Summary

Aislamiento de la cromatina mediante la purificación de ARN (chirp)

Published: March 25, 2012
doi:

Summary

Chirp es una técnica novedosa y rápida a los sitios de unión del Mapa del Genoma de los ARNs no codificantes de largo (lncRNAs). El método tiene la ventaja de la especificidad de los oligonucleótidos antisentido baldosas para permitir la enumeración de los sitios genómicos lncRNA enlazados.

Abstract

RNAs no codificantes largos son los principales reguladores de los estados de la cromatina de importantes procesos biológicos como la compensación de la dosis, la impresión y la expresión de genes en el desarrollo 1,2,3,4,5,6,7. El reciente descubrimiento de miles de lncRNAs en asociación con determinados complejos de la cromatina modificación, tales como el complejo Polycomb represiva 2 (PRC2) que media la histona H3 lisina 27 trimethylation (H3K27me3), sugiere que las funciones generales de lncRNAs numerosos estados en la gestión de la cromatina en un gen específico 8,9 de la moda. Mientras que algunos lncRNAs se cree que actúa en cis de los genes vecinos, lncRNAs otros trabajan en trans para regular los genes yacimiento lejano. Por ejemplo, Drosophila lncRNAs roX1 roX2 y regiones se unen numerosos en el cromosoma X de las células masculinas, y son fundamentales para la compensación de la dosis 10,11. Sin embargo, la ubicación exacta de sus sitios de unión no se conocen en alta resolución. Del mismo modo, humana lncRNA AIRE CALIENTE puede afectar a la ocupación de PRC2 hientos de los genes en todo el genoma 3,12,13, pero ¿cómo se logra la especificidad no está claro. LncRNAs también puede servir como andamios modulares para contratar el montaje de complejos de proteínas múltiples. El clásico de acción trans ARN andamio es el TERC ARN que sirve como la plantilla y andamio para la telomerasa complejo 14; AIRE CALIENTE también puede servir como un andamio para PRC2 y un desmetilasa H3K4 complejo 13.

Los estudios previos de cartografía de ocupación del ARN en la cromatina han revelado una sólida perspectiva de 15,16, pero sólo en un lugar único gen a la vez. Los sitios de ocupación de la mayoría de lncRNAs no se conocen, y las funciones de regulación de la cromatina en lncRNAs han sido en su mayoría infiere de los efectos indirectos de la perturbación lncRNA. Al igual que la cromatina immunoprecipitation seguida de microarrays o la secuenciación profunda (chip-chip o chip siguientes, respectivamente) ha mejorado enormemente nuestra comprensión de las interacciones proteína-ADN en una escala genómica, aquí se ilustra una recentemente publicada estrategia para asignar tiempo de ocupación en todo el genoma ARN en alta resolución 17. Este método, Aislamiento cromatina por purificación del RNA (CHIRP) (Figura 1), se basa en la captura de afinidad de destino lncRNA: complejo cromatina por embaldosado antisentido-oligos, que luego se genera un mapa de sitios de unión genómicas a una resolución de varios cientos de bases con sensibilidad alta y baja de fondo. Chirp es aplicable a muchos lncRNAs porque el diseño de sondas de afinidad es sencillo dada la secuencia de ARN y no requiere conocimiento de la estructura del ARN o dominios funcionales.

