Histon değişiklikler Saccharomyces cerevisiae üzerinden Kromatin Immunoprecipitation (ChIP)
Summary
Burada, tomurcuklanma Maya Saccharomyces cerevisiaeüzerinden değiştirilmiş Histon Kromatin immunoprecipitation için bir protokol açıklayın. Immunoprecipitated DNA kantitatif PCR için daha sonra bereket ve Histon translasyonel modifikasyonlar genom boyunca yerelleştirilmesini sorguya eskiden.
Abstract
Histon translasyonel modifikasyonlar (PTMs), metilasyon, fosforilasyon ve asetilasyon gibi dinamik olarak bir dizi hücre tarafından alınan sinyaller yanıt olarak bu işaretleri ekleyip enzimler tarafından düzenlenmektedir. Bu PTMS gibi işlemleri gen ifadesi denetim Yönetmeliği için önemli katkı kaynağı sağlamaktadır ve DNA tamir. Kromatin immunoprecipitation (çip) bolluk ve çeşitli tedirginlikler hücreye karşılık olarak genom boyunca birçok Histon PTMs lokalizasyonu dissekan için enstrümantal bir yaklaşım oldu. Burada, post-translationally değiştirilmiş Histon da tomurcuklanma Maya Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) gerçekleştirmek için çok yönlü bir yöntemi açıklanmıştır. Bu yöntem proteinler ve DNA formaldehit tedavi maya kültürleri kullanarak polietilenin dayanır mantar lysates yenerek, solubilization, Kromatin parçacıkları tarafından micrococcal nükleaz ve Histon DNA’ın immunoprecipitation boncuk tarafından nesil kompleksleri. Faiz Histon işareti ile ilgili DNA saflaştırılmış ve onun zenginleştirme genom boyunca birden çok loci, değerlendirmek için kantitatif PCR analize tabi. Histon işaretleri H3K4me2 ve H4K16ac wildtype ve mutant Maya lokalizasyonu sondalama temsilcisi deneyler veri analizi ve yorumu göstermek için ele alınmıştır. Bu yöntem Histon PTMs çeşitli için uygundur ve farklı mutant suşları ile veya değişiklikleri Kromatin dinamikleri farklı koşullar altında soruşturma için mükemmel bir araç yapma farklı çevresel stresleri varlığında yapılabilir.
Introduction
Histon dinamik translasyonel modifikasyon (PTM) transkripsiyon, çoğaltma ve DNA onarım1,2de dahil olmak üzere birçok DNA şablonu esas alan işlemler için anahtar yasal bir mekanizmadır. Bereket ve değiştirilmiş Histon bu işlemlerle eşlik eden hassas yerelleştirme belirlemek için bu nedenle onların yönetmelik hücrenin farklı koşullar altında anlamak için kritik yeteneğidir. Kromatin immunoprecipitation (çip) gelişimi büyük ölçüde protein etkileşimler DNA, biyokimyasal çalışmalar özellikle vitro yöntemleri kullanarak kimyasal crosslinkers kaynaklandığını bir yöntem olarak değerlendirmek için ihtiyaç ile birleştiğinde dinamik yapısı protein-DNA etkileşimleri vivo içinde ve özel bölgeler genom3,4,5. Kantitatif PCR (qPCR) ve sıralama teknolojileri gelişme da çip deneyler ile kantitatif karşılaştırmalar ve bütün genleri, DNA-protein etkileşimleri, anatomi için güçlü bir araç yapma arasında gerçekleştirme olanağı genişledi birden çok düzeyi.
