Cet ouvrage décrit un protocole pour la génération de haute résolution en situ CIH bibliothèques d’étroitement mis en scène la gastrulation Drosophila melanogaster embryons.
Étudier l’architecture tridimensionnelle de la chromatine offre un aperçu précieux sur les mécanismes de régulation génique. Nous décrivons ici un protocole permettant d’effectuer la chromatine conformation capture technique in situ CIH sur mise en scène de populations d’embryon de drosophile . Le résultat est une bibliothèque de séquençage qui permet la cartographie de toutes les interactions de la chromatine qui se produisent dans le noyau en une seule expérience. Tri des embryons se fait manuellement à l’aide d’un microscope stéréo fluorescent et une ligne mouche transgénique contenant un marqueur nucléaire. En utilisant cette technique, les populations d’embryon de chaque cycle de division nucléaire et possédant un statut défini cycle cellulaire, peut être obtenue avec une très grande pureté. Le protocole peut également être adapté pour trier les embryons âgés au-delà de gastrulation. Trié les embryons sont utilisés comme entrées pour in situ Hi-C. Toutes les expériences, y compris le séquençage de préparation de la bibliothèque, peuvent être complétées en cinq jours. Le protocole a de faibles exigences d’entrée et fonctionne de manière fiable à l’aide de 20 embryons au stade blastoderme comme matières. Le résultat final est une bibliothèque de séquençage pour le séquençage de la génération suivante. Après le séquençage, les données peuvent être transformées en cartes d’interaction de chromatine Génome-large qui peuvent être analysés à l’aide d’un large éventail d’outils disponibles pour obtenir des informations sur l’Association topologiquement structure du domaine (TAD), des boucles de la chromatine et la chromatine compartiments au cours du développement de la drosophile .
Capture de conformation de la chromatine (3C) est devenue une méthode particulièrement utile pour étudier la topologie de la chromatine dans le noyau1. La variante 3C Hi-C permet de mesurer les fréquences de contact de toutes les interactions de la chromatine qui se produisent dans le noyau en une seule expérience2. Application du CIH a joué un rôle important dans la découverte et la caractérisation de nombreux principes fondamentaux d’organisation de la chromatine, comme dat, compartiments et boucles3,4,5.
Études d’architecture de la chromatine dans le contexte des transitions du développement et de différenciation cellulaire sont de plus en plus utilisés à élucider les mécanismes de régulation des gènes au cours de ces processus6,7,8, 9. Parmi les organismes modèles d’un grand intérêt est Drosophila melanogaster, dont développement et génome sont bien caractérisés. Cependant, peu d’études qui examinent l’architecture de la chromatine dans la drosophile en dehors de l’in vitro culture tissulaire, les paramètres ont été réalisées10,11. Chez les embryons, 16 – 18 h après la fécondation, DAT et compartiments qui rappelle des structures similaires chez les mammifères ont été identifiés10, qui soulève la question de quel rôle ils jouent dans la régulation des gènes au cours de l’embryon de drosophile développement. Surtout dans les premiers stades de développement, avant la gastrulation, ces études sont techniquement difficiles. Avant la gastrulation, des embryons de drosophile subissent 13 divisions nucléaires synchrones qui procèdent à un rythme extrêmement rapid de 8 – 60 min par cycle12,13. En outre, l’absence de caractéristiques visuelles de distinguer les différentes étapes le rendent difficile obtenir un embryon solidement mises en scène matériel en quantité suffisante.
Afin d’élaborer un protocole qui permet d’étudier l’architecture de la chromatine dans le développement précoce de drosophile à résolution du cycle nucléaire, nous avons combiné les deux techniques existantes : in situ Hi-C, qui permet à toute la génération des images haute résolution génome contact cartes5et mise en scène d’embryon à l’aide d’une ligne de Drosophila transgénique exprimant eGFP-PCNA transgène13,14. Ce transgène se localise dans le noyau pendant l’interphase et se disperse dans le blastoderme syncytial au cours de la mitose. À l’aide de cette propriété, il est possible de distinguer facilement les différentes étapes de leur densité nucléaire et embryons mitotiques de la dispersion du signal GFP.
Ensemble, ces techniques permettent l’étude de la structure tridimensionnelle de la chromatine en haute résolution à partir d’aussi peu que 20 embryons de drosophile . Ce protocole comprend les instructions pour la récolte et le tri des embryons de drosophile pour obtenir les populations d’embryons d’un cycle de division nucléaire unique. Il décrit également comment les embryons obtenus sont utilisés pour effectuer sur place Hi-C. Le résultat final est une bibliothèque de nucléotides appropriée pour l’ordonnancement sur machines de séquençage prochaines génération. Les lectures de séquençage qui en résultent peuvent alors être traités dans des cartes d’interaction chromatine détaillées couvrant tout le génome de la drosophile .
