הכרומטין Immunoprecipitation (שבב) ב עכבר T-cell שורות
Summary
עבודה זו מתארת פרוטוקול לכרומטין immunoprecipitation (שבב) באמצעות קו עכבר T- התא הבוגר. פרוטוקול זה מתאים לחקור את ההפצה של סימני היסטון ספציפיים באתרי מקדם ספציפי או גנום רחב.
Abstract
מסלולי האיתור מסדירים את תוכניות הביטוי של גנים באמצעות אפנון של מבנה הכרומטין ברמות שונות, כגון על ידי שינויים פוסט-טרנסלציוניים (PTM) של זנבות היסטון, החלפת היסטונים קנוניים עם גרסאות היסטוניות ופינוי נוקלאוזום. תקנה כזו דורשת מחייב של גורמים שעתוק אותות רגישים (TF) כי לגייס אנזימים שינוי הכרומטין על אלמנטים רגולטוריים שהוגדרו משפר. ההבנה כיצד איתות איתותים מסדירים פעילות משופרת דורשת ניתוח מקיף של קשירת TFs, אנזימים שינוי הכרומטין, ואת התפוסה של סימני היסטון ספציפיים וריאנטים היסטון. Chromatin immunoprecipitation (שבב) מבחני לנצל נוגדנים ספציפיים במיוחד immunoprecipitate חלבון ספציפי / מתחמי DNA. הניתוח הבא של הדנ"א המטוהרים מאפשר לזהות את האזור הכבוש על ידי חלבון מוכר על ידי הנוגדן. עבודה זו מתארת פרוטוקול ביעילות peRform צ'יפ של חלבונים היסטון בשורת עכבר T-cell בוגרת. הפרוטוקול המוצג מאפשר את הביצועים של מבחני שבב במסגרת זמן סבירה עם reproducibility גבוהה.
Introduction
פיתוח, דיפרנציאציה והומיאוסטזיס תלויים בתכניות ספציפיות לביטוי גנים, אשר נקבעו על ידי אירועים איתותים המווסתים את מבנה הכרומטין, ולכן קובעים אם גן מסוים מופעל או מודחק בצורה תאית וזמנית. במהלך פיתוח תאי T, יש להגדיר תוכניות ספציפיות לביטוי גנים כדי לקבוע כראוי את ההבשלה של מבשרי תא-תא מהמצב הדו-שלילי (DN) למצב החיובי (SP), העובר דרך שלבי ביניים אחדים. כיצד התוכנית ביטוי גנים הוא מוסדר באופן דינמי במהלך התפתחות תא T כבר נחקר בשנים האחרונות על ידי כמה מעבדות 2 , 3 , 4 , 5 , 6 .
על ידי שינויים שלאחר טרנסלוציאציה (PTM) של היסטונים, חילופיהיסטונים קנוניים עם גרסאות היסטון, פינוי נוקלאוזום, ומתילציה של דנ"א מסדירים את מתג ה- ON / OFF של הגנים. מספר קבוצות חקרו את התפלגות גנום רחב של PTMs וריאנטים היסטון כדי לקבוע סימנים הקשורים למצבים הכרומטין שונים באזורי פרוקסימלי ו דיסטלי 7 , 8 , 9 , 10 . איתות cascades תזמון דינמי הכרומטין רגולציה באמצעות חילופי של אנזימים חיוביים ושליליים chromatin- שינוי (הידוע גם בשם כרום מחליפים) על אלמנטים משפר ספציפיים. אלה מכפילי הכרומטין לווסת את המבנה הכרומטין ובכך פלט תעתיק על ידי, למשל, מתילציה דינמית היסטון acetylation. זה המקרה ב Notch איתות המסלול 11 , 12 , 13 ,14.
דינמי היסטון PTMs; חילופים עם גרסאות היסטון; ואת התפוסה הדינמית של היסטונים, גורמי שעתוק, cofactors ניתן לחקור על ידי מבחני immunoprecipitation הכרומטין (שבב). נוגדנים ספציפיים במיוחד משמשים לטהר מתחמי DNA ייחודיים, ואת ה- DNA מטוהרים מנותח על ידי PCR כמותי (qPCR); עמוק רצף (שבב- Seq); או, בתדירות נמוכה יותר בימינו, הכלאה כדי microarray (שבב שבב).
