Escaneo Retroviral: Mapeo de sitios de integración MLV para definir regiones reguladoras específicas de células
Summary
Aquí, describimos un protocolo para el genoma de la cartografía de los sitios de integración Moloney murino leucemia virus basados en retrovirus vectores en células humanas.
Abstract
Los vectores retrovirales basados en virus de la leucemia murina de Moloney (MLV) se integran predominantemente en potenciadores y promotores acetilados. Por esta razón, los sitios de integración mLV pueden usarse como marcadores funcionales de elementos reguladores activos. Aquí, presentamos una herramienta de exploración retroviral, que permite la identificación a nivel genoma de potenciadores y promotores específicos de células. En resumen, la población de células diana se transduce con un vector derivado de mLV y el ADN genómico se digiere con una enzima de restricción de corte frecuente. Después de la ligación de fragmentos genómicos con un enlazador de ADN compatible, la reacción en cadena de polimerasa mediada por enlazador (LM-PCR) permite la amplificación de las uniones genómicas virus-huésped. La secuenciación masiva de los amplicones se utiliza para definir el perfil de integración de mLV en todo el genoma. Finalmente, se definen grupos de integraciones recurrentes para identificar regiones reguladoras específicas de células, responsables de la activación de programas transcripcionales específicos de tipo celular.
<p class= "Jove_content"> La herramienta de exploración retroviral permite la identificación en todo el genoma de promotores y potenciadores específicos de células en poblaciones de células diana prospectivamente aisladas. En particular, el escáner retroviral representa una técnica instrumental para la identificación retrospectiva de poblaciones raras ( por ejemplo, células madre somáticas) que carecen de marcadores robustos para el aislamiento prospectivo.Introduction
La identidad celular se determina mediante la expresión de conjuntos específicos de genes. El papel de los elementos reguladores cis, tales como promotores y potenciadores, es crucial para la activación de programas de transcripción específicos de tipo celular. Estas regiones reguladoras se caracterizan por características específicas de la cromatina, tales como modificaciones peculiares de las histonas, factores de transcripción y unión de co-factores, y accesibilidad a la cromatina, que han sido ampliamente utilizados para su identificación genómica en varios tipos de células 1 , 2 , 3 . En particular, el perfil genómico de la acetilación de histona H3 lisina 27 (H3K27ac) se utiliza comúnmente para definir promotores activos, potenciadores y super-potenciadores 4 , 5 , 6 .
El virus de la leucemia murina de Moloney (MLV) es un gamma-retrovirus que es ampliamente utilizado para el genTransferencia en células de mamíferos. Después de infectar una célula diana, el genoma del ARN retroviral se retrotranscribe en una molécula de ADN de doble cadena que se une a las proteínas víricas y celulares para ensamblar el complejo de preinteligencia (PIC). El PIC entra en el núcleo y se une a la cromatina de la célula huésped. En este caso, la integrasa viral, un componente clave de PIC, media la integración del ADN proviral en el genoma de la célula huésped. MlV integración en el ADN genómico no es al azar, pero se produce en elementos activos cis-reguladores, tales como promotores y potenciadores, en una célula de forma específica 7 , 8 , 9 , 10 . Este peculiar perfil de integración está mediada por una interacción directa entre la integrasa mLV y las proteínas celulares de bromodominio y dominio extraterminal (BET) 11 , 12 , 13 . Las proteínas BET (BRD2, BRD3 yBRD4) actúan como puente entre la cromatina del huésped y el PIC mlV: a través de sus bromodominios reconocen regiones cis-reguladoras altamente acetiladas, mientras que el dominio extraterminal interactúa con la integrasa mLV 11 , 12 , 13 .
Aquí, describimos el escaneo retroviral, una herramienta novedosa para mapear regiones reguladoras cis-activas basadas en las propiedades de integración de mLV. Brevemente, las células se transducen con el vector retroviral derivado de mlV que expresa el gen indicador de proteína fluorescente verde (eGFP) mejorada. Después de la extracción del ADN genómico, las uniones entre la repetición terminal larga (LTR) de 3 'del vector mlV y el ADN genómico se amplifican mediante PCR (LM-PCR) mediada por enlazadores y se secuencian masivamente. MlV sitios de integración se asignan al genoma humano y las regiones genómicas altamente objetivo de mLV se definen como grupos de mlV sitios de integración.
Escaneo retroviralNing se utilizó para definir la célula específica de los elementos reguladores activos en varias células primarias humanas [ 14 , 15] . MlV clusters co-mapeados con epigenéticamente definidos promotores y potenciadores, la mayoría de los cuales albergan histonas marcas activas, como H3K27ac, y fueron específicos de células. El escaneo retroviral permite la identificación en todo el genoma de los elementos reguladores del ADN en poblaciones de células purificadas prospectivamente 7,14 , así como en poblaciones celulares definidas de forma retrospectiva, como las células madre de queratinocitos, que carecen de marcadores efectivos para el aislamiento prospectivo 15 .