Le protocole présenté ici est très efficace pour générer des cartes de qualité de l’architecture de la chromatine dans des embryons de drosophile au début. Par rapport à un précédent protocole34, l’approche décrite ici utilise un jour in situ CIH procédure5, résultant en un traitement plus rapide, une résolution plus élevée et moins son utilisation réactif. La procédure globale, y compris le protocole de CIH in situ est censée travailler sur un large éventail d’étapes et de systèmes expérimentaux en dehors de la drosophile. Étant donné que le protocole a une exigence d’entrée faible, il pourrait également être utilisé sur les populations de cellules isolées. Chez la drosophile, lors de l’utilisation du protocole pour les embryons en dehors de la plage décrite ici, certains paramètres, notamment la fixation de la matière, peut devoir être ajustée. Étant donné que les embryons plus âgés développent une cuticule hautement imperméable, augmentant la concentration de formaldéhyde et de prolonger la fixation peuvent être appropriés. Pour la collecte d’embryons aux stades autres que nucléaire cycle 14, les temps d’incubation des embryons à 25 ° C à l’étape 1.4 devant être modifiées comme suit : cycle nucléaire 12, 70 min ; cycle nucléaire 13, 90 min ; 3 – 4 hpf, 03:30 h.
Au cours des divisions de 13 clivage (étape 1-4), la densité des noyaux double à peu près à chaque division. Les noyaux peuvent facilement être identifiés par leur fluorescence GFP brillante. Au cours de la mitose, eGFP-PCNA ne se trouve pas dans le noyau, et son signal est dispersé tout au long de l’embryon. Cette caractéristique rend identification des embryons qui font l’objet d’une division de clivage synchrone possible. Pour étudier la conformation de la chromatine, ces embryons mitotiques ne sont généralement pas souhaitables, puisque l’organisation mitotique de la chromatine est radicalement différente de l’interphase organisation35. Il est possible d’adapter le protocole afin de sélectionner les embryons subissant une division mitotique synchrone. Dans ce cas, seuls les embryons avec distribution dispersée, non-nucléaire d’eGFP-PCNA doivent être conservés, et tous les autres embryons devraient être jetées. Puisque la densité nucléaire ne peut pas être déterminée, les méthodes alternatives d’embryons au stade de leur morphologie lus en microscopie photonique transmise doivent être employés. Présence de noyaux à la périphérie de l’embryon et les cellules de mât indiquent que l’embryon a complété au moins nucléaire cycle 9, alors que la cellularisation visible à la périphérie indique cycle nucléaire 1412.
Salut-C expériences peuvent être effectuées avec succès en utilisant une variété d’enzymes de restriction,5. Les approches actuelles utilisent généralement des enzymes qui reconnaissent soit une séquence de 4-base, tels que MboI, ou un site de reconnaissance 6-base, tels que HindIII. L’avantage de fraises 4-base sur base de 6 coupeurs est qu’ils offrent une meilleure résolution potentielle, donnée assez de profondeur séquençage et une couverture plus homogène de sites de restriction au sein du génome. Il n’y a aucun avantage évident en choisissant un couteau 4-base sur un autre5,23,36,37. Les deux enzymes les plus couramment utilisés, MboI et DpnII, tous deux reconnaissent le même site de reconnaissance GATC. DpnII est moins sensible à la méthylation de CpG, qui est d’aucun intérêt chez la drosophile. Le protocole présenté ici peut également être complété avec succès en utilisant DpnII comme une enzyme de restriction. Dans la section 4.2. enzyme de restriction et tampon doivent être ajustés pour la compatibilité DpnII, selon les recommandations du fabricant.
Si la taille du fragment de la bibliothèque de séquençage s’écarte sensiblement de la gamme illustrée à la Figure 2 a, la formation de cluster pendant le séquencement peut s’avérer moins efficace ou échouer complètement. Dans ce cas, la distribution de la taille après la tonte doit être vérifiée et cisaillement paramètres ajustés en conséquence. Pics dans la distribution des fragments d’ADN de très petites ( 1 000 bp) tailles signale des problèmes avec sélection de taille, tels que porter plus de perles ou de surnageant qui sont censés être mis au rebut. Souvent, ces bibliothèques avec des petites pointes à ces tailles indésirables, tels que l’un sur la photo, sont encore séquencé avec succès avec seulement une diminution mineure efficacité de clustering.
