אנזים פיצול-TET2 הנדסה כימית-inducible DNA Hydroxymethylation, שיפוץ Epigenetic
Summary
פרוטוקולים מפורט ידביקו אנזים פיצול מהונדסים-TET2 (סיידר) בתרבית של תאים עבור hydroxymethylation כימיים של הדנ א inducible ובניה epigenetic מוצגים.
Abstract
מתילציה DNA הוא שינוי epigenetic heritable ויציבה הגנום יונקים, והוא מעורב בוויסות ביטוי גנים לשלוט תאיים. ההיפוך של מתילציה DNA, או ה-DNA demethylation, מתווך על ידי משפחת חלבונים 10-11 טרנסלוקציה (ט) dioxygenases. למרות נרחב דווח כי חריגה מתילציה DNA ו demethylation קשורים עם ליקויים התפתחותיים, סרטן, כמה שינויים epigenetic אלה תורמות בצורה ישירה משינוי עוקבות בהתקדמות ביטוי או מחלה ג’ין עדיין לא ברור, בעיקר בשל העדר כלי אמין במדויק להוסיף או להסיר שינויים DNA הגנום ברזולוציה שהוגדרו הטמפורלי, מרחבית. כדי להתגבר על המשוכה הזו, תיכננו אנזים פיצול-TET2 כדי לאפשר שליטה הטמפורלי של חמצון 5-methylcytosine (5mC) ו שיפוץ עוקבות של הברית epigenetic בתרבית של תאים על-ידי פשוט הוספת כימיקלים. כאן, אנו מתארים שיטות היכרות עם כלי שיפוץ epigenome כימית-inducible (סיידר), המבוסס על אנזים פיצול מהונדסים-TET2, לתוך תאים בתרבית של וכימות הייצור inducible כימי של 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) עם immunostaining, cytometry זרימה או וזמינותו של נקודה-כתם. כלי זה epigenome כימית-inducible שיפוץ תוכלו למצוא לשימוש נרחב חוקר מערכות סלולריות מבלי לשנות את הקוד הגנטי, וכן בודק את הקשרים epigenotype−phenotype במערכות ביולוגיות שונות.
Introduction
מתילציה DNA, בעיקר מתייחס התוספת של קבוצת מתיל למיקום פחמן 5 של ציטוזין לטופס 5-methylcytosine (5mC), על ידי ה-DNA מתיל-transferases (DNMTs). 5mC משמש סימן epigenetic הגדולות הגנום יונקים כי לעיתים קרובות אותות עבור דיכוי גנים ברמת השעתוק, שמושרש איון transposon להשתיק1. ההיפוך של מתילציה DNA מתווך על ידי משפחת חלבונים 10-העלפים טרנסלוקציה (ט). אנזימים ט שייכים הברזל (II) ו- 2-oxoglutarate dioxygenases תלויים אשר לעודד חמצון רצופים של 5mC 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC), 5-carboxycytosine (5caC). 5mC בתיווך ט חמצון כופה על שכבה נוספת של שליטה epigenetic על הגנום יונקים. גילוי ט עוררה עניין אינטנסיבי בתחום epigenetic לחשוף את תפקודים ביולוגיים של חלבונים ט ו 5hmC מוצר קטליטי גדולה שלהם. 5hmC אינה רק ביניים במהלך בתיווך ט הפעיל DNA demethylation2,3,4, אלא גם פועלת כמו אורווה epigenetic לסמן5,6,7,8 . למרות hydroxymethylation ה-DNA הוא מאוד מתואם עם ביטוי גנים וסוטה שינויים ב- DNA hydroxymethylation משויכים כמה הפרעות האדם9,10,11, הקשרים סיבתי בין שינויים epigenetic על ה-DNA על הפנוטיפים לעיתים קרובות להישאר מאתגר שתוקם, אשר יכול להיות חלקית המיוחס חוסר כלי אמין במדויק להוסיף או להסיר שינויים DNA הגנום-שהוגדרו הטמפורלי, מרחבית רזולוציה.
