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遺伝子発現研究は、超大型新薬や新たなバイオマーカーの研究の主力となる手法です。近年は、小さなガラス片に微細なDNAスポットを並べてプリントしたマイクロアレイが注目されています。マイクロアレイ手法は、遺伝子発現アプリケーションのほかにも、染色体添加および欠失、イントロンとエキソン、遺伝子調節配列、SNP、microRNA（miRNA）などの翻訳制御因子などを対象とする、より複雑な研究にも利用されるようになっています。
こうした複雑な分子的手法を積み重ねることで、生物学上の謎の鍵となる経路やネットワークを解明することができます。ChIP-on-chip技術も、そうした手法のひとつです。
主なトピック |
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| ChIP-on-chip技術の開発 |
高度に特化した新マイクロアレイによる遺伝子発現アプリケーションは、従来からある各種の分析手法に勝る技術として、注目を集めつつあります。従来の遺伝子発現手法では、部分的な遺伝子調節は解析できるものの、複数の相互作用を必要とし、多数の要素を組織的に結合させなければならない転写など、複雑なプロセスの解析には対応できませんでした。
新しいマイクロアレイ手法では、調整タンパク質が結びついているDNAゲノム配列上の特定部位を決定することにより、活性化と抑制のいずれについても、転写活動を解析することが可能です。
アジレントのChIP-on-chip（クロマチン免疫沈降オンチップ：chromatin immunoprecipitation-on-chip）は、そうした次世代型マイクロアレイ手法の原動力となるパワフルな技術です。配置解析（LA）とも呼ばれるChIP-on-chip技術を用いれば、メチル化、ヒストン修飾、DNA複製/修飾/修復といった主要メカニズムを解析することができます。この技術は、糖尿病、白血病、乳癌などの疾病研究にも利用されており、細胞増殖、細胞運命決定、腫瘍形成、細胞周期、アポトーシス、神経発生といった重要プロセスの解析で大きな成果を上げています。
ChIP-on-chipは、ガラススライドマイクロアレイ（chip）上でクロマチン免疫沈降（ChIP）を行ない、調節タンパク質が生細胞のゲノムとどのように反応するかを解析するものです。調節タンパク質はゲノムDNAと結合して染色体複製と遺伝子活動を制御し、細胞の調節回路におけるスイッチとして機能しています。この回路には未知の部分が多くありますが、その仕組みを解明すれば、新たな標的遺伝子の特定や、そうした経路を調節する治療法の開発に大いに役立ちます。ChIP-on-chip研究により得られる新情報と、すでにある膨大な遺伝子発現データを組み合わせれば、疾病研究や創薬で的を絞り、研究を加速させることが可能になります。
この技術は、Computational Biology社により集中的に開発されました。Computational Biology社はChIP-on-chip関連バイオテクノロジーのパイオニアで、マサチューセッツ工科大学および同校のホワイトヘッド生物医学研究所のRichard Young博士とDavid Gifford博士、バイオテクノロジー幹部のHeidi Wyle博士により創立されました。アジレントは2005年1月にComputational Biology社を買収しました。これにより、アジレントは同社のChIP-on-chip解析に関する特許・知的財産の独占的な利用権を獲得しました。アジレントはこの買収により、疾病研究、創薬、薬剤開発向けのユニークなマイクロアレイソリューションを提供できるようになりました。
先ごろ、ホワイトヘッド研究所のRichard Young 博士ラボに所属する研究者たちにより、ChIP-on-chip技術の有効性を証明する興味深い研究が行なわれました。この研究では、ChIP-on-chipを用いて、ヒト胚幹細胞が各種細胞に分化する特殊な能力をどのように保持しているか、また細胞が分化を始めた時点でその多分化能がどのように失われるかが解析されました。この研究の成果は、2005年9月23日発行のジャーナルCell（Vol. 122 (6), 947-956）に掲載されています。ChIP-on-chip技術はそのほか、細胞周期の進行、アポトーシス、筋形成における癌タンパクの役割を解明するうえでも、さまざまな研究で効果的に用いられています。
アジレントの優れたマイクロアレイの専門知識にホワイトヘッド研究所の特許技術が加わったことで、ゲノム全体におけるDNA-タンパク質結合やプロモーター遺伝子に関する有益かつ正確な情報を得られるようになりました。細胞、組織、そして生物種全体における生体内遺伝子発現ネットワークに関する情報――これまでは解析に何年もかかっていた情報が、より完璧かつ信頼性の高い形で、わずか数週間で得られるようになりました。
| アジレント ChIP-on-chipシステムが可能にするアプリケーション |
ChIP-on-chip技術を使えば、これまで有効な手法がないために研究が困難だった数多くの主要分野を効果的に研究することができます。対応分野は以下のとおりです：
ヒト胚性幹細胞のポリコームによる発生調節因子の制御 Lee et. al, (2006) Cell 125(2):301-13
ポリコーム群タンパク質は後生動物の初期発生に不可欠ですが、ヒト発生におけるその役割は十分に理解されていません。アジレント ChIP-on-chipマイクロアレイにより、ヒト胚性幹（ES）細胞におけるポリコーム抑制複合体2（PRC2）のサブユニットSUZ12が、非繰り返し領域全体に対して全ゲノム規模でマッピングされました。SUZ12は主要な発生調節因子をコードする200以上の遺伝子の広い領域に分布していることがわかりました。これらの遺伝子は、ヒストンH3K27でトリメチル化されたヌクレオソームによって占有され、転写が抑制された状態であると共に、ゲノムに最も高度に保存された非コード部位の一部を含んでいます。彼らはまた、PRC2の標的遺伝子がES細胞の分化の過程で優先的に活性化されることを見出しました。これらの結果は、PRC2がES細胞において分化多能性を維持するために発現が抑制されねばならない特定の発生関連遺伝子群を占有すると共に、ES細胞の分化の過程でこれらの遺伝子が活性化するように仕向けられていることを示すものです。
