CARIP-Seq ve ChIP-Seq: kromatin ilişkili RNA ve Protein-DNA etkileşimleri embriyonik kök hücreleri tanımlamak için yöntemleri
Summary
Burada, biz ChIP-Seq gerçekleştirmek için yöntemleri tarif ve CARIP-yeni nesil sıralama, Kütüphane hazırlık dahil olmak üzere küresel epigenomic ve kromatin ilişkili RNA oluşturmak için Seq, ES hücrelerde eşler.
Abstract
Embriyonik kök (ES) hücre kendini yenileme ve farklılaşma dışsal sinyalleri ve transkripsiyon faktörleri, epigenetik düzenleyiciler ve combinatorially gen etkisi histon sonrası çeviri değişiklikler iç ağlar tarafından yönetilir Yakındaki genlerin ifade durumu. Kromatin dinamikleri ve gen ekspresyonu düzenleyen çeşitli proteinler ile etkileşim için RNA da gösterilmiştir. Kromatin ilişkili RNA immunoprecipitation (CARIP) yeni nesil sıralama (CARIP-Seq) tarafından takip RNA’ların kromatin proteinleri kromatin immunoprecipitation ardından yeni nesil sıralama () tarafından süre ile ilgili ankete roman bir yöntemdir ChIP-Seq) histon, transkripsiyon faktörleri ve küresel ölçekte-ES hücrelerdeki epigenetik değiştiriciler translasyonel modifikasyon konumunu eşlemek için bir güçlü genomik tekniktir. Burada, CARIP-Seq ve ChIP-Seq yeni nesil sekanslama için Kütüphane inşaat dahil olmak üzere, küresel kromatin ilişkili RNA ve epigenomic haritalar ES hücreleri oluşturmak için gerçekleştirmek için yöntemleri açıklanmaktadır.
Introduction
Embriyonik kök (ES) hücre kader kararlar arasında ekstrasellüler sinyalleri ve transkripsiyon-düzenleyiciler, histon değiştiriciler ve histon kuyrukları sonrası çeviri değiştirilmesi de dahil olmak üzere bir dizi iletişim tarafından düzenlenmektedir. Bu etkileşimler kromatin erişilebilirlik ve kromatin paketlenmesi birine iki durumu kolaylaştırmak: euchromatin, açık ve transcriptionally etkin olan ve sık ve genellikle transcriptionally etkin olmayan heterochromatin. Transkripsiyon faktörleri DNA fingerprinting bağlama benzeşim ve euchromatic bölgeleri ile epigenetik değiştiriciler ortak Gen ifadesinin kontrolünde katılmak için. ChIP-Seq1, dahil olmak üzere yeni nesil sıralama yöntemleri, ES hücre kendini yenileme ve pluripotency2,3için,4 temel genom çapında transkripsiyon ağlar eşleştirmesi’nde vesile olmuştur ,5,6. Ayrıca, RNA immunopreciation yeni nesil (RIP-Seq) sıralama7 değerlendirme RNA-protein etkileşimlerinin tarafından takip ederken DNA bağlayıcı proteinler RNA’ların transkripsiyon olaylar7, düzenleyen ile etkileşim öneririm 8 , 9 , 10 , 11 , 12, kaç çalışmalar kromatin12veya RNA ve histon değişiklikler arasındaki küresel etkileşim ile ilişkili RNA’ların genom çapında lokalizasyonu araştırdı. Uzun kodlamayan RNA’ların (lncRNAs) olan proteinleri kromatin ilişkili13,14,15etkinliği düzenleyen bulduk RNA’ların bir sınıfıdır. Örneğin, Xist düzenleyen, kadın memeli hücrelerinde inactivation bir X kromozomunun, epigenetik repressors16,17alımı yoluyla bir lncRNA olur. Ancak, kromatin ile ilişkili RNA’ların tam spektrum büyük ölçüde bilinmemektedir. Burada, biz yeni bir protokol, kromatin ilişkili RNA immunoprecipitation (CARIP) için yeni nesil sıralama (CARIP-kromatin ilişkili RNA’lar Kütüphane hazırlık dahil olmak üzere ES hücrelerdeki genom-wide olarak tanımlamak için Seq), ardından tarif Yeni nesil sıralama ve histon değişiklikler, transkripsiyon faktörleri ve epigenetik değiştiriciler küresel doluluk eşlemek için ChIP-Seq. Diğer RIP-Seq yöntemleri7farklı olarak, CARIP-Seq kromatin ile ilişkili RNA’ların doğrudan tanımlanması için izin crosslinking ve sonication adımları içerir. Birlikte, ChIP-Seq genom çapında protein-DNA etkileşimleri tanımlamak için güçlü bir araçtır, CARIP-Seq anket için güçlü bir yöntem ise RNA’ların kromatin bileşenleriyle ilişkilendirilmiş.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çip Seq küresel protein-DNA etkileşimleri konumunu değerlendirmek için yararlı bir yöntemdir (Örn., transkripsiyon faktörleri/histon enzimler/histon modifikasyonları ve DNA değiştirme) ES hücrelerde, yeni geliştirilen CARIP-Seq Protokolü içinde yararlı iken RNA’ların genom çapında Derneği ile kromatin bileşenlerinin sorguluyor. Çip Seq ES Hücre epigenetik manzara ve diğer hücre tipleri değerlendirmek için kullanılan temel bir araçtır. ChIP-Seq ve CARIP-Seq kitaplıkları kalitesini…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Wayne State Üniversitesi, Karmanos Kanser Enstitüsü, Ulusal Kalp, akciğer ve kan Enstitüsü (1K22HL126842-01A1) B.L.K. için layık bir hibe tarafından desteklenmiştir Bu eser Wayne State Üniversitesi yüksek performans Grid bilgi sayısal kaynaklar için kullanılan (). Jiji logg CARIP Seq veri analizi ile yardım için teşekkür.