Protocol

1. Sonda de Diseño Diseño anti-sentido ADN embaldosado sondas para la recuperación selectiva del ARN diana por Chirp. Diseño anti-sentido sondas de oligonucleótidos mediante el diseñador de la sonda en línea en singlemoleculefish.com 18. Utilice los siguientes parámetros: número de sondas = 1 sonda / 100 pb de longitud ARN, 2) el objetivo% GC = 45, 3) longitud del oligonucleótido = 20, 4) de longitud Espacio = 60-80. Romper el ARN en segmentos, si es demasiado larga para el diseñador. Omitir las regiones de repeticiones o extensa homología. Orden anti-sentido sondas de ADN con BiotinTEG a las 3 de alto riesgo extremo. Sondas de etiqueta de acuerdo con sus posiciones a lo largo del ARN. Separarlos en dos grupos para que el "par" de piscina contiene todas las sondas de numeración 2, 4, 6, etc, y el "extraño" de piscina contiene sondas de numeración 1, 3, 5, etc Diluir grupo de sondas a la concentración mM 100 y almacenar a -20 ° C. Todos los experimentos se realizaron utilizandoambos grupos, que sirven como controles internos para los demás. Real RNA-dependiente de la señal estará presente en las dos piscinas, mientras que la sonda específicos de ruidos será único para cada piscina. Esto se aplica tanto para CHIRP-qPCR y CHIRP ss. 2. Las células de la cosecha Recoger las células que serán usadas en el experimento CHIRP. Se cultivan las células en placas de cultivo de tejidos o frascos a la confluencia. Enjuague con tampón fosfato salino (PBS) de una vez trypsinize. Apaga la tripsina con un volumen de> 2 veces los medios de comunicación, la pipeta hacia arriba y abajo para separar las células y resuspender en suspensión de células individuales. Transfiera todos los medios de comunicación y las células resuspendidas en 50 ml tubos Falcon. 20 millones de células son normalmente suficientes para una muestra Chirp. Derivado células en 800RCF durante 4 min. Aspirar y medios Resuspender las células en 40 millones de 40 ml de PBS, se combinan los tubos si es necesario. Derivado células en 800RCF durante 4 min. Decantar PBS, cuidadosamente aspirar en un ángulo del líquido restante. </ol> 3. Enlace de la Cruz-Las células y recoger sedimento celular Crosslink recogen las células con glutaraldehído para preservar la cromatina-ARN interacciones y preparar sedimento celular. Siga todos los pasos a temperatura ambiente. Preparar 1% de glutaraldehído en PBS temperatura ambiente. Preparar 10 ml por 10 millones de células (0,4 ml de 25% de valores glutaraldehído + 9,6 ml de PBS). El glutaraldehído debe ser utilizado fresco. Toque en la parte inferior de los tubos Falcon para desalojar gránulos. Resuspender pellet de células en 1% de glutaraldehído, comenzando con un pequeño volumen para evitar trozos, luego arriba hasta el volumen completo. Invertir para mezclar. Crosslink durante 10 minutos a temperatura ambiente en un agitador de extremo a extremo o rotador. Sofocar la reacción de reticulación con el volumen 1/10o de 1,25 M de glicina a temperatura ambiente durante 5 min. Girar a 2000RCF durante 5 min. Aspirar el sobrenadante y el precipitado lavado con 20 ml de PBS enfriado una vez, girando a 2000RCF durante 5 min. Aspirar y resuspender el wincinera, reticulado precipitado con 1 ml de PBS enfriado por 20 millones de células. Transfiera cada ml a un tubo Eppendorf y giran a 2000RCF durante 3 min a 4 ° C. Quite la mayor cantidad posible con PBS punta de la pipeta con cuidado. Flash congelar los gránulos de las células en nitrógeno líquido y se almacena a -80 ° C indefinidamente. 4. Lisis de la célula Lisar células reticuladas para preparar lisado celular. Descongele gránulos congelados de células a temperatura ambiente. Toque duro para desalojar y mezclar el sedimento celular. Girar por la pastilla en el 2000RCF durante 3 min a 4 ° C. Utiliza la esquina 10 l punta de la pipeta para eliminar cualquier resto de PBS. En una balanza electrónica (precisión de 1 mg) de tara la masa de un vacío tubo Eppendorf (los tubos pesan 1.060 gramos forma muy consistente). Pese cada pastilla y registrar su peso. Un total de 15 cm plato de células HeLa reticulados normalmente pesa 100 mg. Suplemento tampón de lisis (10 veces la masa de sedimento, por ejemplo, 1 ml de 100 mg) con Fresh inhibidor de la proteasa, PMSF y SUPERase en (véase la lista adjunta de búfer). Mezclar bien. Añadir un volumen 10 veces complementado tampón de lisis a cada tubo y resuspender el precipitado. Para pequeños gránulos <25 mg, resuspender en 250 l de amortiguación complementado lisis. la suspensión debe ser lisa. si no es así, dividir 500 ml alícuotas y utilizar un motor mezclador pellets para disgregar los grumos. proceder inmediato a tratamiento con ultrasonidos. 