Method Article
يمكننا وصف بروتوكول خطوة بخطوة للترادف الكروماتين إيمونوبريسيبيتيشن التسلسل (تشيب-Seq) التي تمكن من تحليل الخلية-نوع معين على نطاق الجينوم هستون تعديل.
تنظيم جينية يلعب الأدوار المركزية في التعبير الجيني. منذ اكتشفت هستون تعديل في الستينات، بوظائفها الفسيولوجية والمرضية وقد درست على نطاق واسع. والواقع أن ثورة ظهور الجيل التالي تسلسل العميق وإيمونوبريسيبيتيشن الكروماتين (رقاقة) عن طريق محددة هستون تعديل الأجسام المضادة رأينا التنظيم جينية عبر الجينوم. على العكس من ذلك، الأنسجة وعادة ما تتألف من أنواع الخلايا المختلفة، وعن خليط معقد تحديات تحليلية للتحقيق في ابيجينومي في نوع خلية معينة. لمعالجة حالة الكروماتين الخاصة بنوع الخلية في طريقة على نطاق الجينوم، وضعنا مؤخرا جنبا إلى جنب الكروماتين إيمونوبريسيبيتيشن التسلسل (تشيب-Seq)، الذي يرتكز على تنقية انتقائية من الكروماتين بالبروتينات هستون المعلمة الأساسية من الخلية أنواع المصالح، متبوعاً بما يليها رقاقة والهدف من هذا البروتوكول هو الأخذ بممارسات أفضل لما يليها تشيب هذا الأسلوب يوفر أداة متعددة الاستخدامات للتحقيق ابيجينومي الخاصة بالانسجة في التعديلات هيستون المتنوعة ونموذج الكائنات الحية.
تتكون أنسجة حيوانات من أنواع مختلفة من الخلايا. تنظيم الجينات في كل خلية يعرف نوع الخلية. التعديلات الكروماتين-الحمض النووي مثلايشن وهستون تعديل-تكمن وراء خصوصية خلية من نوع التعبير الجيني. وهكذا، قد تم المطلوب قياس التنظيم جينية في كل نوع من أنواع الخلايا، ولكن كان تحديا تقنيا.
للتحقيق في التخلق في نوع خلية معينة، كان جنبا إلى جنب الكروماتين إيمونوبريسيبيتيشن التسلسل (تشيب-Seq) وضعت مؤخرا (رقم 1)1. في تشيب، يعبر عن معلم حانمه الأساسية هيستون البروتين H2B من مروج الخلية-نوع معين. تسمح هذه الميزة لعزل تشروماتينس من الخلايا ذات الاهتمام، على الرغم من أن المواد يبدأ من خليط أنواع مختلفة من الخلايا. رقاقة-Seq التالية — تنقية الكروماتين عبر مارك هستون تعديل والجيل التالي تسلسل العميق لعزل الحمض النووي – يمكننا رصد حالة جينية من نوع الخلية المستهدفة بطريقة المجين على نطاق المنظومة.
باستخدام هذا الأسلوب، ونحن مؤخرا التحقيق تريميثيليشن الخاصة بالخلايا العصبية من هستون البروتين H3 على يسين 4 (H3K4me3) علامات. في تلك الدراسة، قمنا بتطوير تدق بماوس في أي ج-الميؤوس من شفائهم H2B معلم العلم وأعرب البروتين عند اقترانها بوساطة لجنة المساواة العرقية (Rosa26كاج فلوكسيد-السلطة الفلسطينية H2B العلم). بالعبور بماوس حيازة الجينات الشبكة (ER) Cre اندوبلاسميك تحت سيطرة المروج CamK2a، المستحث السطر الماوس التي يتم الحصول عليها العلم H2B في الخلايا العصبية نشطة على تاموكسيفن حقن (Camk2aالعلم H2B)1. بدءاً من دماغ السطر الماوس ثابتة، أجرينا Seq تشيب مع الأجسام المضادة H3K4me3. إذ كثيرا ما تتوافق مع علامات H3K4me3 إلى مناطق المروج، يمكن أن نكتشف مئات مرناس أعرب على وجه التحديد في الخلايا العصبية1.
