Af-CUT&Tag：一种使用基因编码标签和与Tn5融合的高亲和结合子进行的高灵敏度无抗体染色质解析方法

窥视我们DNA的控制室

你体内的每个细胞都在不断决定开启或关闭哪些基因，这一决定影响从肝脏修复到癌症风险的方方面面。科学家通过绘制关键蛋白在基因组上的位置来研究这些决定，但长期以来最好的工具依赖于脆弱且昂贵的抗体，这些抗体并不总是表现良好。本文介绍了一种新的、无抗体的DNA–蛋白相互作用图谱方法，称为Af-CUT&Tag，它更灵敏、更可靠，能在极少量样本乃至单个细胞上工作。

为什么抗体成为我们的瓶颈

传统的染色质定位方法需要抗体——识别特定目标蛋白的大Y形蛋白——将酶引导到DNA上的正确位置。当抗体表现完美时，研究者能够看到转录因子和其他调控因子在全基因组上的结合位置。但在实际操作中，抗体往往难以获得、质量不稳定，且可能被目标蛋白上的常见化学修饰（如磷酸化或乙酰化）阻碍。这些问题会模糊得到的图谱，限制可研究的蛋白类型，并使不同实验室或实验之间的比较变得困难。

微小标签与智能结合子取代抗体

Af-CUT&Tag完全绕过了抗体，而是给感兴趣的蛋白加上一个极小的基因标签。研究者用CRISPR基因组编辑将短肽标签（例如HiBiT或ALFA）融合到细胞或组织中的天然蛋白上。随后，他们使用工程化的配对蛋白——识别这些标签的高亲和力结合子——直接与Tn5酶融合，Tn5能够切割DNA并连接测序接头。当结合子–Tn5融合体附着在目标蛋白上的标签时，它就在附近的DNA处切割并标记这些位点以便测序。由于标签非常小且结合子–Tn5融合体远小于抗体，该系统更易穿过细胞和细胞核，结合高度精准，且不受目标蛋白化学修饰的干扰。

更少细胞换来更清晰的图谱

团队首先证明其结合子–Tn5融合体仍能紧密抓住标签并高效切割DNA。随后，他们将Af-CUT&Tag与最先进的基于抗体的RNA聚合酶II（读取编码蛋白基因的酶）和CTCF（一种重要的基因组结构组织蛋白）定位方法进行了比较。在人类细胞系中，Af-CUT&Tag在基因起始位点产生了更清晰的信号，在开放但无关的DNA区域产生了更少的离靶切割，并生成了更高质量的测序文库。值得注意的是，它能从大约500个细胞这样极少量的样本中生成稳健的图谱，同样的策略也可适配针对不同DNA特征的多种结合子。该方法还通过对每个细胞片段进行条形码标记扩展到单细胞，从而构建逐细胞的详细染色质图谱。

实时追踪肝脏修复

为展示这项技术在活体动物中的应用，作者将Af-CUT&Tag用于小鼠肝脏再生研究。他们使用病毒和CRISPR在两种关键的“Hippo通路”调控因子YAP1和TAZ上加入HiBiT标签，这两者参与器官大小和修复的控制。在外科切除部分肝脏后，他们在手术前和术后24小时分离肝细胞核，然后用Af-CUT&Tag观察YAP1和TAZ在基因组上的结合位置。图谱显示，损伤早期这些蛋白在驱动脂类代谢与合成的基因处结合减少，同时肝细胞暂时积累脂滴。与此同时，YAP1/TAZ在参与清除血红素（一种可能有毒的血液成分）相关基因处结合增加，并在Mir122基因区域显示增强结合，Mir122产生一种在肝脏中高度富集的microRNA。

miR-122：再生的守护者

miR-122是一种微小的RNA分子，帮助微调许多其他基因的活性。通过Af-CUT&Tag，研究者观察到YAP1/TAZ在Mir122区域附近的结合增强，同时染色质更开放、与基因激活相关的化学标记增强。实验证实miR-122水平在早期再生期上升。当研究组在小鼠肝细胞中特异性去除miR-122时，动物表现出更多脂肪堆积、更强的炎症反应，以及术后进入细胞周期的肝细胞更少。总体而言，这些结果表明YAP1/TAZ在修复过程中帮助肝脏保持微妙平衡：短期储备脂肪作为能量、限制血红素和炎症造成的损伤，并依靠miR-122抑制过度应激同时促进组织再生。

对基因调控的多功能新视角

Af-CUT&Tag提供了一种模块化、无抗体的方式来观察细胞系、组织乃至单个细胞中关键蛋白在DNA上的定位。通过用小型基因标签和工程化结合子取代不可预测的抗体，它能从更少的细胞中生成更清晰、更可重复的图谱。应用于肝脏再生时，它揭示了YAP1和TAZ如何协调代谢、铁处理以及microRNA miR-122以支持早期修复。随着基因组编辑和设计结合子不断改进，该策略可能成为解析发育和再生过程中基因调控如何正常运行——以及在癌症和肝衰竭等疾病中如何出错——的标准工具。

引用: Wang, X., Deng, X., Qiu, L. et al. Af-CUT&Tag: a sensitive and antibody-free chromatin profiling method using genetically encoded tags and high-affinity binders fused to Tn5. Nat Commun 17, 1746 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68454-9

关键词: 染色质定位图谱, 表观遗传学, 肝脏再生, YAP1 TAZ, microRNA-122