摄像头，科学家们终于能实时观测蛋白质与DNA的每一次邂逅。