هنا، يمكننا وصف أسلوب Seq تشيب نموذجية التي تغطي الخطوات من تشريح الأنسجة لبناء مكتبة (رقم 1). والهدف النهائي من هذا البروتوكول حصة لدينا أفضل الممارسات من أجل أداء Seq تشيب وتطبيق هذا الأسلوب مستقبلا للتعديلات هيستون وأنواع الخلايا الأخرى.
وقد وافقت عليه شعبة السلامة بتبريد (H27-EP071) جميع الأساليب الموضحة هنا وأجريت مع اللوائح والمبادئ التوجيهية ذات الصلة.
1. تشريح الأنسجة
2. تثبيت الخلية
ملاحظة: نحن نستخدم طاحونة مبردة مفيد لهذه الخطوة. ويمكن استخدام جهاز بديل.
3-الكروماتين القص
4-نوعية فحص للحمض النووي (عكس Crosslinking)
5-انجذاب تطهير بالأجسام المضادة العلم
ملاحظة: للعصبية تشيب-Seq، أنسجة المخ من الفئران 8 يتم استخدامها عادة عينة واحدة من تشيب Seq لإعداد 2 نانوغرام لتنقية الحمض النووي بتنقية المناعي جنبا إلى جنب (راجع الخطوة 7، 1). في أيدينا، 0.1 نانوغرام من الحمض النووي لا تزال تقدم عالية الجودة مكتبات الحمض النووي لرقاقة-Seq (كادوتا، غير منشورة). وهكذا، من الناحية النظرية، ماوس واحدة قد تكون كافية لأداء الخلايا العصبية تشيب--ما يليها المبلغ المطلوب ينبغي أن يكون الأمثل لنوع الأنسجة والخلايا للفائدة. لمراقبة إيمومونو-تنقية التجربة السلبية، ينبغي إعداد أنسجة المخ ليساتي من الفئران دون أي تعبير H2B-العلم واستخدامها.
6-انجذاب تطهير الأجسام المضادة H3K4me3 وعكس كروسلينكينج
ملاحظة: التالي حبة إعداد الخطوات (6، 1 – 6، 4) ينبغي أن يقوم قبل 5.7 خطوة.
7-مكتبة البناء
8-تسلسل
هنا، نحن تصف تشريح الأنسجة، تثبيت، وتحلل الخلية، تنقية جنبا إلى جنب من الكروماتين، وإعداد مكتبة الحمض النووي للتعاقب الجيل القادم. أثناء الإجراءات، يمكن اختبار واحد نوعية الحمض النووي، الذي هو مفتاح لتسلسل النجاح، في خطوات متعددة (الشكل 2). منذ نوكليوسومي واحد عادة محاط ب الحمض النووي bp 147 4، يجب أن لا أقصر من أن الحجم الحمض النووي المنفصمة. فور ultrasonication، عزل الحمض النووي وتشغيلها على جهاز التفريد موائع جزيئية (الشكل 2A). وعلى الرغم من أفضل جهودنا لتحسين نطاق الحجم، كان يزال عدد سكان من الحمض النووي (حوالي 2 kbp) التي ظلت أونشيريد. في هذه الخطوة، ينبغي أن يكون الجزء من الحمض النووي تتراوح ما بين 100-500 bp 50% أو أكثر من السكان. بعد انجذاب تطهير الأجسام المضادة العلم (الشكل 2)، ومن ثم الأجسام المضادة H3K4me3 (الشكل 2D)، تم فحص جودة عزل الحمض النووي مرة أخرى باستخدام آلة التفريد موائع جزيئية، وكمية تتراوح بين الحمض النووي وقدرت شركة bp 100-500. على الرغم من أن كثيرا ما لاحظنا انحياز الشظايا kbp 2 في هذه الخطوة أقوى، ضعف اختيار حجم الخرز المغناطيسي سبري إزالة هذا الكسر.
