Method Article
Wir beschreiben eine robuste Methode zur Chromatinimmunpräzipitation mit primären T-Zellen. Die Methode basiert auf Standard-Ansätzen gegründet, nutzt aber einen bestimmten Satz von Bedingungen und Reagenzien, die Effizienz für begrenzte Mengen von Zellen einer zu verbessern. Wichtig ist, dass auf eine detaillierte Beschreibung des Datenanalysephase dargestellt.
Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) ist eine weit verbreitete Methode zur Bestimmung der Wechselwirkungen verschiedener Proteine mit DNA in Chromatin lebender Zellen. Beispiele umfassen sequenzspezifische DNA-bindende Transkriptionsfaktoren, Histone und ihre verschiedenen Modifikationen Zustände, Enzyme, wie RNA-Polymerasen und zugehörige Faktoren und DNA-Reparatur-Komponenten. Trotz seiner Allgegenwart, gibt es einen Mangel an up-to-date, detaillierte Methoden sowohl für Bank Vorbereitung des Materials und für die genaue Analyse ermöglicht quantitative Metriken der Interaktion. Durch diesen Mangel an Informationen, und auch, weil, wie jeder Immunpräzipitation Bedingungen müssen für neue Sätze von experimentellen Bedingungen neu optimiert werden kann, ist der Chip-Assay anfällig für fehlerhafte oder schlecht quantitative Ergebnisse.
Unser Protokoll wird schließlich vom bahnbrechenden Arbeiten auf Transkriptionsfaktor abgeleitet: DNA-Wechselwirkungen 1,2, sondern beinhaltet eine Reihe von Verbesserungen an Sensibilisierungvity und Reproduzierbarkeit für schwer zu erhalten Zelltypen. Das Protokoll wurde erfolgreich eingesetzt, 3,4, beide unter Verwendung von DNA-qPCR Bereicherung quantifizieren, oder mit Hilfe eines semi-quantitative Variante des unter Protokoll.
Diese quantitative Analyse der PCR-amplifizierten Materials rechnerisch durchgeführt und stellt einen begrenzenden Faktor in dem Assay. Wichtige Kontrollen und andere Überlegungen schließen die Verwendung eines Isotyp-Antikörper, sowie Auswertung einer Kontrolle Region von genomischer DNA, wie ein Zwischengenregion vorhergesagt nicht durch das Protein unter Studie (oder erwartet gebunden werden keine Änderungen unter zeigen die experimentellen Bedingungen). Darüber hinaus wird eine Standardkurve von Vormaterial für jeden Span Probe zur Ableitung absoluten Werte der Anreicherung im experimentellen Material. Verwendung von Standard-Kurven hilft zur Berücksichtigung von Unterschieden zwischen Primer-Sets nehmen, unabhängig davon, wie vorsichtig sie sind entworfen, und auch Effizienz unterscheidenschiede über den Bereich der Template-Konzentrationen für eine Primer-Set. Unser Protokoll ist anders als die anderen, die verfügbar sind 5-8 in die wir ausgiebig decken die später Analysephase.
1. Isolation von Maus Milz Naive CD4 T-Zellen
2. Herstellung von Chromatin
3. Chromatin Immunopräzipitation (Alle Schritte müssen bei 0-4 ° C durchgeführt werden)
Pre-Inkubation: 1 Zyklus: 95 ° C / 5 min.
Amplifikation: 40-45 Zyklen: 94 ° C / 5 sec, 60 ° C / 5 sec, 72 ° C/10 sec (Annealing-Temperatur um 2-3 ° C geringer als der Schmelzpunkt temperature der Primer).
Schmelzkurve: 1 Zyklus.
Kühlung: 1 Zyklus.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
A | 10% Eingangs- | 10% Eingangs- | Isotyp | Spezifische | ||||||||
B | 1% Eingang | 1% Eingang | Isotyp | Spezifische | ||||||||
C | 0,1% Eingang | 0,1% Eingang | Isotyp | Spezifische | ||||||||
D | 0,01% Eingang | 0,01% Eingang | ||||||||||
E | 10% Eingangs- | 10% Eingangs- | Isotyp | Spezifische | ||||||||
F | 1% Eingang | 1% Eingang | Isotyp | Spezifische | ||||||||
G | 0,1% Eingang | 0,1% Eingang | Isotyp | Spezifische | ||||||||
H | 0,01% Eingang | 0,01% Eingang |
Grün: Verwenden Zielregion Primer.
Rot: Verwenden Steuerbereich Primer.
5. Analyse
Das Chromatin Immunopräzipitation (ChIP)-Protokoll hier vorgestellten Steuerungen für Unterschiede, wenn überhaupt, in der Höhe von DNA in der PCR durch die Verwendung eines Primer-Paar, das ein ungebundenes Region Genom verstärkt eingesetzt und dienen somit als "Ladekontrolle". In dem Beispiel in 3 gezeigt ist, haben wir die kodierende Region des Maus istB Gen als eine Region in unseren ungebundenes Protein von Interesse und des Transkriptionsfaktors NFAT Bindungsstelle auf Maus Il2 Promotor als Zielbereich verwendet. Alternativ kann ein Bereich mehrere Kilobasen stromaufwärts oder stromabwärts von der Zielregion bekanntlich keine Bindung des Proteins von Interesse haben für diesen Zweck gewählt werden. Bei der Gestaltung einer Primer-Paar für die Zielregion, ist die ideale Größe des PCR-Produkts etwa 100-200 bp. Es ist auch wichtig, um sicherzustellen, dass diese rechnerisch Primer nicht anderswo im Genom binden.
Relative Anreicherung eines Proteins gebunden different Regionen des Genoms kann verglichen werden, wenn der gleiche Satz von Isotyp-Kontrolle und Antikörpern ausgewählt werden kann. Anreicherung von verschiedenen Proteinen auf das gleiche Ziel Region über die Spezifität und Affinität des Antikörpers verwendet werden, sowie die Menge des spezifischen Proteins an die DNA gebunden abhängen. Zum Beispiel wird in Bezug Anreicherung im Falle von Chips für Histone durchgeführt i. d. R. eine höhere Anreicherung Wert, wenn ein Transkriptionsfaktor, der an DNA in Reaktion auf verschiedene zelluläre Signale binden verglichen. Wenn die Spezifität des Antikörpers ist gut, wir in der Regel beobachten eine 2-10 fache Anreicherung über die Region ungebundenes Steuerelement (Abbildungen 3 und 4).
Abbildung 1. Experimentelle Layout beschreiben Berechnungen Relat erhaltenIVE Anreicherung Chip für spezifische Antikörper an der Zielstelle. Quantitative PCR verwendet wird, um DNA-Mengen in der Chip-Proben zu erhalten immunpräzipitiert Verwendung eines spezifischen Antikörpers und seine Isotyp-Kontrolle. Quantitative PCR durchgeführt unter Verwendung der Primer überspannt Zielsequenz und ungebundenes Steuerelement Region Genom. Für jeden Chip Probe wird die PCR in dreifacher Ausführung durchgeführt, angegeben als technische a, b und c repliziert und relative Anreicherung für jede Wiederholung berechnet, wie in dem Protokoll erläutert. Berechnungen für durchschnittlichen technischen Ausgangswerte werden durchgeführt. Veränderung kann auch bei diesem Schritt analysiert werden, und idealerweise sollte gering sein. Die technischen Fehler Berechnungen sind jedoch nicht in der endgültigen Formel für die Berechnung des Fehlers zwischen biologischen Replikate enthalten. Vielmehr ist die gemessene biologische Variation selbst auch von Natur aus enthält die technischen Unterschiede. Drei Experimentwiederholungen (in Kisten gelb, grün und lila) werden pro Chip Experiment verwendet, um einen av erhaltenschnittlich ChIP-Signal und dessen Standardabweichung (SD). Klicke hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .
Abbildung 2. Alternative Verfahren zur Berechnung von Chip-Anreicherung. In Fällen, in denen die Menge an DNA von der Isotyp-Antikörper immunpräzipitiert ist extrem niedrig und qPCR amplication schlecht ist, diese Menge an DNA aus der DNA-Menge abgezogen immunpräzipitiert Verwendung eines spezifischen Antikörpers, um den Falz zu erhalten Bereicherung für jeden technischen replizieren. Dieses Verfahren der Berechnung ist in allen drei experimentellen verwendet werden repliziert, um eine durchschnittliche Chipsignal und dessen Standardabweichung (SD), wie in Abbildung 1 beschrieben erhalten.
Abbildung 3. Snapshot von Microsoft Excel-Tabelle zeigt Berechnungen relative Anreicherung zu erhalten. Daten von drei experimentellen Wiederholungen (in Kisten gelb, grün und lila) mit drei technischen Replikate verwendet wurde, um fache Anreicherung berechnen. Die Nutzung der Berechnung Protokoll in Abbildung 1 beschrieben wird, in dieser Tabelle dargestellt. Klicke hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .
Abbildung 4. Relative Anreicherung von NFAT Transkriptionsfaktoren an der IL2Promotors. Konventionelle CD4 T-Zellen (Tcon) und regulatorische CD4 T-Zellen (Tregs) wurden von Foxp3EGFP Mäusen isoliert. Ein kleiner Bruchteil der Zellen mit PMA Tcon und Ionomycin wurde für 30 min stimuliert. Chip wurde durchgeführt wie im experimentellen Protokoll erläutert. Die hier gezeigten Daten ist von drei experimentellen wiederholt mit drei technischen Replikate. Relative Anreicherung von Transkriptionsfaktoren NFATc2 NFATc1 und auf der Maus IL2-Promotor in diesen Zelltypen als fache Anreicherung über einem ungebundenen Region 3 dargestellt.
Das Protokoll über eine robuste Methode zur Quantifizierung von DNA genau Anreicherung von primären Lymphozyten mit ChIP. Ein wichtiger Grund für Robustheit in diesem Protokoll ist die Aufnahme der biologischen Replikate. Die obige Protokoll verwendet drei Wiederholungen, die Anreicherung, für die unabhängig berechnet. Die Ausgänge werden dann gemittelt, um einen Grad der Anreicherung und Standardabweichungen berechnet, um ein Maß der Variabilität bereitzustellen. Für jede Probe repliziert drei technischen auch durchgeführt werden, um Variationen bei der Probenhandhabung, PCR-Amplifikation, etc. Die Menge der Veränderung der technischen wiederholt typischerweise viel geringer als die zwischen verschiedenen biologischen Proben beobachtet beseitigen. Ein zweiter Grund für Robustheit ist die Einbeziehung der verschiedenen technischen Überwachung einschließlich Isotyp-Kontroll-Antikörper, die Verwendung eines Standard-Eingabe DNA-Kurve, und die Verwendung einer Steuerung entsprechend einem Amplikon unspezifische genomischen Region.
Einschränkungen des obigen Verfahrens sind ähnlich zu denen in der Regel mit ChIP angetroffen. Das Verfahren leidet unter etwas schlechter räumlicher Auflösung, wobei der limitierende Faktor die Scherung von DNA-Fragmenten durch Beschallung. Daher ist das Auflösungsvermögen des Verfahrens nur etwa 500 bp der DNA. Experimente, die eine höhere Auflösung erfordern, können Gebrauch machen von Mikrokokkus Nucleaseverdau 8 oder Exonucleaseverdau der gewonnenen Fragmente (ChIP-exo) 9,10. Darüber hinaus beschrieben ChIP Vorbereitungen oben gekoppelt Hochdurchsatz-Sequenzierung der gewonnenen Fragmente (ChIPseq, ChIP-seq oder Chip-SEQ) 11,12 anstelle von qPCR, produziert eine Auswahl von unterschiedlich geschert angereichert Fragmente, deren Schnittpunkt kann genommen als bona fide Ort der Interaktion. Dennoch bietet die hier vorgestellte Methode eine robuste Möglichkeit der sorgfältig und genau zu quantifizieren DNA Verbindung mit Transkriptionsfaktoren, Nukleosomen Komponenten, modified Histone und andere Proteine an spezifischen Stellen des Interesses.
Kein Interessenkonflikt erklärt.
Diese Arbeit wurde vom NIH Zuschüsse CA141009 und GM39067 unterstützt. Wir danken E. Parnell und R. Yarrington für Kommentare zu den schriftlichen Teil.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Formaldehyde | Sigma | F-8775 | Store at RT |
Phosphate Buffered Saline | Hyclone | SH30256.01 | Store at 4 °C |
Protease Inhibitor tablets | Roche | 04693116001 | Store at 4 °C |
Protein G magnetic beads | Active Motif | 101945 | Store at 4 °C |
RNase A (20 mg/ml) | EMD Millipore | 556746 | Store at -20 °C |
Proteinase K (20 mg/ml) | Roche | 03115879001 | Dissolve in 50 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl2, pH 8.0 |
Platinum Taq DNA Polymerase | Invitrogen | 10966-034 | Store at -20 °C |
SYBR Green I | Invitrogen | S7567 | Store at -20 °C |
1 M Glycine | Store at RT | ||
Cell lysis buffer (5 mM Pipes, pH 8.0; 85 mM KCl; 0.5% NP-40) | Store at 4 °C | ||
Nuclear lysis buffer (50 mM Tris, pH 8.1; 10 mM EDTA; 1% SDS) | Store at RT | ||
ChIP dilution buffer (0.01% SDS; 1.1% Triton X-100; 1.2 mM EDTA; 16.7 mM Tris pH 8.1; 190 mM NaCl) | Store at 4 °C | ||
Low salt wash buffer (0.1% SDS; 1% Triton X-100; 2 mM EDTA; 20 mM Tris pH 8.1; 150 mM NaCl) | Store at 4 °C | ||
High salt wash buffer (0.1% SDS; 1% Triton X-100; 2 mM EDTA; 20 mM Tris pH 8.1; 600 mM NaCl) | Store at 4 °C | ||
LiCl wash buffer (0.25 M LiCl; 1% NP-40; 1% Sodium Deoxycholate, 1 mM EDTA; 10 mM Tris pH 8.0) | Store at 4 °C | ||
TE buffer (10 mM Tris, pH 7.4, 1 mM EDTA) | Store at 4 °C | ||
Elution buffer (1% SDS; 0.1 M NaHCO3) | Prepare fresh | ||
5 M NaCl | Store at RT | ||
0.5 M EDTA | Store at RT | ||
1 M Tris-HCl, pH 6.5 | Store at RT | ||
Table of Specific Reagents | |||
Clay Adams Brand Nutator | Becton Dickinson | Model: 421105 | |
Magnetic Stand | Promega | Z5342 | |
Qiaquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28106 | |
Masonix Sonicator 3000 | QSonica | Model: S3000 | |
UV Spectrophotometer | NanoDrop Technologies | ND-1000 | |
Heating Block | VWR | 13259-030 | |
Rotator | VWR | 80085-692 | |
Refrigerated bench top centrifuge | Beckman Coulter | Model: Allegra X-12R | |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5415 D | |
Table of Equipment |
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