يقدم هذا البروتوكول طريقة عزل الكروماتين الخاصة بالموقع بناء على إعادة التركيب الخاصة بالموقع لتنقية موضع جين أحادي النسخة مهم في سياق الكروماتين الأصلي من الخميرة الناشئة ، Saccharomyces cerevisiae.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يقدم هذا البروتوكول طريقة عزل الكروماتين الخاصة بالموقع بناء على إعادة التركيب الخاصة بالموقع لتنقية موضع جين أحادي النسخة مهم في سياق الكروماتين الأصلي من الخميرة الناشئة ، Saccharomyces cerevisiae.
الوحدة التنظيمية الأساسية للكروماتين حقيقي النواة هي جسيم النواة الأساسي (NCP) ، والذي يشتمل على الحمض النووي ملفوف ~ 1.7 مرة حول أوكتامير هستون. يعرف الكروماتين بأنه كيان NCPs والعديد من مجمعات البروتين الأخرى ، بما في ذلك عوامل النسخ وإعادة تشكيل الكروماتين وتعديل الإنزيمات. لا يزال من غير الواضح كيف يتم تنظيم تفاعلات البروتين والحمض النووي هذه على مستوى مواقع جينومية محددة خلال مراحل مختلفة من دورة الخلية. ويرجع ذلك أساسا إلى القيود التقنية الحالية ، والتي تجعل من الصعب الحصول على قياسات دقيقة لمثل هذه التفاعلات الديناميكية. هنا ، نصف طريقة محسنة تجمع بين إعادة التركيب الخاصة بالموقع وبروتوكول تنقية تقارب فعال أحادي الخطوة لعزل موضع جين أحادي النسخة مهم في حالة الكروماتين الأصلية. تسمح هذه الطريقة بالتخصيب القوي للموضع المستهدف على الكروماتين الجينومي ، مما يجعل هذه التقنية استراتيجية فعالة لتحديد وقياس تفاعلات البروتين بطريقة غير متحيزة ومنهجية ، على سبيل المثال عن طريق قياس الطيف الكتلي. بالإضافة إلى هذه التحليلات التركيبية ، من المحتمل أن يعكس الكروماتين الأصلي المنقى بهذه الطريقة الوضع في الجسم الحي فيما يتعلق بتحديد موضع النيوكليوسوم وتعديلات الهستون ، وبالتالي فهو قابل لمزيد من التحليلات الهيكلية والكيميائية الحيوية للكروماتين المشتق من أي موضع جينومي تقريبا في الخميرة.
إن التنظيم الديناميكي للجينومات حقيقية النواة في الكروماتين يضغط الحمض النووي ليتناسب مع حدود النواة مع ضمان ديناميكيات كافية للتعبير الجيني وإمكانية الوصول إلى العوامل التنظيمية. جزئيا ، يتم التوسط في هذا التنوع بواسطة النيوكليوسوم ، الوحدة الأساسية للكروماتين ، والتي تضم جسيما أساسيا يحتوي على 147 نقطة أساس من الحمض النووي ملفوفة ~ 1.7 مرة حول أوكتامير هيستون1. النيوكليوسوم هو هيكل ديناميكي للغاية فيما يتعلق بتكوينه ، مع العديد من متغيرات الهستون وتعديلات ما بعد الترجمة (PTMs) على ذيول هيستون N- و C-terminal. علاوة على ذلك ، يتفاعل الكروماتين حقيقي النواة مع العديد من المكونات الأساسية الأخرى ، مثل عوامل النسخ ، وآلات معالجة الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، والبروتينات المعمارية ، والإنزيمات المشاركة في إعادة تشكيل الكروماتين وتعديله ، وجزيئات الحمض النووي الريبي المرتبطة بالكروماتين. تتطلب جميع هذه الأجهزة الحاسمة المشاركة في النسخ والتكرار والإصلاح الوصول إلى الكروماتين ، والذي يعمل كركيزة طبيعية لهذه العمليات. وبالتالي ، فإن فهم الآليات الجزيئية الكامنة وراء معاملات الحمض النووي هذه يتطلب تعريفا دقيقا للتغيرات الجماعية في بنية الكروماتين في المناطق الجينومية المحددة حيث تتلاقى هذه الأجهزة وتسهل التفاعلات البيولوجية.