5. sonicación adn cizallamiento por reticuladas lisados ​​celulares. someter ultrasonidos lisado celular bioruptor 15 tubos falcon. utilice <1,5 cada tubo, acelerar sonicación, sonicar más dos vez. baño agua 4 ° c posición alta 30 segundos on, off 45 intervalos pulso. compruebe minutos. continuar sonicando hasta que el células ya se turbia. esto puede tomar tan poco como minutos horas 4. númerode tubos, volumen muestra, temperatura del baño, período tiempo afectará cuánto toma proceso. probablemente ritmo diferente, así piscina juntos redistribuir originales asegurar homogeneidad. nota: glutaraldehído reticulado toman mucho equivalentes formaldehído. al vuelve clara, transferir 5 tubo eppendorf. añadir 90 proteasa k (pk) buffer (véase lista amortiguación) pk l. vortex mezclar centrifugar brevemente. incubar durante min 50 c. extraer kit qiagen purificación pcr. eluye elución (eb) comprobar tamaño adn, 1% gel agarosa. frotis grueso 100-500 pb, completa. continúe las muestras 16100rcf 10 combine sobrenadantes, 1 flash congelación nitroge líquidon. conservar -80 º 6. chirp hibridar sondas biotiniladas arn aislar cromatina enlazado. descongele ambiente. prepare tampón hibridación buffers, preparar 2 cromatina). mezclar. una muestra típica utilizando lisado, quitar input entrada lugar mantener hielo su uso posterior. tubo. total ml, nanodrop cantidad lo ha usado (100 um deberían especificaciones ~ 500-600 ng > representa el flujo de trabajo CHIRP. Un experimento CHIRP éxito típicamente enriquece ARN diana significativamente más ARNs no específicos. Figura 2 muestra el enriquecimiento de la telomerasa humana ARN (TERC) a partir de células HeLa por GAPDH, un ARN abundantes celulares que sirve como un control negativo. La mayoría de los ARNs TERC (~ 88%) presentes en la célula se empujado hacia abajo por la realización de chirrido, mientras que sólo el 0,46% de GAPDH RNA fue recuperada, demostrando un factor de enriquecimiento de ~ 200 veces. Las sondas no específicas, tales como sondas dirigidas LacZ ARN, que no se expresa en células de mamíferos (Figura 2), se puede utilizar como controles negativos adicionales. Regiones de ADN esperados de obligar a la lncRNA objetivo son típicamente enriquecida sobre regiones negativos cuando se mide por qPCR. Figura 3 muestra la validación qPCR de cuatro AIRE CALIENTE enlazados a sitios en fibroblastos primarios de prepucio humano que determina realizando CHIRP-ss en la misma línea celular, mientras que TERC y GAPDH ADN sitios sírve como regiones de control negativo. Tanto el "par" y la sonda "raro", establece el enriquecimiento producido comparable de plazos previstos AIRE CALIENTE-sitios a través de las regiones negativas, un sello distintivo de los verdaderos lncRNA sitios de unión. De alto rendimiento de secuenciación de ADN CHIRP enriquecido se obtiene un mapa global de los sitios de unión lncRNA. La Drosophila lncRNA roX2 se sabe que interactúan con el cromosoma X en una forma que se requiere para la compensación de la dosis. La Figura 4 muestra roX2 perfil de unión sobre una sección del cromosoma X. Tanto "incluso" y "extraño" las muestras han sido secuenciados y sus únicos ruidos han sido eliminados para producir un registro de las señales superpuestas. Cada "pico" aquí indica un sitio fuerte de roX2 vinculante. La pista completa y la lista de roX2 genes diana se han descrito en Chu et al. 2011 17. Figura 1. Diagrama de flujo del procedimiento CHIRPDuré. La cromatina se entrecruza con lncRNA: aductos de proteínas in vivo Biotinylated sondas suelo de baldosas se hibridan para apuntar lncRNA, y los complejos de la cromatina se purifica mediante perlas magnéticas estreptavidina, seguido de lavados rigurosos.. Nos eluir el ADN o las proteínas lncRNA unido con un cóctel de RNasa A y H. se esquematiza una supuesta secuencia de lncRNA vinculante en color naranja. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17 Figura 2. CHIRP enriquece de ARN humano TERC. TERC-asDNA sondas recuperar ~ 88% de los celulares TERC RNA no detectable y GAPDH. LacZ asDNA sondas se utilizaron como controles negativos y recuperar ni ARN. La media ± desviación estándar se muestran. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17 Figura 3. AIRE CALIENTE CHIRP-qPCR en humanos primariafibroblastos Eskin. NFKBIA, HOXD3 4, SERINC5 y ABCA2 son las regiones que interactúan con AIRE CALIENTE. TERC y GAPDH sirvieron como controles negativos. La media ± desviación estándar se muestran. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17 Figura 4. CHIRP-ss datos de roX2 ARN en células de Drosophila SL2. "Aún" y "extraño" fueron secuenciados por separado, sus datos se unen para reflejar sólo los picos comunes en ambos. La pista fusionada se muestra. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17