Des taux élevés de duplication de PCR doivent être évitées car cela réduit considérablement le nombre de lectures de séquence utilisable. Le taux de PCR doublons est directement lié à la quantité de matières entrantes. En utilisant plus d’entrées donc habituellement atténue les problèmes de duplication de PCR.
Un nombre plus élevé de lectures filtrés en raison de l’orientation de lecture ()Figure 2 b) indique la digestion insuffisante, qui peut être le résultat de l’utilisation trop peu enzyme, trop d’entrée matériau ou incomplète homogénéisation des embryons.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche a été financée par la Société Max Planck. C.B.H. a été soutenu par une bourse de l’International Max Planck Research School – biomédecine moléculaire. Nous remercions Shelby Blythe et Eric Wieschaus aimablement la ligne de melanogaster de drosophile eGFP-PCNA.
Biotin-14-dATP | Life Technologies | 19524016 | |
MboI | New England Biolabs | R0147L | |
DNA Polymerase I Klenow Fragment | New England Biolabs | M0210L | |
T4 DNA Ligase | Thermo Fisher | EL0012 | T4 DNA Ligase Buffer included |
T4 DNA Polymerase | New England Biolabs | M0203L | |
Proteinase K | AppliChem | A4392 | |
GlycoBlue | Life Technologies | AM9516 | |
Complete Ultra EDTA-free protease inhibitors | Roche | 5892791001 | |
NEBNext Multiplex Oligos for Illumina (Index Primers Set 1) | New England Biolabs | E7335 | Sequencing Adaptor, Forward (unindexed) PCR primer and Reverse (indexed) PCR primer and USER enzyme used in the Library preparation section are components of this kit |
NEBNext Ultra II DNA Library Prep Kit | New England Biolabs | E7645 | End Prep Enzyme Mix, End Prep Reaction Buffer, Ligation Enhancer, Ligation Master Mix and Polymerase Master Mix used in the Library preparation section are components of this kit |
Covaris S2 AFA System | Covaris | ||
DNA LoBind Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 0030108051 | |
Falcon cell strainer 100 µm | Corning | 352360 | Embryo collection baskets |
37% formaldehyde | VWR | 437536C | |
Heptane | AppliChem | 122062.1612 | |
M165 FC fluorescent stereo microscope | Leica | ||
M165 FC DFC camera | Leica | ||
Metal micro pestle | Carl Roth | P985.1 | Used to lyse embryos in step 4.1.4 |
RNase A | AppliChem | A3832,0050 | |
Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | Life Technologies | 65002 | Streptavidin coated magnetic beads |
Ampure XP beads | Beckman Coulter | A63881 | |
Qubit 3.0 Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
Qubit assay tubes | Thermo Fisher Scientific | Q32856 | |
Qubit dsDNA HS Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | Q32854 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P4417 | |
eGFP-PCNA flies | Gift from S. Blythe and E. Wieschaus | ||
Sodium hypochlorite 13% | Thermo Fisher | AC219255000 | |
Triton X-100 | AppliChem | A4975 | |
Tris buffer pH 8.0 (1 M) for molecular biology | AppliChem | A4577 | |
NaCl | AppliChem | A2942 | |
IGEPAL CA-630 | Sigma-Aldrich | I8896 | |
1.5 mL microcentrifuge tubes | Greiner Bio-One | 616201 | |
SDS for molecular biology | AppliChem | A2263 | |
10x CutSmart buffer | New England Biolabs | B7204S | Restriction enzyme buffer |
PCR Nucleotide Mix | Sigma-Aldrich | 11814362001 | Unmodified dCTP, dGTP, dTTP |
BSA, Molecular Biology Grade | New England Biolabs | B9000S | |
EDTA 0.5M solution for molecular biology | AppliChem | A4892 | |
Sodium acetate 3M pH 5.2 | Sigma-Aldrich | S7899 | |
DynaMag-2 Magnet | Life Technologies | 12321D | Magnetic stand |
Intelli-Mixer RM-2L | Omnilab | 5729802 | Rotator |
ThermoMixer F1.5 | Eppendorf | 5384000012 | Mixer |
Small Embryo Collection Cages | Flystuff.com | 59-100 | Egg collection cage |
Centrifuge 5424 R | Eppendorf | 5404000413 | |
C1000 Touch Thermal Cycler | Bio-Rad | 1851148 | |
PCR tube strips | Greiner Bio-One | 673275 | |
NEBuffer 2.1 | New England Biolabs | B7202S | T4 DNA Polymerase buffer |