أكدت خصوصية المناعة-تنقية الحمض النووي في علم H2B مع عينات المراقبة السلبية، في الدماغ التي ليساتي من الفئران دون علم H2B استخدمت التعبير (الشكل 2). ونحن عادة الكشف عن مبالغ ضئيلة من الحمض النووي من عينات المراقبة السلبية.
في أعقاب تراجع A، ربط المحول، وبكر، وتم التحقق من نوعية المكتبة التسلسل (الشكل 2E). وبشكل نموذجي, bp 250-600 الحمض النووي تم الحصول عليها. رقاقة العادية الناجحة وتشيب اتضحت بتحليل تخصيب اليورانيوم مع قبكر2 باستخدام كبسولة تفجير استهدفت منطقة المروج الجينات جابده (الشكل 2 واو).
وتلا ممثل التوزيعات على طول الجينات العصبية (Camk2a و Slc17a7 و Gria1) بمتصفح الجينوم وترد في الشكل 3. وقد لوحظ في إثراء ما يلي في نهاية 5 ' الجينات بالخلايا العصبية تشيب-Seq على الدماغ كله تشيب-Seq.
رقم 1: التمثيل التخطيطي لما يليها تشيب وقد تم تعديل هذا الرقم من ميتو، وآخرون. 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: فحص الحمض النووي الجودة- (أ وب، د وه) اليكتروفيروجرام التي تم الحصول عليها باستخدام جهاز التفريد موائع جزيئية للونين المنفصمة الحمض النووي (A)، الحمض النووي تنقية مع الأجسام المضادة العلم (ب) ثم الأجسام المضادة H3K4me3 (ج)، والمكتبة النهائية (د). قمم وأبرزت مع أرقام خضراء والأرجواني تمثل معايير المساحة الداخلية. تشير الخطوط المتقطعة الأزرق إلى مناطق حجم الحمض النووي لتحليل المتلقين للمعلومات. فو: fluorescence الوحدات.
(ج) استرداد كمية الحمض النووي بتنقية المناعة المضادة العلم. وتمثل كل نقطة تكرار مستقل. (و) تحليل الإثراء باستهداف جابده qPCR. وتمثل كل نقطة تكرار مستقل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: قراءة توزيعات في الخلايا العصبية تشيب--ما بعدها (أ-ج) قراءة التوزيعات على طول الممثل العصبية تظهر الجينات في الخلايا العصبية تشيب-Seq والتحكم الكامل للعقل تشيب-Seq. دورة في الدقيقة: يقرأ كل القراءات مليون. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
وكان لدينا بروتوكول الأمثل للخلايا العصبية للدماغ الماوس، وفيه التعبير عن معلم العلم H2B هو الناجم عن الحقن بعقار تاموكسيفين. المروجين المستخدمة للتعبير H2B وانطلاق مواد الأنسجة وكمية الأنسجة معلمات محورية لنجاح تشيب--ما يليها وبالتالي، ينبغي النظر في الاستفادة المثلى من هذه العوامل لكل خلية نوع من الفائدة.
خطوة حاسمة بين الإجراءات المستخدمة في هذا البروتوكول هو الحمض النووي القص لتحقيق طول الكروماتين من 100-500 bp5. بشكل عام، هو التحدي بتوحيد هذه الخطوة ultrasonication حيث أنه يعتمد إلى حد كبير على مجموعة متنوعة من العوامل؛ شروط التثبيت، والأنسجة المستخدمة، والمعدات المستخدمة الترا--سونيكيشن، ومعدات الإعداد، من بين أمور أخرى. ولذلك، سيلزم الأمثل التجربة والخطأ لهذه الخطوة قص الحمض النووي للتجارب الفردية. بدلاً من الترا-سونيكيشن، معاملة نوكلاس ميكروكوككال يجب أن تكون خياراً لعزل واحد الحجم nucleosome الحمض النووي، كما تستخدم في الأسلوب رقاقة ساذجة6. على الرغم من أن توزيع حجم الحمض النووي مثالي، المنفصمة متجانسة السلطات الوطنية المعينة قد تظهر على السكان متعددة، كما هو مبين في الشكل 2 ألف. اختيار حجم مزدوج سبري الخرز المغناطيسي، كما هو موضح أعلاه، يساعد على إزالة أطول الحجم شظايا من الحمض النووي.