Doğrudan bir değiştirilmiş Histon ve içinde belirli genomik locus arasındaki fiziksel bağlantıyı sorguya için karşılaştırılabilir hiçbir yöntem olduğundan şu anda, genom kopyası Kromatin aracılı yönetmelikte baktılar herhangi bir araştırma grubu için gerekli bir yöntem yongadır vivo. Histon değişiklikler genom6,7 boyunca eşlemek için sonraki nesil sıralama kullanma bu yöntem varyasyonları mevcut olmasına rağmen bu yaklaşımların adresi olabilir farklı bilimsel sorular ve ölçek, maliyet ve teknik kaynaklar için bazı araştırma grupları sınırlama. Buna ek olarak, hedeflenen chIP-qPCR bunlar tamamlayacak gereklidir yaklaşımlar yöntemleri her ikisine de sağlayarak en iyi duruma getirme çip protokol sıralama öncesinde ve epigenomic veri kümesinden gelen sonuçları doğrulamak için. Kütle spektrometresi dayalı yaklaşımlar genomik bölgeleri ile ilişkili işaretleri var Ayrıca Histon tam Kompleman belirlenmesi8,9,10,11, ancak, ortaya için bunlar yaklaşımlar ile ilgili hangi bölgelerinde genom probed ve teknik uzmanlık ve tüm araştırma gruplarına kullanılamaz araçları gerektirir bazı kısıtlamalar bulunmaktadır. Bu nedenle, çip bolluk ve dağıtım Histon değişiklikler tüm araştırma grupları epigenetik, Kromatin ve genomik fonksiyonları düzenleme ilgi için çeşitli koşullar altında analiz etmek için temel bir yöntem kalır.
Burada, mayası kullanarak çip Histon PTMs, Kromatin dağılımı araştırmaya Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) model için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu yaklaşım bir dizi çekirdek bileşen Maya geliştirilen ve aynı zamanda çeşitli model sistemleri12,13için uygulanan çip iletişim kuralları kullanır. Değiştirilmiş Histon ve hücredeki DNA arasındaki etkileşimler crosslinking formaldehit ile tarafından korunur. Lysate hazırlık Kromatin parçaları sindirim micrococcal nükleaz ile eşit büyüklükte parçalara çözündürüldükten. Değiştirilmiş Histon Immunoprecipitation ticari veya laboratuvar tarafından üretilen antikorlar ile gerçekleştirilir ve ilişkili herhangi bir DNA izole ve zenginleştirme, qPCR (şekil 1) kullanarak belirli genomik bölge için analiz. Birçok Histon değişiklikler için bu protokolü elde edilen DNA miktarı 25’ten fazla farklı genomik loci qPCR tarafından test etmek için yeterlidir.
Bu çip yöntem çok yönlü bir tek Histon değişiklik dağıtımını birden fazla mutant suşları veya çevre koşulları üzerinde izlemek için veya birden fazla Histon değişiklik, genomik loci birkaç wildtype hücrelerinde test etmek için kullanılabilir. Ayrıca, çok sayıda protokol ya da son derece – veya aşağı-bol Histon işaretleri tespiti en iyi duruma getirmek için kolayca ayarlanabilir bileşenleridir. Son olarak, değiştirilmiş Histon parçasının içinde mayası gerçekleştirmek büyük ölçüde diğer sistemlerde kullanılamaz antikor özgüllük için anahtar denetimlerini kullanmak için fırsat sağlar. Yani, Maya suşları değiştirilmesi için hedeflenir Histon artıkları nokta mutasyon taşıyan oluşturulabilir ve, bazı durumlarda, orada belirli Histon kalıntısı üzerinde değişiklik tromboksan yalnızca tek bir enzim (örn. Histon lizin methyltransferases). Bu nedenle, çip için non-spesifik antikor bağlanması olabilir meydana gelen ve yanlış pozitif sonuçlar üreten ölçüde tahlil için her iki Histon mutant veya enzim silme suşları içinde gerçekleştirilir. Bu denetim yeni geliştirilmiş antikorlar için özellikle değerlidir ve hatta antikor özgüllük bunların kullanımı öncesi korunmuş Histon değişiklikler için diğer sistemlerde doğrulamak için kullanılabilir. Bu yaklaşım (mono-, di – ve gibi tri-metilasyonu), farklı değişiklik devletler arasında ayırt antikor özgüllük test etmek için diğer yöntemleri tamamlar sondalama değiştirilmiş peptidler dizileri ve Histon Batı lekesi gerçekleştirmek de dahil olmak üzere veya oluşturarlar tanımlanmış değişiklikler ile. Genel olarak, mayası yongasında Histon PTMs genom boyunca dinamikleri değerlendirilmesi ve onların yönetmelik yönetim mekanizmaları dissekan için güçlü