على الرغم من تحديد العديد من عوامل الكروماتين من خلال دراسات الوراثة والتفاعل بين البروتين والبروتين ، فإن إجراء تحليلات مباشرة وغير متحيزة وشاملة لتفاعلات الكروماتين في مواقع جينومية معينة ظل يمثل عقبة كبيرة 2,3. في البداية ، يمكن فقط عزل المناطق الوفيرة للغاية من الجينوم (أي المواقع المتكررة) أو البلازميدات متعددة النسخ بكميات كافية ونقاء لتحديد مطياف الكتلة للبروتينات المرتبطة4،5،6،7. بدأت سلسلة من الأساليب الجديدة القائمة على التهجين المباشر لمجسات الالتقاط إلى الحمض النووي المصبوغ بالكروماتين ، أو البيوتينيل القريب باستخدام نظام CRISPR-dCas9 ، أو ربط بروتينات المحولات الخاصة بالتسلسل بموضع الاهتمام في كشف بروتين المواقع أحادية النسخة من جينومات الخميرة والثدييات8،9،10. ومع ذلك ، تتطلب كل هذه الطرق تشابك الفورمالديهايد لتحقيق الاستقرار في تفاعلات البروتين والحمض النووي وصوتنة لإذابة الكروماتين للتنقية اللاحقة. معا ، يستبعد كلا التلاعب إمكانية إجراء دراسات هيكلية ووظيفية لاحقة للكروماتين المنقى.
للتغلب على هذه القيود ، ابتكرنا سابقا منهجية تستخدم إعادة التركيب الخاصة بالموقع لاستخراج المجالات الكروموسومية المستهدفة من الخميرة11,12. في جوهرها ، فإن المنطقة الجينومية ذات الأهمية محاطة بمواقع التعرف (RS) ل R-recombinase الخاص بالموقع من Zygosaccharomyces rouxi مع دمج مجموعة من ثلاثة مواقع ربط الحمض النووي في نفس الوقت لبروتين LexA الخامع للنسخ بدائي النواة (LexA) داخل نفس المنطقة. تحتوي خلايا الخميرة على شريط تعبير للتعبير المتزامن ل R-recombinase وبروتين LexA مدمج في علامة تنقية التقارب الترادفي (TAP). بعد تحريض R-recombinase ، يقوم الإنزيم بكفاءة باستئصال المنطقة المستهدفة من الكروموسوم في شكل مجال كروماتين دائري. يمكن تنقية هذا المجال عبر بروتين محول LexA-TAP ، الذي يرتبط بمواقع ربط الحمض النووي LexA ، بالإضافة إلى دعم التقارب. تم استخدام هذه الطريقة مؤخرا لعزل مجالات الكروماتين المتميزة التي تحتوي على أصول تكرار مختارة لكروموسوم الخميرة III13.
تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذا النهج خارج الجسم الحي في أنه يسمح بإجراء تحليلات وظيفية للمادة المعزولة. على سبيل المثال ، يمكن إخضاع مجالات أصل النسخ المتماثل المنقاة بهذه الطريقة لمقايسات النسخ المتماثل في المختبر لتقييم كفاءة إطلاق الأصل في أنبوب اختبار من قوالب الكروماتين المجمعة الأصلية في الجسم الحي . في نهاية المطاف ، قد يسمح التوصيف الكيميائي الحيوي والوظيفي للمادة المعزولة بإعادة تكوين العمليات النووية باستخدام البروتينات النقية جنبا إلى جنب مع قالب الكروماتين الأصلي. باختصار ، تفتح هذه المنهجية طريقا مثيرا في أبحاث الكروماتين ، حيث سيكون من الممكن متابعة التغيرات التركيبية والهيكلية الجماعية للكروماتين لمنطقة جينومية معينة تخضع لمعاملة كروموسومية معينة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
انظر جدول المواد للحصول على التفاصيل المتعلقة بجميع المواد والأدوات المستخدمة في هذا البروتوكول. انظر الجدول 1 للحصول على قائمة بالحلول والمخازن المؤقتة والوسائط المستخدمة.
1. بناء سلالة الخميرة المؤتلفة
2. اقتران الأجسام المضادة IgG بالخرز المغناطيسي المنشط بالإيبوكسي
ملاحظة: قم بإقران الأجسام المضادة IgG للخرز المغناطيسي المنشط بالإيبوكسي وفقا للبروتوكولالمنشور التالي 11.
3. زراعة خلايا الخميرة والحصاد
4. تنقية موضع الكروماتين
ملاحظة: انظر الشكل 2 للحصول على نظرة عامة تخطيطية للخطوات المتضمنة في بروتوكول تنقية الكروماتين الخاص بالموضع.