YAZARLARIN KATKILARI:
B.L.K. CARIP-Seq yöntemi gebe, tasarlanmış ve ChIP-Seq ve CARIP-Seq deneyler, sıralama veri analiz ve el yazması askere. Tüm yazarları okudum ve onaylanmış bu el yazması son sürüm.
Materials
| Mouse leukemia inhibitory factor (ESGRO LIF) | EMD Millipore | 106 or 107 units | |
| GSK3β inhibitor CHIR99021 (GSK3i) | Stemgent | Solvent: DMSO 10mM | |
| MEK inhibitor PD0325901 (MEKi) | Stemgent | Solvent: DMSO 10mM | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), high glucose | Invitrogen | 11965092 | |
| PBS (phosphate buffered saline) | Invitrogen | 10010031 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140122 | |
| 2-Mercaptoethanol (50 mM) | Gibco | 31350010 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100X) | Gibco | 11140076 | |
| EmbryoMax ES Cell Qualified Fetal Bovine Serum, 500 ml | EMD Millipore | ES-009-B | |
| EmbryoMax 0.1% Gelatin Solution | EMD Millipore | ES-006-B | |
| Glycine | Sigma | G7126-500G | 1.25 M stock conentration in water |
| Formaldehyde solution | Sigma | F8775-500ML | |
| TE (Tris EDTA) pH 8.0 1X | Quality Biological | 351-011-131 | |
| Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) solution | Sigma | 93482-250ML-F | |
| cOmplete Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11697498001 | |
| Sodium dodecyl sulfate solution (20%) | Quality Biological | A611-0837-10 | |
| Q125 sonifier | Qsonica | 4422 | |
| Triton X-100 solution | Sigma | 93443-100ML | |
| Sodium deoxycholate | Sigma | 30970 | |
| NaCl | Sigma | S7653 | |
| Dynabeads Protein G for Immunoprecipitation | Invitrogen | 10004D | |
| Dynabeads Protein A for Immunoprecipitation | Invitrogen | 10002D | |
| Dynabeads Protein A/Protein G and Magnet Starter Pack | Invitrogen | 10015D | |
| Lithium chloride | Sigma | L4408 | |
| IGEPAL CA-630 | Sigma | I8896 | |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | |
| Dynabeads mRNA Purification Kit (for mRNA purification from total RNA preps) | Invitrogen | 61006 | |
| SuperScript Double-Stranded cDNA Synthesis Kit | Invitrogen | 11917010 | |
| QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | |
| End-It DNA End-Repair Kit | Lucigen | ER81050 | |
| Klenow Fragment (3'→5' exo-) | NEB | M0212L | |
| dATP (10 mM) | Invitrogen | 18252015 | |
| T4 DNA ligase | NEB | M0202L | |
| TrackIt 1 Kb Plus DNA Ladder | Invitrogen | 10488085 | |
| E-gel EX agarose gels, 2% | Invitrogen | G402002 | |
| Phusion high-fidelity 2X master mix with HF buffer | Thermo Fisher | F531LPM | |
| ChIPAb+ Trimethyl-Histone H3 (Lys4) – ChIP Validated Antibody | EMD Millipore | 17-614 | |
| Anti-Histone H3 (di methyl K4) antibody [Y47] – ChIP Grade (ab32356) | Abcam | ab32356 | |
| Corning Costar Flat Bottom Cell Culture Plates (6-well) | Fisher | 720083 | |
| Falcon Standard Tissue Culture Dishes (10cm) | Fisher | 08772E | |
| Bioruptor pico | Diagenode | B01010001 | |
| Qubit Flurometer 2.0 | Thermo Fisher | ||
| Qubit dsDNA HS Assay Kit | Thermo Fisher | Q32851 | |
| MinElute Reaction Cleanup Kit | Qiagen | 28204 | |
| MinElute Gel Extraction Kit | Qiagen | 28604 | |
| Anti-Histone H4 (tri methyl K20) antibody – ChIP Grade (ab9053) | Abcam | ab9053 | |
| Labquake rotator | Thermo Fisher | 400110Q | |
| Illumina HiSeq platform | Illumina | ||
| TURBO DNase | Invitrogen | AM2238 |
References
- Barski, A., et al. High-resolution profiling of histone methylations in the human genome. Cell. 129 (4), 823-837 (2007).