מבחני שבב הם לפעמים מאתגר בשל סיבוכים עם תמוגה של תאים, גז של הכרומטין, ו / או ספציפיות נמוכה של הנוגדנים. מספר אסטרטגיות אומצו כדי לשפר את הפרוטוקול, כמו במקרה של NEXSON 15 . השימוש במקררים קירור מים אמבטיה נמנע חימום המדגם שעלולים לפגוע epitopes הנוכחי על החלבון הנחקר, אבל האנרגיה הדרושה הגז של דגימות מקבל מפוזרים לתוך המים.שיפור נוסף נעשה עם פיתוח של מכשירי ultrasonication ממוקדים המונעים פיזור של האנרגיה. לכן, התקנים ultrasonicator ממוקד לאפשר שיפורים תמוגה התא ואת הכרומטין גז, ביטול וריאציות המושרה על ידי מפעיל ו להגדיל באופן משמעותי את reproducibility.
עבודה זו מתארת פרוטוקול (סקירה סכמטית באיור 1 ) ביעילות לבצע את שבב של חלבונים היסטון בקו עכבר T- תא הבוגר שנקרא E2-10HA 16 , 17 . T- תאים הם בדרך כלל קשה lyse, ואת הגז של הכרומטין שלהם התגלה להיות יעיל. בפרוטוקול זה, אשר עושה שימוש ultrasonicator ממוקד קירור, מספר תאים, המאגר תמוגה, והגז ההגדרה היו אופטימיזציה עבור העכבר E2-10HA העכבר תא. פרוטוקול זה מאפשר אחד לבצע שבב עם reproducibility גבוה ובזמן סביר. למעשה, זה requirEs בערך יומיים כדי לגזום את הכרומטין כדי להעריך את איכות הגז, ושלושה ימים לבצע immunoprecipitation, להפוך את crosslink, ולטהר את ה- DNA.
Protocol
Representative Results
Discussion
שבב הוא טכניקה חוקית כדי לחקור אם חלבונים או PTM שלהם מועשרים באזורים גנומיים ספציפיים. תוצאות שבב assay לעתים קרובות מאתגר לפרש בשל סיבות ביולוגיות או טכניות. הסיבות הביולוגיות הן רבות וכוללות חיבור חלש או עקיף של חלבונים לדנ"א. יש גם מגבלות טכניות, כגון סגוליות נוגדן מוגבל ותאי תא לא יעיל או גז הכרומטין. מדריך לפתרון בעיות ( טבלה 5 ) יכול לסייע לקורא לפתור את הבעיות שעשויות להיתקל בבדיקות צ'יפ.
פרוטוקול זה, תוך שימוש במכשיר ultrasonicator הקירור ממוקד, מאפשר אחד לגזז ביעילות את הכרומטין של קו T העכבר התא הבוגר. השלב הקריטי העיקרי של הפרוטוקול מיוצג על ידי גז של הכרומטין, אשר חייב תמיד להיות מותאם לכל סוג תא. מומלץ לשנות את מספר התאים ואת מספר מחזורי sonication. יתר על כן, היא יעילות aring מושפעת לרעה על ידי נוכחות של משקעים SDS בדגימות, אשר עשויים להיווצר במהלך תמוגה של תאים על הקרח עם חיץ תמוגה SDS. במקרה זה, עדיף לדגור את המדגם לאחר תמוגה בטמפרטורת החדר למשך כמה דקות כדי להפחית את נוכחותם של משקעים SDS. מומלץ לייעל את הפרוטוקול כדי להשיג שברי גזעים בין 200 ל 500 BP ו תמיד להעריך את איכות הגז של הדגימות לפני שתמשיך עם immunoprecipitation. בנוסף, זמן קיבוע, כמות נוגדנים ו / או תאים, ואת תנאי כביסה חייב להיות מותאם לכל נוגדנים.