5. الشطف بوساطة البروتياز TEV
6. الشطف تمسخ
7. تحليل الحمض النووي والبروتين
(1)الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تنقية مجال الكروماتين ARS316 ~ 1.4 كيلو بايت بواسطة بروتين محول LexA-TAP المعبر عنه بشكل أساسي. لتكون بمثابة عنصر تحكم سلبي ، أجرينا عمليات تنقية باستخدام سلالة متساوية المنشأ تعبر عن LexA-TAP ولكنها لا تحتوي على مواقع ربط RS و LexA مدمجة. يوضح الشكل 3 نتائج تحليل الحمض النووي من تجربة تنقية قياسية أجريت على كل من السيطرة والسلالة المختصة بإعادة التركيب التي تستهدف موضع ARS316. بعد عزل الحمض النووي وهضم إنزيم التقييد لخطية جزيئات الحمض النووي الدائرية ، تم إجراء تحليل qPCR لتقييم كفاءة تن...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لا يزال تحديد العوامل ومشهد الكروماتين لمنطقة جينومية مستهدفة محددة يشكل تحديا كبيرا في أبحاث الكروماتين18. يصف هذا البروتوكول نظاما فعالا لاستئصال وتنقية مجالات الكروماتين المميزة على وجه التحديد من كروموسومات الخميرة. على حد علمنا ، فإن نقاء وإنتاجية هذا التنقية أحادية الخطوة يتغلبان على العديد من قيود طرق تنقية الكروماتين الخاصة بالموقع ، مما يسمح بتحقيق إثراء عال جدا للمواقع المستهدفة مقارنة بالمناطق الجينومية الأخرى غير ذات الصلة.
نظرا لخطوة الاستئصال الإضافية باست...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
تم دعم العمل في مختبر S.H. من قبل DFG من خلال SFB1064 (معرف المشروع 213249687) ، ومجلس البحوث الأوروبي (ERC Start Grant 852798 ConflictResolution) ، و Helmholtz Gesellschaft.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| سلالات <قوية > خميرة < / قوية > | |||
| < قوية > سلالة التحكم: < / قوي> MATa ؛ ura3 & دلتا; 0; leu2 & دلتا. 0; his3 & دلتا. 1; met15 & دلتا. 0; bar1 :: kanMX4 ؛ Chr I 212kb :: LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR | القسم 1 ، انظر المراجع 13 و 14 | ||
| <قوي>سلالة إعادة التركيب: < / قوي> MATa; ura3 & دلتا; 0; leu2 & دلتا. 0; his3 & دلتا. 1; met15 & دلتا. 0; bar1 :: kanMX4 ؛ RS_LEXA_NS-3_ARS316_NS+3_RS ؛ Chr I 212kb :: LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR | القسم 1 ، انظر المرجع 13 و 14 | ||
| Plasmid< / strong> | |||
| K238 البلازميد | القسم 1 ، انظر المرجع 13 التخزين: يخزن عند -20 درجة ؛ C | ||
| K071 Spike-in البلازميد قسم الحمض النووي | 7.1 ، انظر المرجع 13 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C | ||
| Recodes< / strong> Acetone | |||
| Carl Roth | 5025.1 | القسم 2 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة | |
| أسيتات الأمونيوم (NH4< / sub>Ac) | Sigma Aldrich | A7262 | القسم 6 و 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة |
| الغرفة محلول الأمونيوم (NH4< / sub>OH) 25٪ | Merck Millipore | 533003 | القسم 6 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| كبريتات الأمونيوم | سانتا كروز | SC-29085 | القسم 2 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| باكتو أجار | BD (VWR) | 90000-760 | القسم 3 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| بكتو ببتون | BD (VWR) | 211820 | القسم 3 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| & بيتا ؛ -Mercaptoethanol | Sigma Aldrich | 07604 | القسم 7.2 التخزين: تخزين في 4 درجات ؛ |
| مجموعة الركيزة | ThermoFisher | 34580 | القسم 7.2 التخزين: تخزينها في 4 درجات ؛ C |
| ثنائي الصوديوم فوسفات الهيدروجين دوديكاهيدرات | ميرك | 1.06579.1000 | القسم 2 و 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| Dithiothreitol (DTT) | ThermoFisher | 15508013 | القسم 4 التخزين: يخزن في درجة حرارة 4 درجات ؛ C |
| الإيثانول | ميرك | 100983 | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| حمض الإيثيلين ديامين تترا أسيتيك (EDTA) | سيجما ألدريتش | ED | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| Galactose (20٪ (وزن / حجم) مخزون) | Sigma Aldrich | G0625-1KG / 5 كجم | القسم 3 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| جل تحميل الصبغة (6x) | BioLabs | B7024A | القسم 7.1 التخزين: تخزينها في -20 درجة ؛ C |