Discussion

Aquí se describe CHIRP-ss, un método de asignación en vivo sitios lncRNA vinculantes en todo el genoma. Los parámetros clave para el éxito son las piscinas abiertas de mosaico sondas de oligonucleótidos y el entrecruzamiento glutaraldehído. El diseño de las sondas de afinidad es sencillo dada la secuencia de ARN y no requiere conocimiento previo de la estructura del ARN o dominios funcionales. Nuestro éxito con roX2, TERC, y AIRE CALIENTE – tres ARN en lugar de dos especies diferentes – sugiere que CHIRP-ss es probable generalizable a muchos lncRNAs. Al igual que con todos los experimentos, los controles de asistencia y adecuada están obligados a interpretar los resultados. LncRNA diferentes pueden requerir un ajuste de las condiciones, y el cambio razonable de condiciones, como la selección de sondas de afinidad o reticulantes diferentes, puede poner de relieve diferentes aspectos de las interacciones ARN-cromatina. Al igual que el chip-ss, no todos los eventos son necesariamente vinculantes funcional, y se requieren estudios adicionales para determinar las consecuencias biológicas de ARN occupancy en la cromatina. No obstante, prevemos muchas aplicaciones interesantes de esta tecnología para los investigadores de otras asociadas a la cromatina lncRNAs, que ahora se cuentan por miles 8,9. Así como chip-ss ha abierto la puerta a todo el genoma de la exploración de las interacciones proteína-ADN, chirrido-ss estudios de la "interactoma ARN" puede revelar muchas nuevas vías de la biología.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Damos las gracias a T. Hung, MC. Tsai, O. Manor, E. Segal, M. Kuroda, Swigut T., y yo Shestopalov para los debates. Con el apoyo de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (CC), el NIH R01-R01 CA118750 y HG004361-(HYC), y California Instituto de Medicina Regenerativa (HYC). HYC es un científico de Carrera Temprana del Instituto Médico Howard Hughes.

Materials

Buffer List:

Dissolve a pellet of complete protease inhibitor in 1 ml water as 50x stock. Make 100 mM PMSF in isopropanol (100x stock). Superase-in is used as 200x stock. Store all at -20°C.

Lysis Buffer:

50 mM Tris-Cl pH 7.0
10 mM EDTA
1% SDS
Always add PMSF, P.I. and Superase-in fresh before use except when washing beads

Proteinase K Buffer (for DNA)

100 mM NaCl
10 mM TrisCl pH 8.0 (For RNA use pH 7.0)
1 mM EDTA
0.5% SDS
Add 5% by volume Proteainse K (Ambion AM2546 20 mg/ml) fresh before use

Hybridization Buffer

750 mM NaCl
1% SDS
50 mM Tris-Cl pH 7.0
1 mM EDTA
15% formamide (store in the dark at 4°C)
Always add PMSF, P.I. and Superase-in fresh before use

Wash Buffer

2x NaCl and Sodium citrate (SSC) (diluted from 20x SSC Invitrogen stock)
0.5% SDS
Always add PMSF fresh before use

DNA elution Buffer

50 mM NaHCO3
1% SDS

Table of specific reagents and equipment:

Name of the reagent Company Catalogue number
Glutaraldehyde (EM grade) Sigma Aldrich G5882-10x10ml
Motorized pellet mixer VWR V8185-904
Protease inhibitor Roche 11873580001
PMSF Sigma Aldrich 78830
Superase-in Ambion AM2696
Bioruptor Diagenode UCD-200
Falcon tubes (for sonication) Corning 430790
Proteinase K Ambion AM2546
PCR purification kit Qiagen 28106
C-1 magnetic beads Invitrogen 65002
PMSF Sigma Aldrich P7626-25G
DynaMag-15 magnet Invitrogen 123-01D
DynaMag-2 magnet Invitrogen 123-21D
MIRNeasy mini kit Qiagen 217004
Rnase H Epicentre R0601K
Rnase A Sigma Aldrich R4875-100MG
Phase Lock Gel Heavy 5 PRIME 2302810
Trizol Invitrogen 15596-018
Phenol:chloroform:Isoamyl Invitrogen 15593-031
Chloroform Ricca RSOC0020-1C
GlycoBlue Ambion AM9515
Glycine J.T. Baker 4057-06
PBS, pH 7.4 Invitrogen 10010-049
Elution Buffer (EB) Qiagen 19086
20x SSC Invitrogen 15557-036
10% SDS Invitrogen 15553-027
DNA-free Ambion AM1906
Buffer kit Ambion AM9010
Formamide Invitrogen 15515-026

Referenzen

  1. Koziol, M. J., Rinn, J. L. RNA traffic control of chromatin complexes. Curr. Opin. Genet. Dev. 20, 142-148 (2010).
  2. Mercer, T. R., Dinger, M. E., Mattick, J. S. Long non-coding RNAs: insights into functions. Nat. Rev. Genet. 10, 155-159 (2009).
  3. Rinn, J. L. Functional demarcation of active and silent chromatin domains in human HOX loci by noncoding RNAs. Cell. 129, 1311-1323 (2007).
  4. Zhao, J., Sun, B. K., Erwin, J. A., Song, J. J., Lee, J. T. Polycomb proteins targeted by a short repeat RNA to the mouse X chromosome. Science. 322, 750-756 (2008).
  5. Kelley, R. L. Epigenetic spreading of the Drosophila dosage compensation complex from roX RNA genes into flanking chromatin. Cell. 98, 513-522 (1999).
  6. Pandey, R. R. Kcnq1ot1 antisense noncoding RNA mediates lineage-specific transcriptional silencing through chromatin-level regulation. Mol. Cell. 32, 232-246 (2008).
  7. Wang, K. C. A long noncoding RNA maintains active chromatin to coordinate homeotic gene expression. Nature. 472, 120-124 (2011).
  8. Khalil, A. M. Many human large intergenic noncoding RNAs associate with chromatin-modifying complexes and affect gene expression. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 11667-11672 (2009).
  9. Zhao, J. Genome-wide identification of polycomb-associated RNAs by RIP-seq. Mol. Cell. 40, 939-953 (2010).
  10. Meller, V. H., Wu, K. H., Roman, G., Kuroda, M. I., Davis, R. L. roX1 RNA paints the X chromosome of male Drosophila and is regulated by the dosage compensation system. Cell. 88, 445-457 (1997).
  11. Franke, A., Baker, B. S. The rox1 and rox2 RNAs are essential components of the compensasome, which mediates dosage compensation in Drosophila. Mol. Cell. 4, 117-122 (1999).
  12. Gupta, R. A. Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis. Nature. 464, 1071-1076 (2010).
  13. Tsai, M. C. Long noncoding RNA as modular scaffold of histone modification complexes. Science. 329, 689-693 (2010).
  14. Zappulla, D. C., Cech, T. R. RNA as a flexible scaffold for proteins: yeast telomerase and beyond. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol.. 71, 217-224 (2006).
  15. Nagano, T. The Air noncoding RNA epigenetically silences transcription by targeting G9a to chromatin. Science. 322, 1717-1720 (2008).
  16. Carter, D., Chakalova, L., Osborne, C. S., Dai, Y. F., Fraser, P. Long-range chromatin regulatory interactions in vivo. Nature. 32, 623-626 (2002).
  17. Chu, C., Qu, K., Zhong, F. L., Artandi, S. E., Chang, H. Y. Genomic Maps of Long Noncoding RNA Occupancy Reveal Principles of RNA-Chromatin Interactions. Mol. Cell. , (2011).
  18. Raj, A., van den Bogaard, P., Rifkin, S. A., van Oudenaarden, A., Tyagi, S. Imaging individual mRNA molecules using multiple singly labeled probes. Nat. Methods. 5, 877-879 (2008).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Chu, C., Quinn, J., Chang, H. Y. Chromatin Isolation by RNA Purification (ChIRP). J. Vis. Exp. (61), e3912, doi:10.3791/3912 (2012).

View Video