عادة، يتطلب إعداد مكتبة 1 نانوغرام من 100-500 bp الحمض النووي. وبناء على هذا الشرط، نحن الارتقاء بالمواد الأولية من أنسجة المخ للخلايا العصبية. ومع ذلك، قد يكون هذا الإجراء تحديا لعينات صغيرة للغاية من أنواع نادرة من الخلية. وفي مثل هذه الحالات، قد تكون رقاقة الوثائق، الذي يستند إلى ترانسبوساسي Tn5 بدلاً من ليجاسى ويتطلب أقل المواد7، بديل أفضل.
ومع ذلك، يقتصر هذا البروتوكول الحالي لأنواع الخلايا الرئيسية في المواد. في أيدينا، قدمت شغل 10% من الخلايا المستهدفة في السكان الخلية الأصلي تنقية عادلة من الكروماتين من خلايا الهدف1. بيد إذا كانت تستهدف أكثر أنواع الخلايا نادرة، ثم التحسين أدق من إيمونوبريسيبيتيشن بالعلامة حانمه سوف يكون له ما يبرره للتمييز بين الحمض النووي المعزولة من الدنا الملوثة من الخلايا غير المستهدفة. لأفضل الممارسات لتحليل البيانات، نوصي بشدة بمقارنة البيانات لتحليل Seq تشيب التحكم من الأنسجة كلها تستخدم للبدء في التجربة. منذ وجدنا تحيز كبير من مناشئ أعرب العلم H2B البروتين، ينبغي التحليل مقارنة وتحليلها بواسطة تخصيب (أو نضوب) إلى الخلفية1. لعنصر التحكم هذا، نحن في الواقع إنشاء خط ماوس مع العلم H2B أعرب أوبيكويتوسلي (روزاالعلم H2B) وأداء تشيب Seq1. بتفسير أكثر تفصيلاً للبيانات قد تم مناقشتها سابقا1.
استناداً إلى تحليلنا، H3K4me3 تشيب Seq من الخلايا العصبية المقدمة في الكشف عن الجينات الخاصة بالخلايا العصبية المعروفة من تسلسل الحمض النووي الريبي من نظام مراقبة الأصول الميدانية فرز الخلايا العصبية مماثلة و/أو أفضل8 وترجمة الريبوسوم انجذاب تطهير (TRAP)-Seq9. على سبيل المثال، تم انتشال الجينات المعروفة إكسون/تغصن-مترجمة كفاءة استخدام الخلايا العصبية تشيب Seq1. بشكل ملحوظ، لدينا تشيب-Seq ليست محدودة بالنسبة لعلامة هيستون المرتبطة بالمروج لكن ينطبق أيضا على التعديلات هيستون الأخرى المختلفة10 إذا كانت تتوفر الأجسام المضادة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام استراتيجية عزل الكروماتين بالبروتينات هستون المعلمة الأساسية في الكائنات الحية الأخرى في النموذج. على الرغم من أن هنا استخدمنا حانمه العلم للعلامة البروتين هيستون الأساسية، يمكن تطبيق العلامات الأخرى. منذ التثبيت فورمالدهايد للحمض النووي يحدث الأكثر شيوعاً في المخلفات يسين البروتين11، ينبغي تجنب علامة مع يسين كثيرة للقضاء على التحيز بعلامات حانمه. وبالتالي، ينبغي أن يكون النهج Seq تشيب تنوعاً في أنسجة متنوعة على امتداد العديد من أنواع من السياقات في دراسات جينية.
