CUT&RUN, CUT&Tag 분석서비스

시약 및 기기 상세

CUT&RUN, CUT&Tag 분석서비스

적은 양의 샘플로도 단백질-DNA 결합 부위를 매우 정밀하고 깨끗하게 찾아내는 CUT&RUN, CUT&Tag 시퀀싱 서비스를 제공합니다.

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특징

단백질-핵산 상호작용은 유전자 조절과 세포 기능의 핵심입니다. 기존에는 ChIP-Seq이라는 방법이 널리 쓰였으나, 많은 양의 샘플이 필요하고 노이즈(신호 간섭)가 발생하는 한계가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 등장한 것이 CUT&RUN 기술입니다.

신호가 훨씬 깨끗하고 정확하며, 높은 신호 대 잡음비(S/N ratio) 보장 및 신뢰성 있는 결과를 제공합니다.
적은 수의 세포로도 분석이 가능합니다.
가교(Crosslinking)나 초음파 분쇄(Sonication) 과정을 생략하여 실험 시간이 짧고 비용이 합리적입니다.
가교 과정을 생략함으로써 발생할 수 있는 가짜 양성(False positive) 반응을 줄입니다.
Bowtie2, deepTools 등 전문 도구를 사용하여 피크 콜링(Peak calling), 모티프 분석(Motif analysis) 등 고도화된 정보학 분석을 제공합니다.
Cell, Tissue등의 시료만 보내주시면 전과정 수행 및 NGS 데이터를 보내드립니다.

주요 응용 분야

유전자 조절 연구: 전사 인자가 DNA 어디에 붙어 유전자를 켜고 끄는지 확인
후성유전학(Epigenetics): 히스톤 수정 등이 세포 행동에 미치는 영향 분석
질환 메커니즘 연구: 비정상적인 단백질-DNA 상호작용을 찾아 질병의 근원 파악
신약 개발: 약물 타겟 발굴 및 약물이 단백질-DNA 결합에 미치는 효과 확인

과정

1. 세포 준비: 세포를 비즈(Beads)에 고정하고 투과성을 높여 항체가 들어갈 수 있게 만듭니다.

2. 항체 결합: 타겟 단백질에 특이적인 항체를 결합시킵니다.

3. 융합 단백질 결합: Protein A 또는 G와 nuclease(핵산 분해 효소)가 결합된 복합체(pA-MN 등)를 투입하여 항체 근처에 배치합니다.

4. DNA 절단: 칼슘 이온을 첨가하여 효소를 활성화시키면, 타겟 단백질 근처의 DNA만 정밀하게 절단되어 방출됩니다.

5. 시퀀싱: 방출된 DNA 조각을 정제하여 염기서열을 분석하고 유전체 지도를 만듭니다.

Case Study

▒ Project 1 : 전사 인자-DNA 상호작용 분석 프로젝트

전사 인자(Transcription Factor)가 DNA 결합 기능에 미치는 영향을 분석하기 위해, 항체와 pAG-MNase 효소를 이용해 타겟 단백질이 붙어 있는 DNA 부위만 정밀하게 잘라내어 시퀀싱하는 CUT&RUN 방식을 사용하였고, 라이브러리 제작(Library generation), 시퀀싱, 그리고 생물정보학 데이터 분석을 진행하였습니다.

데이터 분석과정

QC (Quality Control): 데이터의 품질 점검
BWA (Reads Mapping): 읽어들인 염기서열을 참조 유전체(Reference Genome)의 어디에 해당하는지 위치를 찾음.
MACS2 (Peak Calling): 단백질이 결합된 부위(신호가 높게 나타나는 곳, Peak)를 식별.
HOMER (Motif Analysis): 단백질이 결합하는 특징적인 DNA 서열(패턴)을 분석.
ChIPseeker (Peak Annotation): 발견된 결합 부위가 유전자의 어느 위치(프로모터, 인트론 등)인지 주석을 담.
edgeR/DESeq2 (Differential Peak Analysis): 샘플 간에 결합 정도가 차이 나는 부위를 통계적으로 비교.
DeepTools (TSS Enrichment): 전사 시작 지점(TSS) 주변에 신호가 얼마나 집중되어 있는지 계산.
GO/KEGG Analysis: 타겟 유전자들이 어떤 생물학적 기능(GO)이나 대사 경로(KEGG)와 관련 있는지 분석.

실험결과

1. 매핑된 리드 분포 특성 분석 : 시퀀싱된 DNA 조각들이 유전체상의 어디에 주로 몰려 있는지 분석.

전사 인자는 보통 유전자 발현을 조절하기 위해 TSS 근처(프로모터 영역)에 많이 결합합니다. 분석 결과, TSS 주변에 리드가 높게 밀집되어 있다면 실험이 매우 성공적으로 이루어졌으며, 해당 전사 인자가 유전자 조절에 직접적으로 관여하고 있음을 증명하는 강력한 근거가 됩니다.

2. 피크 주석(Peak Annotation) : 단백질 결합 위치(Peak)'가 유전자의 실제 지도상에서 어디에 있는지 확인

PeakAnnotator(분석 프로그램)를 사용하여 모든 피크에서 가장 가까운 전사 시작 지점(TSS, Transcription Start Site)이 어디인지 식별했습니다. 단백질이 DNA에 결합한 그 지점이, 특정 유전자의 시작점으로부터 얼마나 떨어져 있는지를 확인할 수 있습니다.

3. 모티프 풋프린팅(Motif Footprinting) : 단백질이 DNA의 어떤 특정 염기서열 패턴(모티프) 위에 존재하는지 확인

FIMO(Find Individual Motif Occurrences)는 MEME Suite에 포함된 소프트웨어로, 이미 알려진 단백질 결합 패턴(모티프)이 유전체 시퀀스 내의 정확히 어느 위치에 존재하는지 찾아내는 데 특화되어 있습니다.

4. 타겟 유전자 기능 분석(GO/KEGG Analysis) : 유전자의 기능 분석

타겟 유전자들과 관련된 통계적으로 유의미하게 농축된(Enriched) 항목들을 찾아내어 단백질이 결합한 유전자들이 주로 어떤 생물학적 기능을 수행하고 어떤 생체 경로에 관여하는지 분석하였습니다.

GO (Gene Ontology) 분석: 유전자의 기능을 생물학적 과정, 분자수준에서의 기능, 세포 부위에서의 기능 등의 관점에서 분류합니다.
KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) 분석 : 유전자들이 참여하는 대사경로를 분석합니다.