כאן אנחנו מדווחים על השימוש epigenome כימית-inducible שיפוץ כלי (סיידר) להתגבר על המשוכה מול מחקרים של קשרים סיבתי בין שעתוק DNA hydroxymethylation, ג’ין. העיצוב מבוסס על ההנחה כי תחום קטליטי של TET2 (TET2CD) ניתן לפצל לשני מקטעים שאינם פעילים כשאני לידי ביטוי בתרבית של תאים, תפקידה אנזימטי ניתן לשחזר על-ידי נקיטת גישה dimerization כימית inducible ( איור 1A). להקים מערכת פיצול-TET2CD, בחרנו 6 אתרי ב TET2CD, מורכב של אזור עשיר Cys קיפול כפול גדילי β-סליל (DSBH), על בסיס מבנה קריסטל המדווחת של מתחם TET2-DNA חסר מורכבות נמוכה באזור12. גן סינתטי קידוד dimerization rapamycin-inducible מודול FK506 מחייב חלבון 12 (FKBP12) ובתחום FKBP rapamycin מחייב (FRB) של מטרת יונקים rapamycin14,15, יחד עם פפטיד שהפריד עצמית T2A מפוליפפטיד רצף16,17, הוכנס בנפרד האתרים שנבחרו פיצול בתוך TET2CD. הבחירה של TET2 המטרה הנדסה מבוססת על השיקולים הבאים. מוטציות הראשון, סומאטית TET2 עם צמצום והמצוות DNA hydroxymethylation הם נצפו לעתים קרובות בהפרעות האנושי, כולל הפרעות מיאלואידית סרטן10, אשר מספק מידע שימושי באתרי רגיש כדי להימנע במשך ההכנסה. שנית, חלק גדול של התחום קטליטי TET2, במיוחד באזור מורכבות נמוכה, היא לוותר על הפונקציה אנזימטי12, ובכך מאפשר לנו מלאכה של TET2-פיצול הממוזערת עבור שינויים epigenetic inducible. לאחר הקרנת בונה מעל 15, מבנה זה הציג שחזור rapamycin-inducible הגבוהה של פעילותה אנזימטי למערכת יונקים היה נבחר, כמנהל סיידר18. אנחנו מתארים בזאת את השימוש מתויג mCherry סיידר כדי להשיג inducible DNA hydroxymethylation ובניה epigenetic עם rapamycin, להציג שלוש שיטות אימות 5hmC בתיווך סיידר ייצור מערכת סלולרית דגם HEK293T.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנחנו יש מאויר השימוש של אנזים פיצול מהונדסים-TET2 כדי להשיג שליטה הטמפורלי של דנ א hydroxymethylation. בעקבות הגילוי של משפחת ט 5-methycytosine dioxygenase, בוצעו מחקרים רבים לפענח בפונקציות ביולוגיות של חלבונים ט ו שלהם מוצר קטליטי גדולה 5hmC1,2,3, <sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים הפיננסי תומך של מכוני הבריאות הלאומיים הענק (R01GM112003 כדי yz ימאהה), קרן Welch (להיות-1913 על yz ימאהה) האגודה האמריקנית לסרטן (TBE RSG-16-215-01 כדי yz ימאהה), מניעת סרטן, מכון המחקר של טקסס (RR140053 ל יד הנדיב, RP170660 כדי yz ימאהה), איגוד הלב האמריקאי (16IRG27250155 על יד הנדיב), לבין התוכנית פרס קרן דן ג’ון ס מחקר משותף.
Materials
| Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Thermo Fisher Scientific | 11668027 | |
| Rapamycin | Sigma-Aldrich | 37094 | |
| Paraformaldehyde, 16% Solution | VWR | 100503-916 | |
| Triton X-100 | Amresco | 0694-1L | |
| Hydrochloric Acid | Amresco | 0369-500ML | |
| Albumin, Bovine | Amresco | 0332-100G | |
| Tween 20 | Amresco | 0777-1L | |
| 5-Hydroxymethylcytosine (5-hmC) antibody (pAb) | Active Motif | 39769 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A-11008 | |
| 4,6-Diamidino-2-phenylindolde (DAPI) | Biotium | 40043 | |
| SVAC1E SHEL LAB Economy Vacuum Oven, 0.6 Cu.Ft. (17 L) | SHEL LAB | SVAC1E | |
| UltraPure SSC, 20X | Thermo Fisher Scientific | 15557036 | |
| Bio-Dot Apparatus | BIO-RAD | 1706545 | |
| Anti-5-methylcytosine (5mC) Antibody, clone 33D3 | Millipore | MABE146 | |
| Anti-mouse IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7076S | |
| Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7074S | |
| West-Q Pico Dura ECL Solution | Gendepot | W3653-100 |
References
- Li, E., Zhang, Y. DNA methylation in mammals. Cold Spring Harbor Perspectv Biol. 6 (5), a019133 (2014).