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí, hemos descrito un protocolo para el genoma de la cartografía de los sitios de integración de mLV, un retrovirus que las regiones de la cromatina objetivo, epigenéticamente marcado como promotores activos y potenciadores. Los pasos críticos y / o limitaciones del protocolo incluyen: (i) transducción mLV de la población de células diana; (Ii) amplificación de las uniones huésped-virus por LM-PCR; (Iii) recuperación de una alta fracción de sitios de integración. Los vectores retrovirales basados en…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Consejo Europeo de Investigación (ERC-2010-AdG, GT-SKIN), el Ministerio Italiano de Educación, Universidades e Investigación (FIRB-Futuro en Ricerca 2010-RBFR10OS4G, FIRB-Futuro en Ricerca 2012-RBFR126B8I_003 , EPIGEN Epigenomics Flagship Project), el Ministerio Italiano de Salud (Jóvenes Investigadores llaman 2011 GR-2011-02352026) y la Imagine Institute Foundation (París, Francia).
Materials
| PBS, pH 7.4 | ThermoScientific | 10010031 | or equivalent |
| Fetal Bovine Serum | ThermoScientific | 16000044 | or equivalent |
| 0.2 ml tubes | general lab supplier | ||
| 1.5 ml tubes | general lab supplier | ||
| QIAGEN QIAmp DNA mini Kit | QIAGEN | 51306 | or equivalent |
| T4 DNA ligase | New England BioLabs | M0202T | |
| T4 DNA Ligase Reaction buffer | New England BioLabs | M0202T | |
| Linker Plus Strand oligonucleotide | general lab supplier | 5’-PO4-TAGTCCCTTAAGCGGAG-3’ (Purification grade: SDS-PAGE) | |
| Linker Minus Strand oligonucleotide | general lab supplier | 5’-GTAATACGACTCACTATAGGGCTCCGCTTAAGGGAC-3’ (Purification grade: SDS-PAGE) | |
| Tru9I | Roche-Sigma-Aldrich | 11464825001 | |
| SuRE/Cut Buffer M | Roche-Sigma-Aldrich | 11417983001 | |
| PstI | Roche-Sigma-Aldrich | 10798991001 | |
| SuRE/Cut Buffer H | Roche-Sigma-Aldrich | 11417991001 | |
| Platinum Taq DNA Polimerase High Fidelity | Invitrogen | 11304011 | |
| 10mM dNTP Mix | Invitrogen | 18427013 | or equivalent |
| PCR grade water | general lab supplier | ||
| 96-well thermal cycler (with heated lid) | general lab supplier | ||
| linker primer | general lab supplier | 5’-GTAATACGACTCACTATAGGGC-3’ (Purification grade: PCR grade) | |
| MLV-3’ LTR primer | general lab supplier | 5’-GACTTGTGGTCTCGCTGTTCCTTGG-3’ (Purification grade: PCR grade) | |
| linker nested primer 454 | general lab supplier | 5’-GCCTTGCCAGCCCGCTCAG[AGGGCTCCGCTTAAGGGAC](Purification grade: SDS-PAGE) | |
| MLV-3’ LTR nested primer 454 | general lab supplier | 5’-GCCTCCCTCGCGCCATCAGTAGC[GGTCTCCTCTGAGTGATTGACTACC](Purification grade: SDS-PAGE) | |
| linker nested primer Illumina | general lab supplier | 5'-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAG-[AGGGCTCCGCTTAAGGGAC](Purification grade: SDS-PAGE) | |
| MLV-3’ LTR nested primer Illumina | general lab supplier | 5'-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGACAG-[GGTCTCCTCTGAGTGATTGACTACC](Purification grade: SDS-PAGE) | |
| Sodium Acetate Solution (3M) pH 5.2 | general lab supplier | ||
| Ethanol (absolute) for molecular biology | Sigma-Aldrich | E7023 | or equivalent |
| Topo TA Cloning kit (with pCR2.1-TOPO vector) | Invitrogen | K4500-01 | |
| QIAquick Gel Extraction kit | QIAGEN | 28704 | |
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | or equivalent |
| Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E1510 | or equivalent |
| 100 bp DNA ladder | Invitrogen | 15628019 | or equivalent |
| 6X Loading Buffer | ThermoScientific | R0611 | or equivalent |
| NanoDrop 2000 UV-Vis Spectrophotometer | ThermoScientific | ND-2000 | |
| Nextera XT Index kit | Illumina | FC-131-1001 or FC-131-1002 | |
| 2x KAPA HiFi Hot Start Ready Mix | KAPA Biosystems | KK2601 | |
| Dynal magnetic stand for 2 ml tubes | Invitrogen | 12321D | or equivalent |
| Agencourt AMPure XP 60 ml kit | Beckman Coulter Genomics | A63881 | |
| Tris-HCl 10 mM, pH 8.5 | general lab supplier | ||
| Agilent 2200 TapeStation system | Agilent Technologies | G2964AA | or equivalent |
| D1000 ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5582 | or equivalent |
| D1000 Reagents | Agilent Technologies | 5067-5583 | or equivalent |
| KAPA Library Quantification Kit for Illumina platforms (ABI Prism) | KAPA Biosystems | KK4835 | |
| ABI Prism 7900HT Fast Real-Time PCR System | Applied Biosystems | 4329003 | |
| NaOH 1.0 N, molecular biology-grade | general lab supplier | ||
| HT1 (Hybridization Buffer) | Illumina | Provided in the MiSeq Reagent Kit | |
| MiSeq Reagent Kit v3 (150 cycles) | Illumina | MS-102-3001 | |
| MiSeq System | Illumina | SY-410-1003 | |
| PhiX Control v3 | Illumina | FC-110-3001 |
References
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