bir yöntemdir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan yordamı immunoprecipitation tarafından değiştirilmiş Histon Maya hücreleri ile ilgili DNA’ın verimli kurtarma sağlar. Bu bölgelerde yerel zenginleştirme belirlemek ilgi veya belirli Histon değişiklikler tükenmesi yükseltmek primerler kullanılarak qPCR tarafından takip ediyor. Bir yöntem olarak varlık gelişmiş rağmen neredeyse 20 yıl önce çip Histon değişiklik durum farklı genomik bölgeler ve farklı koşullar altında soruşturma için belirleyici tahlil kalır. Her ne kadar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar yararlı tartışmalar için yeşil laboratuvar üyeleri teşekkür etmek istiyorum. Bu eser kısmen NIH hibe R03AG052018 ve E.M.G. için R01GM124342 tarafından desteklenmiştir
Materials
| Yeast Extract | Research Products International (RPI) | Y20025-1000.0 | |
| Peptone | Research Products International (RPI) | P20250-1000.0 | |
| Dextrose | ThermoScientific | BP350-1 | |
| Formaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| Glycine | Fisher Scientific | AC12007-0050 | |
| Tris | Amresco | 0497-5KG | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E6758-500G | |
| NaCl | ThermoScientific | BP358-10 | |
| 4-Nonylphenyl-polyethylene glycol | Sigma-Aldrich | 74385 | Equivalent to NP-40 |
| MgCl | ThermoScientific | S25533 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 20899-25G-F | |
| LiCl | ThermoScientific | AC413271000 | |
| Sodium Dodecyl Sulfate | Amresco | M107-1KG | |
| Sodium Deoxycholate | Sigma-Aldrich | 30970-100G | |
| Sodium Acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | |
| NaHCO3 | ThermoScientific | S25533 | |
| PMSF | Sigma-Aldrich | P7626-5G | |
| Yeast protease inhibitor cocktail | VWR | 10190-076 | |
| 25 Phenol:24 Chloroform:1 Isoamyl Alcohol | VWR Life Science | 97064-824 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| Nuclease-Free Water | VWR | 100720-992 | |
| Micrococcal Nuclease | Worthington Biochemical | LS004797 | |
| Glycogen | ThermoScientific | R0561 | |
| Proteinase K | Research Products International (RPI) | P50220-0.1 | |
| RNase A | Sigma-Aldrich | R6513-50MG | |
| Bradford Assay Reagent | ThermoScientific | 23238 | |
| BSA Standard 2 mg/mL | ThermoScientific | 23210 | |
| α H4 | EMD Millipore | 04-858 | |
| α H4K16ac | EMD Millipore | ABE532 | |
| α H3 | Abcam | ab1791 | |
| α H3K4me2 | Active Motif | 39142 | |
| High Rox qPCR Mix | Accuris qMax Green, Low Rox qPCR Mix | ACC-PR2000-L-1000 | |
| Protein A/G Magnetic Beads | ThermoScientific | 88803 | |
| magnetic stand for 1.5mL tubes | Fisher Scientific | PI-21359 | |
| Acid-Washed Glass Beads | Sigma-Aldrich | G8772 | |
| Microtube Homogenizer | Benchmark | D1030 | |
| 2.0 mL screw-cap tubes with sealing rings | Sigma-Aldrich | Z763837-1000EA | |
| Gel loading tips | Fisher Scientific | 07-200-288 | |
| Cuvettes | Fisher Scientific | 50-476-476 | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 13-374-10 | |
| 50 mL conical tubes | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| 384-Well PCR Plate | Fisher Scientific | AB-1384W | |
| Gyratory Floor Shaker | New Brunswick Scientific | Model G10 | |
| Spectrophotometer | ThermoScientific | ND-2000c | |
| Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | 1855485 |
References
- Jaiswal, D., Turniansky, R., Green, E. M. Choose Your Own Adventure: The Role of Histone Modifications in Yeast Cell Fate. J Mol Biol. 429 (13), 1946-1957 (2017).
- Suganuma, T., Workman, J. L. Signals and combinatorial functions of histone modifications. Annu Rev Biochem. 80, 473-499 (2011).
- Solomon, M. J., Varshavsky, A. Formaldehyde-mediated DNA-protein crosslinking: a probe for in vivo chromatin structures. P Natl Acad Sci USA. 82 (19), 6470-6474 (1985).
- Solomon, M. J., Larsen, P. L., Varshavsky, A. Mapping protein-DNA interactions in vivo with formaldehyde: evidence that histone H4 is retained on a highly transcribed gene. Cell. 53 (6), 937-947 (1988).