- Chen, X., et al. Integration of external signaling pathways with the core transcriptional network in embryonic stem cells. Cell. 133 (6), 1106-1117 (2008).
- Boyer, L. A., et al. Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. Cell. 122 (6), 947-956 (2005).
- Kim, J., Chu, J., Shen, X., Wang, J., Orkin, S. H. An extended transcriptional network for pluripotency of embryonic stem cells. Cell. 132 (6), 1049-1061 (2008).
- Kidder, B. L., Hu, G., Yu, Z. X., Liu, C., Zhao, K. Extended self-renewal and accelerated reprogramming in the absence of Kdm5b. Mol Cell Biol. 33, 4793-4810 (2013).
- Kidder, B. L., Hu, G., Zhao, K. KDM5B focuses H3K4 methylation near promoters and enhancers during embryonic stem cell self-renewal and differentiation. Genome Biol. 15 (2), R32 (2014).
- Zhao, J., et al. Genome-wide identification of polycomb-associated RNAs by RIP-seq. Mol Cell. 40 (6), 939-953 (2010).
- Baltz, A. G., et al. The mRNA-bound proteome and its global occupancy profile on protein-coding transcripts. Mol Cell. 46 (5), 674-690 (2012).
- Castello, A., et al. Insights into RNA biology from an atlas of mammalian mRNA-binding proteins. Cell. 149 (6), 1393-1406 (2012).
- Hudson, W. H., Ortlund, E. A. The structure, function and evolution of proteins that bind DNA and RNA. Nat Rev Mol Cell Bio. 15 (11), 749-760 (2014).
- Khalil, A. M., et al. Many human large intergenic noncoding RNAs associate with chromatin-modifying complexes and affect gene expression. P Natl Acad Sci USA. 106 (28), 11667-11672 (2009).
- Hendrickson, D. G., Kelley, D. R., Tenen, D., Bernstein, B., Rinn, J. L. Widespread RNA binding by chromatin-associated proteins. Genome Biol. 17, 28 (2016).
- Kelley, R. L., Kuroda, M. I. Noncoding RNA genes in dosage compensation and imprinting. Cell. 103 (1), 9-12 (2000).
- Koziol, M. J., Rinn, J. L. RNA traffic control of chromatin complexes. Curr Opin Genet Dev. 20 (2), 142-148 (2010).
- Mercer, T. R., Mattick, J. S. Structure and function of long noncoding RNAs in epigenetic regulation. Nat Struct Mol Bio. 20 (3), 300-307 (2013).
- Chu, C., et al. Systematic discovery of Xist RNA binding proteins. Cell. 161 (2), 404-416 (2015).
- Mak, W., et al. Reactivation of the paternal X chromosome in early mouse embryos. Science. 303 (5658), 666-669 (2004).
- Garfield, A. S. Derivation of primary mouse embryonic fibroblast (PMEF) cultures. Methods Mol Biol. 633, 19-27 (2010).
- Conner, D. A. Mouse embryo fibroblast (MEF) feeder cell preparation. Curr Protoc Mol Biol. , (2001).
- Ying, Q. L., et al. The ground state of embryonic stem cell self-renewal. Nature. 453 (7194), 519-523 (2008).
- Langmead, B., Salzberg, S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2. Nat Methods. 9 (4), 357-359 (2012).
- Zang, C., et al. A clustering approach for identification of enriched domains from histone modification ChIP-Seq data. Bioinformatics. 25 (15), 1952-1958 (2009).
- Zhang, Y., et al. Model-based analysis of ChIP-Seq (MACS). Genome Biol. 9 (9), R137 (2008).
- Liu, T. Use model-based Analysis of ChIP-Seq (MACS) to analyze short reads generated by sequencing protein-DNA interactions in embryonic stem cells. Methods Mol Biol. 1150, 81-95 (2014).
- Kidder, B. L., Hu, G., Zhao, K. ChIP-Seq: technical considerations for obtaining high-quality data. Nat Immunol. 12 (10), 918-922 (2011).
- Quail, M. A., et al. A large genome center’s improvements to the Illumina sequencing system. Nat Methods. 5 (12), 1005-1010 (2008).
- Schmidl, C., Rendeiro, A. F., Sheffield, N. C., Bock, C. ChIPmentation: fast, robust, low-input ChIP-seq for histones and transcription factors. Nat Methods. 12 (10), 963-965 (2015).