| アジレントのChIP-on-chipシステムの主な特長 |
ゲノム全体を広範囲かつ限定的にカバー アジレント ChIP-on-chipマイクロアレイには、それぞれトータルで44,290個の60-mer オリゴヌクレオチドプローブが搭載されています。プローブはコーディング/非コーディングDNA配列中の対象領域に200-400 bp間隔で配置されています。ご利用いただけるフォーマットには、全ゲノム、選択ゲノム、限定的プロモーター領域があります。限定的マイクロアレイのデザインには、Proximal Promoter （特定された転写開始部位から-0.8 KB上流から+0.2 KB下流まで）と Expanded Promoter （-8.0 KB上流から+2.0 KB下流まで）があります。
優れたマイクロアレイ性能および容量 最適化した60-merオリゴヌクレオチドプローブと便利な2色ラベルシステムを用いたアジレント独自のマイクロアレイ技術により、1色システムよりも優れた感度、精度、再現性が実現しています。さまざまな独自機能により、高感度が要求される弱結合および低頻度結合の測定や、同一マイクロアレイ上での直接比較が可能になっています。
信頼性の高い結合事象データ 複数のプローブで決定する近接プローブを採り入れたパワフルなアルゴリズムにより、より正確な結合事象で信頼性の高いデータを生成し、偽陽性データの発生を抑えます。
フレキシブルで用途の広いユーザー定義型マイクロアレイフォーマット フレキシブルなアジレントのマイクロアレイでは、タイリング密度、ゲノム領域、生物体について、1マイクロアレイあたり44Kまでユーザーが内容を定義することが可能です。
迅速なアレイ変更 フレキシブルな産業スケールのインクジェット印刷プロセスを採り入れたアジレントの SurePrint技術 により、1 x 3インチのスライド上に、in situ合成オリゴヌクレオチドプローブを作成します。マスク不要の方式なので、継続的に変化するゲノム環境において、ペースの速い内容変化に応じてマイクロアレイデザインを修正することができます。これにより、関連性の高い豊富な内容を搭載した高品質アレイを利用することが可能になります。
使いやすいデータ解析ソフトウェア ChIP解析ソフトウェア には、アノテーションの付いたアルゴリズム的アレイデータ解析機能、操作の簡単なテキストファイル出力機能、高速統計モデリング機能が統合されています。
プローブ配列およびアノテーション情報へのアクセス アジレントでは、公共データベース検索および生物学的情報の抽出を活用したプローブ配列ファイルおよびアノテーションファイルを提供しています。
| ChIP-on-chipワークフローの解説 |
ChIP-on-chipワークフローでは、まずタンパク質-DNA複合体サンプルの前処理を行なったのちに、分析用マイクロアレイへのサンプルのハイブリダイゼーションを行ないます。
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ChIP-on-chipワークフローは、複数の手順で構成されます。まず、タンパク質-DNA複合体サンプルの前処理を行ない、次にラベルされたDNA断片をChIP-on-chipマイクロアレイにハイブリダイゼーションします。おもな手順は以下のとおりです：
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| アジレント ChIP解析ソフトウェア |
ChIP解析ソフトウェア では、直観的なユーザーインターフェースにより、アジレント ChIP-on-chipマイクロアレイで得たデータを視覚的に検証および解析することができます。 Agilent Feature ExtractionソフトウェアまたはMolecular Devices GenePixRソフトウェアからアウトプットされたデータを取り込めるので、煩わしい処理や操作をせずに、タンパク質結合事象データを解析することが可能です。このソフトウェアには、ユーザーの設定した経験則によるP値および隣接プローブに基づく結合事象特定、アレイ間およびアレイ内での強度標準化、エラーモデル化といった高速統計的分析機能も搭載されています。
ChIP解析機能の紹介
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Chip 解析プローブレポート |
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UCSCゲノムブラウザで見るChIP 解析の結合データ |
| アジレント ChIP-on-chipマイクロアレイ |
この最新技術に関する貴重なソリューションを提供するために、アジレント・テクノロジーでは、各種の ChIP-on-chip products 製品を用意しています。カタログChiP-on-chipマイクロアレイでは、酵母全ゲノムとヒトの限定的プロモーター領域（マウスも近日発売）をご利用いただけます。また、アジレントプローブとお好みのプローブのいずれかを選べる アレイデザインID 付きカスタムマイクロアレイもご利用いただけます。いずれのマイクロアレイにも、アジレントの SurePrint技術 が採用されています。
アジレント カタログChIP-on-chipマイクロアレイ
アジレント カスタムChIP-on-chipマイクロアレイ
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