人类基因组计划的完成开启了一个新的纪元——功能基因组时代来临，与基因信息相比较，人们更关注于基因的功能、调控网络与信号通路等信息。表观遗传学研究与核内蛋白因子的功能分析成为基因表达调控研究的重要组成部分。结合了染色质免疫共沉淀与基因芯片技术的ChIP-chip技术的浮现使得全基因组范围内DNA与蛋白相互作用的鉴定成为可能。
ChIP-Chip技术
ChIP-Chip技术应用于反式作用因子研究
ChIP-Chip技术应用于表观遗传学
ChIP-Chip的芯片与算法
ChIP-Chip技术a1
染色体免疫共沉淀（Chromatin
Immunoprecipitation，ChIP）是基于体内分析发展起来的方法，也称结合位点分析法，在过去十年已经成为表观遗传信息研究的主要方法。它的原理是在保持组蛋白和DNA联合的同时，通过运用对应于一个特定组蛋白标记的生物抗体，染色质被切成很小的片断，并沉淀下来。这项技术帮助研究者判断在细胞核中基因组的某一特定位置会出现何种组蛋白修饰。ChIP不仅可以检测体内反式因子与DNA的动态作用，还可以用来研究组蛋白的各种共价修饰与基因表达的关系。
近年来，此技术不断地发展，它与芯片技术相结合后，产生了染色质免疫共沉淀-芯片技术（Chromatin
Immunoprecipitation-chip,
ChIP-chip）。免疫共沉淀结合微阵列技术可以在基因组范围内筛选蛋白结合靶点，成为深入分析癌症、心血管疾病以及中央神经系统紊乱等疾病的主要代谢通路的一种非常有效的工具。
ChIP-chip的基本原理是在生理状态下把胞内蛋白质和DNA甲醛作用下交联在一起，用超声波打碎为0.2-2
kb的染色体小片段，然后通过目的蛋白质特异性抗体沉淀此复合物，获得特异地作用于目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片段的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。其中共沉淀的
DNA和合适的对照用荧光标记，加在载玻片上，用于芯片分析。使用外源性DNA作为背景，免疫沉淀DNA与作为背景的对照进行比较，可以找到特异性蛋白在基因组中的结合位点。一般来说，ChIP-chip分3步完成：ChIP，DNA处理，芯片分析，如图1所示。采用ChIP－chip方法，Ren等人利用酵母基因间DNA芯片检出酵母转录因子Gal4
和Set 12 的新靶点。 ChIP-Chip技术应用于反式作用因子研究a2
ChIP-chip，又被称为CHIP on
chip，能鉴定组蛋白修饰的特异性序列，确定核蛋白结合靶点，主要应用于两方面：第一，确定转录因子及其作用位点；第二应用于表观遗传学研究。ChIP－chip直接与蛋白结合的基因作为靶点，而传统的芯片无法区分直接调控基因和间接调控基因。
由ChIP-chip直接在体内获得的全基因组数据，可以直接用于生物信息学分析，更直接的识别转录因子结合元件。
ChIP与基因芯片相结合建立的ChIP-chip方法已广泛用于特定反式因子靶基因的高通量筛选；CHIP与体内足迹法相结合，用于寻找反式因子的体内结合位点；RNA-CHIP用于研究RNA在基因表达调控中的作用。它与DNA芯片和分子克隆技术相结合，可用于高通量的筛选已知蛋白质分析的未知DNA靶点和研究反式作用因子在整个基因组上的分布情况。
ChIP-chip技术对于大规模挖掘顺式调控信息成绩卓著，同时它可以用于胚胎干细胞和一些疾病如癌症、心血管疾病和中央神经紊乱的发生机制的研究。 ChIP-Chip技术应用于表观遗传学(epigenetics)a3
在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传的一门新兴学科。因此表观遗传学又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍而又十分重要的新的研究领域。总之，表观遗传学就是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等，而表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。目前，表观遗传学的各方面数据已经成为细胞状态的基本标志。
表观遗传学主要内容包括甲基化，组蛋白修饰和染色质改型。ＤＮＡ的甲基化是生物关闭基因表达的一种有效手段，也是印迹遗传的主要机制之一。ChIP-chip技术可以提供有关人的基因编码区中组蛋白甲基化分布模式的信息。CpG岛甲基化是基因组甲基化的一个重要指标，目前认为CpG岛甲基化导致转录抑制是恶性肿瘤发生的重要机制之一。为了同时研究基因表达，DNA甲基化和组蛋白乙酰化，出现了一种从CpG岛中设计发展而来的芯片，CpG岛表达序列标签芯片。采用CpG岛芯片，就可以显示基因组内CpG甲基化和组蛋白修饰之间的联系。
ChIP-chip技术鉴定表观遗传学和表观基因组学信息已经得到广泛应用。在干细胞iPS技术中，表观遗传学到研究至关重要，是确定iPS细胞是否具有干细胞特征的基本手段。2007年，日本京都大学的Shinya
Yamanaka领导的研究小组通过iPS获得人类干细胞后，正是运用了ChIP-chip技术对这些诱导得到的干细胞进行甲基化等表观遗传信息进行分析。 ChIP-Chip的芯片与算法a4a4
和许多基因芯片相关的技术一样，数据处理是一个难点。ChIP-chip获得大量的复杂的数据，如何从中聚类、挖掘、分析，得到有效的数据及信息是这种方法的关键步骤之一。
目前，ChIP-chip分析中最常用Affymetrix公司开发的ChIP-chip嵌合芯片（Affymetrix tiling
arrays）。Tiling芯片是迄今为止分辨率最高的基因芯片类型，它的探针设计几乎涵盖了目标DNA的全部序列。目前为止，Affymetrix公司已经开发出了人、小鼠、酵母、线虫、拟南芥等模式生物的全基因组Tiling芯片，为全基因组规模上研究目的蛋白与核酸的相互作用提供了强有力的分析工具。除了全基因组芯片外，还包括了专门应用于ChIP-chip技术中的人启动子和小鼠启动子两款芯片，探针设计覆盖了转录起始位点附近10kb的范围，针对肿瘤相关的1300个基因中，覆盖范围更增加到12.5kb。Affymetrix开发了相应算法，运用隐马尔可夫模型，从ChIP-chip技术获得事基因组数据中抽取大量转录因子信息。
两步模型法（2-step
paradigm）是最常用于分析ChIP-chip数据的方法。首在获得的数据中在结合部位抽取500-1000bp左右的序列信息。然后在这些序列中进行模式比对，可以获得粗糙的目的数据集，进行数据挖掘和分析。为了简化数据处理与及得到更为敏感有效的数据，科学家正努力不懈地完善算法。最近，
Heejung Shim 和Sündüz Kele 发表了CTCM模型（conditional two-component mixture
(CTCM) model），声称已经通过测试，可以一步法获得高专一性、高敏感度的有效ChIP-chip数据，尤其对一些低丰度的数据效果显著。 | 