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
ونشكر جميع أعضاء المختبر ايواساكي لقراءة نقدية من المخطوطة. هذا العمل كان تدعمها جزئيا معونات "البحث العلمي" في "مجالات مبتكرة" (26113005 # للتعطيل و JP17H05679 للصك القانوني)؛ معونات للعلماء الشباب (أ) (JP17H04998 للصك القانوني) من وزارة التربية والتعليم والعلوم، والرياضة، والثقافة من اليابان (يأمرون)؛ والمشاريع بيونيرينج "تطور الهاتف الخلوي"، وجميع المشاريع بتبريد "المرض وابيجينومي" من بتبريد (للتعطيل والصك القانوني).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Protein LoBind tube, 2 mL | Eppendorf | No. 0030108132 | For cell lysis |
Protein LoBind tube, 1.5 mL | Eppendorf | No. 0030108116 | For ChIP and library preparation |
DNA LoBind tube, 1.5 mL | Eppendorf | No. 0030108051 | For ChIP and library preparation |
8-strip PCR tube | BIO-BIK | 3247-00 | For ChIP and library preparation |
SK Mill | TOKKEN | SK-200 | Handy cryogenic grinder to make cell powder for fixation |
Metal bullet | TOKKEN | SK-100-DLC10 | Accessory of SK Mill |
2 mL stainless steel tube | TOKKEN | TK-AM5-SUS | An option for cell lysis |
2 mL stainless steel tube holder | TOKKEN | SK-100-TL | An option for cell lysis |
16% formaldehyde (w/v), methanol-free | Pierce | 28906 | To fix cells. Prepare 1% solution before use. |
Glycine | Nacalai Tesque | 17109-35 | Prepare 2.5 M stock |
D-PBS (-)(1x) | Nacalai Tesque | 14249-24 | For washing lysate and purified DNA |
HEPES | Nacalai Tesque | 02443-05 | For Lysis buffer 1. Prepare 1 M, pH 7.5 stock. |
5 M NaCl, molecular biology grade | Nacalai Tesque | 06900-14 | For Lysis buffer 1, Lysis buffer 2, ChIP Elution Buffer, and Tris-EDTA-NaCl Buffer |
0.5 M EDTA, molecular biology grade | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 311-90075 | For Lysis buffer 1, Lysis buffer 2, ChIP Elution Buffer, and Tris-EDTA-NaCl Buffer |
Glycerol | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 072-04945 | For lysis buffer 1 |
NP-40 | Nacalai Tesque | 25223-75 | For lysis buffer 1 |
Triton X-100, molecular biology grade | Nacalai Tesque | 12967-32 | For Lysis buffer 1 |
Tris | Nacalai Tesque | 35406-91 | For Lysis buffer 2, ChIP Elution Buffer, and Tris-EDTA-NaCl Buffer. Prepare 1 M, pH 8.0 stock. |
0.1 M EGTA pH neutral | Nacalai Tesque | 08947-35 | For Lysis Buffer 2 |
Protease inhibitor cocktail (100x) | Nacalai Tesque | 25955-24 | To block degradation of protein |
RIPA buffer | Thermo Fisher Scientific | 89900 | For cell lysis and washing |
milliTUBE 1 mL AFA Fiber | Covaris | 520130 | Sonicator tube. Accessory of Focused-ultrasonicator |
Focused-ultrasonicator | Covaris | S220 or E220 | To digest DNA into adequate size for ChIP-Seq |
UltraPure 10% SDS | Thermo Fisher Scientific | 15553-027 | For ChIP Elution Buffer |
RNase A | Nacalai Tesque | 30141-14 | To purify DNA from lysate |
Proteinase K, recombinant, PCR Grade | Sigma-Aldrich | 3115887001 | To purify DNA from lysate |
Ethanol | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 054-07225 | Make 70% solution |
Monoclonal anti-FLAG M2 antibody produced in mouse | Sigma-Aldrich | F1804 | To purify chromatin expressed in cells of interest |
Dynabead M-280 Sheep Anti-Mouse IgG | Thermo Fisher Scientific | 11201D | This can be used for anti-FLAG IP and anti-H3K4me3 IP |
Anti-tri-methyl histone H3 (K4), mouse monoclonal antibody | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 301-34811 | Any other antibody that works for ChIP analysis will work |
10x Blocking Reagent | Sigma-Aldrich | 11096176001 | For blocking during affinity purification |