צעד אחד קריטי יותר בהפיכת הליך שבב מוצלח הוא הבחירה של הנוגדנים, כמו נוגדנים ספציפיות נמוכה להפחית באופן משמעותי את היעילות של immunoprecipitation. בעבר, הליך מבחן איכות אחיד מותר להעריך את הספציפיות של נוגדנים מספר זמין בשוק Ss = "xref"> 19. צינור ההקרנה התבסס על כתם נקודה, כתם מערבי וצ'יפ, המספק רשימה של ריאגנטים באיכות גבוהה המתאימים ל- CHIP 19 . לאחרונה, הספציפיות של מספר נוגדן זמין מסחרית הוערך באמצעות צפיפות גבוהה היסטון פפטיד microarray פלטפורמות, המאפשר להקמת מסד נתונים על ספציפיות נוגדן 20 . הקורא יכול להשתמש בכלי זה שימושי כדי לזהות את הנוגדנים הספציפיים ביותר שניתן להשתמש בהם עבור ניסויים שבב.
פרוטוקול זה לא נבדק עבור תאי T ראשוניים, במקרה זה, הקורא צריך להתייחס פרוטוקולים שפורסמו אחרים בהצלחה לבצע שבב על T- 3 תאים ראשוניים 3 , 4 , 21 . יש לציין, פרוטוקול זה שימש בהצלחה לביצוע שבב על שורה תא העכבר תא, כמו גם על קו תא אנדותל העכבר.
Ove_content "> 5 x 10 6 תאים יש להשתמש עבור כל immunoprecipitation לניתוח של סימני היסטון, כי פרוטוקול זה יכול גם להיות מתאים, עם אופטימיזציה כלשהי, לבצע שבב על TFs או cofactors, עדיף להגדיל את מספר התאים המשמשים את immunoprecipitation במקרים אלה.על מנת להגיע למספר הנדרש של תאים עבור כל ניסוי, aliquots יותר של lysate גזרו ניתן להרכיב יחד לפני דילול הכרומטין במאגר דילול.פרוטוקול זה יכול גם להיות שונה כדי לבצע שבב על חלבונים אנדוגניים שאינם קשורים ישירות ל- DNA. במקרה זה, טרום קביעה עם crosslinkers חלבון חלבון ( למשל, dimethyl adipimidate, DMA) עשוי להידרש (ראה נספח B לקבלת מידע נוסף). ביצועים מוצלחים של שבב על cofactors נעשה בעבר על ידי overexpressing חלבונים כי הם התמזגו תג ביוטין. במקרה זה, חלבון היה מטוהרים עם streptavidin-conjugaTed חרוזים מגנטיים, וכן קיבוע מראש עם DMA בוצע 22 .
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו אסירי תודה P. Käse ו T. Schmidt-Wöll לעזרה טכנית מעולה. עבודה זו נתמכה על ידי מענק המחקר המשותף TRR81 ותוכנית הייזנברג (BO 1639 / 5-1) של DFG (קרן המחקר הגרמנית), חברת מקס פלנק ו- EXC 294 בפרייבורג, ואשכול הצטיינות של מערכת ריאתי לב ריאה (ECCPS) ב Giessen כדי שחפת
Materials
| Agilent High Sensitivity D5000 Reagents | Agilent Technologies | 5067-5593 | |
| Agilent High Sensitivity D5000 ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5592 | |
| Agilent Tapestation 4200 | Agilent Technologies | G2991AA | |
| Covaris S220 AFA System | Covaris | 500217 | |
| dimethyl adipimidate (DMA) | Thermo Fisher Scientific | 20660 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Pan-Biotech | 1502-P121301 | |
| Formaldehyde (FMA) | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| Insulin solution human | Sigma-Aldrich | I9278-5ML | |
| Iscove's modified Dulbecco's medium (IMDM) | Gibco | 21980-032 | |
| Minimum essential medium non-essential amino acids (MEM NEAA) | Gibco | 11140-035 | |
| nProtein A Sepharose 4 Fast Flow | GE Healthcare | 17-5280-02 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140-122 | |
| Peptone primatone | Sigma-Aldrich | P4963-100G | |
| Phase Lock Gel Heavy 2 ml | 5 Prime | 2302830 | |
| Phenol/chloroform/isoamyl alcohol (25:24:1) | Roth | A156.2 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | GIBCO | 14190-094 | |
| Proteinase K Solution (20 mg/mL), RNA grade | Thermo Fisher Scientific | 25530049 | |
| QIAquick PCR Purification Kit (250) | Qiagen | 28106 | |
| Qubit 3.0 Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
| Qubit assay tubes | Thermo Fisher Scientific | Q32856 | |
| Qubit dsDNA HS Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | Q32854 | |
| RNase A, DNase and protease-free (10 mg/mL) | Thermo Fisher Scientific | EN0531 | |
| Tube AFA Fiber & Cap | Covaris | 520081 |
Referenzen
- Rothenberg, E. V. The chromatin landscape and transcription factors in T cell programming. Trends Immunol. 35 (5), 195-204 (2014).