- Tahiliani, M., et al. Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine in mammalian DNA by MLL partner TET1. Science. 324 (5929), 930-935 (2009).
- He, Y. F., et al. Tet-mediated formation of 5-carboxylcytosine and its excision by TDG in mammalian DNA. Science. 333 (6047), 1303-1307 (2011).
- Ito, S., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Science. 333 (6047), 1300-1303 (2011).
- Spruijt, C. G., et al. Dynamic readers for 5-(hydroxy)methylcytosine and its oxidized derivatives. Cell. 152 (5), 1146-1159 (2013).
- Lio, C. W., et al. Tet2 and Tet3 cooperate with B-lineage transcription factors to regulate DNA modification and chromatin accessibility. eLife. 5, e18290 (2016).
- Kellinger, M. W., et al. 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine reduce the rate and substrate specificity of RNA polymerase II transcription. Nat Struct Mol Biol. 19 (8), 831-833 (2012).
- Su, M., et al. 5-Formylcytosine Could Be a Semipermanent Base in Specific Genome Sites. Angew Chem Int Ed Engl. 55 (39), 11797-11800 (2016).
- Ko, M., et al. Impaired hydroxylation of 5-methylcytosine in myeloid cancers with mutant TET2. Nature. 468 (7325), 839-843 (2010).
- Huang, Y., Rao, A. Connections between TET proteins and aberrant DNA modification in cancer. Trends Genet. 30 (10), 464-474 (2014).
- Lu, X., Zhao, B. S., He, C. TET family proteins: oxidation activity, interacting molecules, and functions in diseases. Chem Rev. 115 (6), 2225-2239 (2015).
- Hu, L., et al. Crystal structure of TET2-DNA complex: insight into TET-mediated 5mC oxidation. Cell. 155 (7), 1545-1555 (2013).
- Hashimoto, H., et al. Structure of a Naegleria Tet-like dioxygenase in complex with 5-methylcytosine DNA. Nature. 506 (7488), 391-395 (2014).
- Banaszynski, L. A., Liu, C. W., Wandless, T. J. J. Characterization of the FKBP.rapamycin.FRB ternary complex. J Am Chem Soc. 127 (13), 4715-4721 (2005).
- Clackson, T., et al. Redesigning an FKBP-ligand interface to generate chemical dimerizers with novel specificity. Proc Natl Acad Sci U S A. 95 (18), 10437-10442 (1998).
- Ibrahimi, A., et al. Highly efficient multicistronic lentiviral vectors with peptide 2A sequences. Hum Gene Ther. 20 (8), 845-860 (2009).
- Kim, J. H., et al. High cleavage efficiency of a 2A peptide derived from porcine teschovirus-1 in human cell lines, zebrafish and mice. PLoS One. 6 (4), e18556 (2011).
- Lee, M., et al. Engineered Split-TET2 Enzyme for Inducible Epigenetic Remodeling. J Am Chem Soc. 139 (13), 4659-4662 (2017).
- Huang, Y., Pastor, W. A., Zepeda-Martínez, J. A., Rao, A. The anti-CMS technique for genome-wide mapping of 5-hydroxymethylcytosine. Nat Protoc. 7 (10), 1897-1908 (2012).
- Buenrostro, J. D., Wu, B., Chang, H. Y., Greenleaf, W. J. ATAC-seq: A Method for Assaying Chromatin Accessibility Genome-Wide. Curr Protoc Mol Biol. 109 (21.29), 1-9 (2015).