- Gilmour, D. S., Lis, J. T. Detecting protein-DNA interactions in vivo: distribution of RNA polymerase on specific bacterial genes. P Natl Acad Sci USA. 81 (14), 4275-4279 (1984).
- Lefrançois, P., et al. Efficient yeast ChIP-Seq using multiplex short-read DNA sequencing. BMC Genomics. 10, 37 (2009).
- Furey, T. S. ChIP-seq and beyond: new and improved methodologies to detect and characterize protein-DNA interactions. Nat Rev Genet. 13 (12), 840-852 (2012).
- Déjardin, J., Kingston, R. E. Purification of proteins associated with specific genomic Loci. Cell. 136 (1), 175-186 (2009).
- Byrum, S. D., Raman, A., Taverna, S. D., Tackett, A. J. ChAP-MS: a method for identification of proteins and histone posttranslational modifications at a single genomic locus. Cell Rep. 2 (1), 198-205 (2012).
- Soldi, M., Bremang, M., Bonaldi, T. Biochemical systems approaches for the analysis of histone modification readout. Biochim Biophys Acta. 1839 (8), 657-668 (2014).
- Soldi, M., Bonaldi, T. The ChroP approach combines ChIP and mass spectrometry to dissect locus-specific proteomic landscapes of chromatin. J Vis Exp. (86), (2014).
- Kuo, M. H., Allis, C. D. In vivo cross-linking and immunoprecipitation for studying dynamic Protein:DNA associations in a chromatin environment. Methods. 19 (3), 425-433 (1999).
- Meluh, P. B., Broach, J. R. Immunological analysis of yeast chromatin. Methods Enzymol. 304, 414-430 (1999).
- Rozen, S., Skaletsky, H. Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers. Methods Mol Biol. 132, 365-386 (2000).
- Taylor, S., Wakem, M., Dijkman, G., Alsarraj, M., Nguyen, M. A practical approach to RT-qPCR-Publishing data that conform to the MIQE guidelines. Methods. 50 (4), S1-S5 (2010).
- Rodríguez, A., Rodríguez, M., Córdoba, J. J., Andrade, M. J. Design of primers and probes for quantitative real-time PCR methods. Methods Mol Biol. 1275, 31-56 (2015).
- Briggs, S. D., et al. Histone H3 lysine 4 methylation is mediated by Set1 and required for cell growth and rDNA silencing in Saccharomyces cerevisiae. Gene Dev. 15 (24), 3286-3295 (2001).
- Bernstein, B. E., et al. Methylation of histone H3 Lys 4 in coding regions of active genes. P Natl Acad Sci USA. 99 (13), 8695-8700 (2002).
- Pokholok, D. K., et al. Genome-wide map of nucleosome acetylation and methylation in yeast. Cell. 122 (4), 517-527 (2005).
- Krogan, N. J., et al. The Paf1 complex is required for histone H3 methylation by COMPASS and Dot1p: linking transcriptional elongation to histone methylation. Mol Cell. 11 (3), 721-729 (2003).
- South, P. F., Harmeyer, K. M., Serratore, N. D., Briggs, S. D. H3K4 methyltransferase Set1 is involved in maintenance of ergosterol homeostasis and resistance to Brefeldin A. P Natl Acad Sci USA. 110 (11), E1016-E1025 (2013).
- Margaritis, T., et al. Two distinct repressive mechanisms for histone 3 lysine 4 methylation through promoting 3′-end antisense transcription. PLoS Genet. 8 (9), e1002952 (2012).
- Jezek, M., et al. The histone methyltransferases Set5 and Set1 have overlapping functions in gene silencing and telomere maintenance. Epigenetics. 12 (2), 93-104 (2017).
- Suka, N., Luo, K., Grunstein, M. Sir2p and Sas2p opposingly regulate acetylation of yeast histone H4 lysine16 and spreading of heterochromatin. Nat Genet. 32 (3), 378-383 (2002).
- Kimura, A., Umehara, T., Horikoshi, M. Chromosomal gradient of histone acetylation established by Sas2p and Sir2p functions as a shield against gene silencing. Nat Genet. 32 (3), 370-377 (2002).
- Rothbart, S. B., et al. An Interactive Database for the Assessment of Histone Antibody Specificity. Mol Cell. 59 (3), 502-511 (2015).