- Zhang, J. A., Mortazavi, A., Williams, B. A., Wold, B. J., Rothenberg, E. V. Dynamic transformations of genome-wide epigenetic marking and transcriptional control establish T cell identity. Cell. 149 (2), 467-482 (2012).
- Cauchy, P., et al. Dynamic recruitment of Ets1 to both nucleosome-occupied and -depleted enhancer regions mediates a transcriptional program switch during early T-cell differentiation. Nucl Acids Res. 44 (8), 3567-3585 (2016).
- Koch, F., et al. Transcription initiation platforms and GTF recruitment at tissue-specific enhancers and promoters. Nat Struct Mol Biol. 18 (8), 956-963 (2011).
- Pekowska, A., et al. H3K4 tri-methylation provides an epigenetic signature of active enhancers. EMBO J. 30 (20), 4198-4210 (2011).
- Vanhille, L., et al. High-throughput and quantitative assessment of enhancer activity in mammals by CapStarr-seq. Nat Commun. 6, 6905 (2015).
- Barski, A., et al. High-resolution profiling of histone methylations in the human genome. Cell. 129 (4), 823-837 (2007).
- Heintzman, N. D., et al. Histone modifications at human enhancers reflect global cell-type-specific gene expression. Nature. 459 (7243), 108-112 (2009).
- Ernst, J., et al. Mapping and analysis of chromatin state dynamics in nine human cell types. Nature. 473 (7345), 43-49 (2011).
- Ostuni, R., et al. Latent enhancers activated by stimulation in differentiated cells. Cell. 152 (1-2), 157-171 (2013).
- Giaimo, B. D., Oswald, F., Borggrefe, T. Dynamic chromatin regulation at Notch target genes. Transcription. 8 (1), 61-66 (2017).
- Liefke, R., et al. Histone demethylase KDM5A is an integral part of the core Notch-RBP-J repressor complex. Genes Dev. 24 (6), 590-601 (2010).
- Jung, C., Mittler, G., Oswald, F., Borggrefe, T. RNA helicase Ddx5 and the noncoding RNA SRA act as coactivators in the Notch signaling pathway. Biochim Biophys Acta. 1833 (5), 1180-1189 (2013).
- Oswald, F., et al. A phospho-dependent mechanism involving NCoR and KMT2D controls a permissive chromatin state at Notch target genes. Nucl Acids Res. 44 (10), 4703-4720 (2016).
- Arrigoni, L., et al. Standardizing chromatin research: a simple and universal method for ChIP-seq. Nucl Acids Res. 44 (7), e67 (2016).
- Essen, D., Dullforce, P., Brocker, T., Gray, D. Cellular interactions involved in Th cell memory. J Immunol. 165 (7), 3640-3646 (2000).
- White, J., et al. Two better cell lines for making hybridomas expressing specific T cell receptors. J Immunol. 143 (6), 1822-1825 (1989).
- Ghisletti, S., et al. Identification and characterization of enhancers controlling the inflammatory gene expression program in macrophages. Immunity. 32 (3), 317-328 (2010).
- Egelhofer, T. A., et al. An assessment of histone-modification antibody quality. Nat Struct Mol Biol. 18 (1), 91-93 (2011).
- Rothbart, S. B., et al. An Interactive Database for the Assessment of Histone Antibody Specificity. Mol Cell. 59 (3), 502-511 (2015).
- Fenouil, R., et al. CpG islands and GC content dictate nucleosome depletion in a transcription-independent manner at mammalian promoters. Genome Res. 22 (12), 2399-2408 (2012).
- Hein, K., et al. Site-specific methylation of Notch1 controls the amplitude and duration of the Notch1 response. Sci Signal. 8 (369), ra30 (2015).