Denhardt’s solution | Nacalai Tesque | 10727-74 | For blocking during affinity purification |
Glycogen (5 mg/ml) | Thermo Fisher Scientific | AM9510 | To purify DNA from lysate |
Qubit 2.0 Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q32866 | For quantification of isolated DNA |
Qubit dsDNA HS Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | Q32851 | For quantification of isolated DNA |
0.5 mL tube | Axygen | 10011-830 | For quantification by Qubit |
Phenol/chloroform/isoamyl alcohol (25:24:1) | Nacalai Tesque | 25970-56 | To purify DNA from lysate |
AMPure XP beads | Beckman Coulter | A63881 | SPRI magnetic beads for library preparation |
Metal ice rack | Funakoshi | IR-1 | To keep the cell lysate frozen |
Sample Cooler | New England Biolabs | T7771S | Helps fix cells with minimal damage |
2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | G2939BA | To check the quality of isolated DNA fragments. Another fragment analyzer can be used. |
Bioanalyzer 2100 Expert Software | Agilent Technologies | G2946CA | Supplied with the Bioanalyzer |
High Sensitivity DNA Kit | Agilent Technologies | 5067-4626 | To check the quality of the isolated DNA fragments |
KAPA LTP Library Preparation Kit | Roche | 07961898001 | Supplied with 10x KAPA End Repair Buffer, KAPA End Repair Enzyme Mix, KAPA A-Tailing Buffer, KAPA A-Tailing Enzyme, KAPA Ligation Buffer, KAPA DNA Ligase, and PEG/NaCl solution |
NEXTflex DNA Barcodes | BIOO Scientific | NOVA-514101 | Adapter for library preparation. Supplied with DNA Barcode Adapters and Primer Mix. |
KAPA Real-Time Library Amplification Kit | Roche | 07959028001 | Supplied with 2x KAPA HiFi HS real-time PCR Master Mix, PCR Primer Mix, and Fluorescent Standards |
2x KAPA HiFi HotStart ReadyMix | Roche | KM2602 | For library preparation. Additionally, this enzyme may be required for the KAPA Real-Time Library Amplification Kit |
Buffer EB | Qiagen | 19086 | 10 mM Tris-Cl, pH 8.5 for elution of DNA |
386-well qPCR plate | Thermo Fisher Scientific | 4309849 | For real-time PCR |
QuantStudio 7 Flex Real-Time PCR System | Thermo Fisher Scientific | 4485701 | To quantify DNA |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | For real-time PCR |
MicroAmp Clear Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific | 4306311 | For plate sealing |
End-repair master mix | Combine 1.4 µL of 10x KAPA End Repair Buffer, 1 µL of KAPA End Repair Enzyme Mix, and 1.6 µL of H2O | ||
A-taling master mix | Combine 1 µL of KAPA A-Tailing Buffer, 0.6 µL of KAPA A-Tailing Enzyme, and 8.4 µL of H2O | ||
Ligation buffer mix | Combine 2 µL of KAPA ligation buffer and 6 µL of H2O | ||
Real-time PCR master mix | Combine 5 µL of 2x KAPA HiFi HS real-time PCR Master Mix, 0.35 µL of PCR Primer Mix (10 µM each of forward primer AATGATACGGCGACCACCGAG and reverse primer CAAGCAGAAGACGGCATACGAG), and 3.15 µL of H2O | ||
PCR master mix | Combine 10 µL of 2x KAPA HiFi Ready Mix, 0.9 µL of PCR Primer Mix, and 0.6 µL of H2O | ||
Integrative Genomics Viewer | Broad Institute | IGV_2.3.88 | Genome browser to visualize sequencing data |
DNA olgionucleotide: 5′-GCCTACGCAGGTCTTGCTGAC-3′ | Eurofins Genomics | A primer to amplify the promoter region of GAPDH | |
DNA olgionucleotide: 5′-CGAGCGCTGACCTTGAGGTC-3′ | Eurofins Genomics | A primer to amplify the promoter region of GAPDH | |
SYBR Premix Ex Taq | Takara | RR420L | To quantify the DNA corresponding to the GADPH promoter region |
Thermal Cycler Dice | Takara | TP870 | To quantify the DNA corresponding to the GADPH promoter region |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved