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Descriviamo una serie di saggi per analizzare i livelli di espressione di istoni linker H1. mRNA di geni H1 individuali sono quantitativamente misurato casuale trascrizione inversa primer a base seguita da PCR in tempo reale, mentre la quantificazione della proteina istoni H1 è ottenuta mediante analisi HPLC.
Linker istone H1 si lega alla particella nucleo nucleosoma e il DNA linker, facilitando ripiegamento della cromatina nella struttura di ordine superiore. H1 è essenziale per lo sviluppo dei mammiferi 1 e regola l'espressione genica specifica in vivo 2-4. Tra le proteine altamente conservate istoniche, la famiglia degli istoni linker H1 è il gruppo più eterogeneo. Ci sono 11 sottotipi H1 in mammiferi che sono differenzialmente regolati durante lo sviluppo e in differenti tipi cellulari. Tali sottotipi H1 includono 5 somatica H1S (H1a-e), l'H1 sostituzione 0, 4 sottotipi H1 cellule germinali specifici e H1x 5. La presenza di sottotipi H1 multipli che differiscono nella affinità di legame al DNA e capacità compattazione cromatina 6-9 fornisce un ulteriore livello di modulazione della funzione cromatina. Così, l'analisi quantitativa di espressione dei sottotipi H1 individuali, sia di mRNA e di proteine, è necessario per una migliore comprensione del regolamento dell'istruzione superiorePer la struttura della cromatina e la funzione.
Qui si descrive una serie di saggi progettati per analizzare i livelli di espressione di singoli sottotipi H1 (Figura 1). espressione di mRNA di vari geni varianti H1 è misurata da un insieme di altamente sensibili e quantitativa PCR di trascrizione inversa (qRT-PCR) saggi, che sono più veloce, più accurata e richiedono campioni molto meno rispetto al metodo alternativo di analisi Northern blot. A differenza di molti altri messaggi mRNA cellulari, mRNA per geni più istone, compresa la maggior parte dei geni H1, non hanno una lunga coda polyA, ma contengono uno stem-loop struttura alla regione 3 'non tradotta (UTR) 10. Pertanto, cDNA sono preparati da RNA totale mediante trascrizione inversa usando primer casuali invece di oligo-dT primer. Tempo reale PCR con primer specifici per ciascuna sottotipi H1 (Tabella 1) vengono eseguite per ottenere una misurazione altamente quantitativa dei livelli di mRNA di sottotipo H1 individuales. Espressione dei geni costitutivi sono analizzati come controlli per la normalizzazione.
L'abbondanza relativa di proteine di ciascun sottotipo H1 e istoni nucleo è ottenuto mediante fase inversa la cromatografia liquida (RP-HPLC) su istoni totale estratto da cellule di mammifero 11-13. Il metodo HPLC eluizione e le condizioni qui descritte dare separazioni ottimali di sottotipi H1 mouse. Per quantificare il profilo HPLC, si calcola la percentuale relativa di sottotipi H1 individuali all'interno famiglia H1, oltre a determinare il rapporto di H1 nucleosoma nelle cellule.
1. Preparazione del campione ed estrazione RNA
* Nota: RNA possono anche essere estratti utilizzando RNAeasy kit (Qiagen) secondo il manuale kit, o da DNA / RNA kit (Qiagen) se sia il DNA e RNA sono desiderati.
2. Reverse Trascrizione PCR quantitativa (qRT-PCR)
Sottotipi istone | Mouse nomenclatura istone | Umana nomenclatura istone | ||
Gene il nome | Adesione n. | Gene nome | Adesione n. | |
Histone H1a | Hist1h1a | NM_030609 | HIST1H1A (H1.1) | NM_005325 |
H1b Histone | Hist1h1b | NM_020034 | HIST1H1B (H1.5) | NM_005322 |
H1C Histone | Hist1h1c | NM_015786 | HIST1H1C (H1.2) | NM_005319 |
H1D Histone | Hist1h1d | NM_145713 | HIST1H1D (H1.3) | NM_005320 |
H1E Histone | Hist1h1e | NM_015787 | HIST1H1E (H1.4) | NM_005321 |
H1 ° | H1f0 | NM_008197 | H1F0 | NM_005318 |
Histone H1oo | H1foo | NM_183811 | H1FOO | NM_153833 |
H1T Histone | Hist1h1t | NM_010377 | HIST1H1T | NM_005323 |
H1t2 Histone | H1fnt | NM_027304 | H1FNT | NM_181788 |
H1x Histone | H1fx | NM_198622 | H1FX | NM_006026 |
Hils1 istone | Hils1 | NM_081792 | HILS1 | AY286318 |
Tabella 1. Histone nomenclatura sottotipo H1 nel topo e umane.
* Tutte le procedure devono essere eseguite su ghiaccio oa 4 ° C.
4. Analisi HPLC degli istoni linker
Tabella 2. Aumento gradiente di acetonitrile nel tempo.
5. Risultati rappresentativi
L'elenco dei sottotipi H1 mammiferi, diagramma di flusso complessivo ei risultati rappresentativi della analisi di espressione di geni singoli istone H1 sono mostrati nella Tabella 1, Figura 1 e Figura 2-5, rispettivamente.La figura 2a mostra curve di amplificazione tipici della H1A reazioni qPCR utilizzando cDNA preparato da fegato di topo e mESCs, mentre la figura 2B mostra le curve di fusione derivati gli ampliconi corrispondenti. La curva di fusione mostra un singolo picco caratteristico a temperatura di fusione (Tm) a 86 ° C per la PCR H1a amplicone, e manca di non-specifici picchi fondo, suggerendo elevata specificità del test H1a qPCR. Valutazione della trama di amplificazione (Figura 2A) mostra che le reazioni qPCR triplicato di ciascun campione dato segnali compatibili con quasi identici valori Ct, suggerendo alta riproducibilità. La mancanza di ampliconi build-up da RT (-)-qPCR reazioni indicano che la contaminazione da DNA genomico non era presente, o minima. Utilizzando i valori di Ct geni H1 e geni housekeeping, quali GAPDH, i relativi livelli di espressione di RNA di ciascun gene H1 sono stati calcolati. Esempi di risultati calcolati per H1 ° e geni H1A sono mostrati nella Figura 3. I livelli di espressione di mRNA relativi H1a sono più alti in mESCs rispetto al fegato di topo, mentre H1 ° espressione è molto più elevata nel fegato che nel mESCs.
La differenza di espressione di H1a o H1 ° in fegato di topo adulto rispetto MESC è evidente anche profili HPLC di istoni (Figura 4). H1 °, la H1 differenziazione specifica, viene accumulato ad una grande quantità nei tessuti maturi, pari al 27,2% del totale H1 nel fegato adulto (Figura 5A). Al contrario, H1 ° proteina è quasi assente in mESCs indifferenziate (Figura 4B). D'altra parte, H1a è altamente espresso, sia in trascritti di mRNA e proteine, in mESCs (Figura 3 e 4B). Attraverso quantificazione dei picchi H1 a profilo HPLC, la proporzione relativa di ciascun sottotipo H1 individuo all'interno della famiglia H1 è determinato (figura 5A). Inoltre, i valori di sottotipo H1 individuale (oH1 totale) per nucleosoma può essere calcolato il rapporto del valore normalizzato A 214 picco di sottotipi H1 corrispondenti (o somma totale di H1) alla metà della normalizzato A 214 valori per H2B (Figura 5B).
Figura 1. Schema generale di analisi di espressione di mammiferi linker-istoni sottotipi.
Figura 2. Risultati rappresentativi di dosaggio H1a qPCR. (A) plot di amplificazione del test H1a qPCR. La linea di soglia e valori Ct fissati dal Software IQ5 sistema ottico sono indicati. (B) derivati fusione curve di prodotti qPCR mostrato in (A).
Figura 3. QRT-PCR analisi dei livelli di mRNA e di H1a H1 ° in mESCs e adulti mOuse fegato. Asse Y rappresenta livelli di espressione relativi di geni H1 a quella del gene di riferimento GAPDH. qPCR con RT (-) campioni di RNA (senza trascrizione inversa) mostra segnali minimi o no.
Figura 4. Analisi HPLC di istoni estratti da cellule di mammifero. Reverse-fase di analisi HPLC di 100 mcg istoni totale estratto dal fegato di topo adulto (A) e CES del mouse (B). Asse X: tempo di eluizione. Asse Y: mAU, milli-unità di assorbimento.
Figura 5. Composizione del sottotipo H1 e H1 per i rapporti nucleosoma nel fegato di topo adulto. A 214 I valori di area di picco per ciascuna isoforma H1 e H2B vengono calcolate usando software UNICORN 5,11 (GE Healthcare), e normalizzati per il numero di legami peptidici presenti nella proteina istone corrispondente. La somma di A normalizzato214 valori di tutti i sottotipi H1 è ottenuta come il valore totale per H1. La percentuale totale di H1 per ciascun sottotipo H1 (A), nonché il rapporto di H1 a nucleosomi (rappresentato da una metà del normalizzato A 214 valori di H2B) (B) nel fegato di topo adulto sono calcolati dal profilo HPLC mostrato in Figura 4A.
L'insieme dei saggi qui presentati consentono un'analisi complessiva dei livelli di espressione di mammifero sottotipi istone linker. Adeguatamente progettati RT-PCR test forniscono misurazioni estremamente sensibili e accurate dei messaggi RNA da eventuali geni di mammifero H1. La parte critica della qRT-PCR per linker geni sottotipo istone è la preparazione di cDNA utilizzando primer casuale basato trascrizione inversa. mRNA di geni più istoni, incluse maggior parte dei geni H1, non contengono una lunga coda poli-A presentato in altre mRNA cellulari. Così il metodo tradizionale trascrizione inversa con oligo-dT primer non produrre in modo efficiente cDNA H1. Analisi espressione dei geni H1 pochi con trascritti di mRNA contenenti coda poli-A, come H1 0, è ugualmente efficace con esameri casuali in base qRT-PCR (Figura 3), probabilmente a causa della grande abbondanza di RNA H1. Tuttavia, una miscela di primer oligo-dT e le esameri casuali per la reazione RTzione possono essere adottate per migliorare l'efficienza RT di mRNA poliadenilato che sono di numero di copie basso, consentendo più ampia copertura dei geni analizzati da qRT-PCR. qRT-PCR dei geni di riferimento interni, quali housekeeping gene GAPDH, è incluso in modo che il relativo livello di espressione di geni specifici in H1 tessuti differenti o tipi cellulari possono essere confrontati (Figura 3). Combinando qRT-PCR con analisi curva standard, è anche possibile ottenere un numero di copie assoluti di cDNA H1 da vari campioni (dati non mostrati).
Qui si descrivono anche i protocolli per l'estrazione degli istoni e l'analisi HPLC delle proteine istoniche. Il vantaggio di questo metodo è che si può determinare le proporzioni relative di ciascun sottotipo H1 nel pool di proteine totali H1 e quantificare il rapporto di sottotipo H1 individuale (H1 e totale) per nucleosoma. Inoltre, rispetto ad altri metodi di analisi di proteine, come Western blotting, l'analisi HPLC pronisce misure più quantitative e riproducibili di tutti i sottotipi H1. I diversi livelli e la composizione dei sottotipi H1 nella cellula modulano la struttura della cromatina più alto ordine. Il rapporto di H1 a nucleosomi è in correlazione con compattazione cromatina ed è un fattore determinante per la lunghezza di ripetizione nucleosoma nella cromatina 2. Così, i metodi che abbiamo descritto qui dovrebbe avere ampie applicazioni nel campo della ricerca cromatina.
Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.
Questo lavoro è supportato dal NIH concessione GM085261 e Georgia Cancer Coalition Distinguished Scholar Award (per YF).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reattivo | Azienda | Numero di catalogo | |
RNasi Zap | Applied Biosystems | AM9780 | |
Reagente Trizol | Invitrogen | 15596-018 | |
SuperScriptIII | Invitrogen | 18080-051 | |
Etanolo assoluto | Fisher Scientific | BP2818-4 | |
IQ SYBR Green | Bio-Rad | 170-8880 | |
RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | |
I deossiribonucleasi | Sigma | AMP-D1 | |
Microseal piastra a 96 pozzetti PCR | Bio-Rad | MSP-9605 | |
Microseal 'B' Sigilli adesivi | Bio-Rad | MSB-1001 | |
Saccarosio | Agros Organics | AC40594 | |
Sodio fosfato bibasico eptaidrato (Na 2 HPO 4 · 7H 2 O) | Fisher Scientific | BP332 | |
Cloruro di sodio (NaCl) | Americano Bioanalytical | AB01915 | |
Eptaidrato sodio fosfato monobasico (NaH 2 PO 4 · 7H2O) | Fisher Scientific | BP-330 | |
HEPES | Fisher Scientific | BP310 | |
Complete Mini tablet cocktail inibitore di proteasi | Roche Applied Science | 11836153001 | |
EDTA | Sigma | E-5134 | |
Phenylmethanesulfonyl fluoruro (PMSF) | Americano Bioanalytical | AB01620 | |
Nonidet-40 (NP-40) | Americano Bioanalytical | AB01425 | |
Cloruro di potassio (KCl) | Fisher Scientific | BP366 | |
Tris [amminometano idrossimetil] | Americano Bioanalytical | AB02000 | |
Magnesio cloruro (MgCl2) | Fisher Scientific | BP214 | |
Acido solforico (H2SO4) | VWR | VW3648-3 | |
Idrossido di ammonio (NH 4 OH) | Agros Organics | AC42330 | |
Bradford Protein Assay | Bio-Rad | 500-0001 | |
Acetonitrile | EMD | AX0145-1 | |
Acido trifluoroacetico (TFA) | JTBaker | 9470-01 |
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