| Glusose | Sigma-Aldrich | G8270 | القسم التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| Glycine | Carl | القسم 2 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة | |
| الجليكوجين (5 مجم / مل) | Invitrogen | AM9510 | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة -20 درجة ؛ C |
| حمض الهيدروكلوريك (HCl) | PanReac AppliChem | 182109.1211 | القسم 2 و 4 و 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| أسيتات المغنيسيوم (MgAc) | بيرند كرافت | 15274.2600 / C035 | القسم 4 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| كلوريد المغنيسيوم (MgCl2< / sub>) | Sigma Aldrich | M8266 | القسم 6 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| PAGE المخزن المؤقت للعينة LDS (4x) | Invitrogen | 2399549 | القسم 7.2 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| كحول الفينول / الكلوروفورم / الأيزوميل (25:24: 1 v / v) | Invitrogen | 15593-031 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة 4 درجات ؛ C |
| كلوريد البوتاسيوم (KCl) | Sigma | P9541 | القسم 4 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| مصنف إشعاعيا &alpha ؛ -32P dATP (3,000 Ci / mmol ، 10 mCi / mL) | Hartmann Analytic | SRP-203 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في 4 درجات ؛ |
| C نظام وضع العلامات RadPrime | ThermoFisher | 18428-011 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C |
| Raffinose (20٪ (وزن / حجم) مخزون) | SERVA | 34140.03 | القسم 3 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم) | K53710504142 ميرك | القسم 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة | |
| سترات الصوديوم (Na3C6H5O7) | سيجما ألدريتش | 71402 | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) | Sigma Aldrich | S5881 | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| كبريتات الصوديوم n-dodecyl (SDS) (5٪ مخزون (وزن / حجم) ) Alfa | Aesar | A11183 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| فوسفات الصوديوم أحادي القاعدة | Sigma-Aldrich | 71496 | القسم 2 و 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| الصوديوم azide | Santa Cruz التكنولوجيا الحيوية | sc-208393 | القسم 2 التخزين: تخزين في -20 & deg; ج |
| Triethylamine | Sigma Aldrich | 90340 | القسم 2 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| Tris base | Chem Cruz | SC-3715B | القسم 2 و 4 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 | القسم 2 و 4 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| Tween-20 | Bernd | Kraft 18014332 | القسم 4 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| مستخلص الخميرة | BD (VWR) | 212720 | القسم 3 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| عامل تزاوج الخميرة ألفا (1 & micro; جم / مل مخزون ) | Biomol | Y2016.5 | القسم 3 التخزين: يخزن في درجة حرارة -20 درجة ؛ C |
| الخميرة الاصطناعية التسرب من المكملات الغذائية بدون LEUCINE | Sigma Aldrich | Y1376 | القسم 1 ، انظر المرجع 14 |
| Enzymes< / strong> | |||
| HpaI إنزيم تقييد (5,000 U / mL) NEB | R0105S | القسم 7.1 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ كوكتيل | |
| مثبط البروتياز والفوسفاتيز C (100x) | ThermoFisher Scientific | 78446 | القسم 4 التخزين: يخزن في 4 درجات ؛ C |
| Proteinase K (10 مجم / مل) SERVA | 33756 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C | |
| RNase A (10 مجم / مل) | ؛ ThermoFisher | EN0531 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ بروتياز سي |
| تيف (10000 وحدة ~ ميكرو ؛ ل) | NEB | P8112S | القسم 5 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C |
| Materials< / strong> | |||
| BcMag الخرز المغناطيسي المنشط بالإيبوكسي | Bioclone Inc. | FC-102 | القسم 2 التخزين: تخزين في 4 درجات ؛ ج |
| قسم الجليد | الجاف 4 | ||
| أنابيب الطرد المركزي منخفضة الربط 2.0 مل | Eppendorf | 22431102 | القسم 4 |
| Microspin ؛ G-25 Columns | Cytiva | 27-5325-01 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| Parafilm | Merck | P7793 | القسم 4 |
| غشاء النايلون الإيجابي | Biozol | 11MEMP0001 | القسم 7.1 التخزين: يخزن في درجة حرارة الغرفة |
| غشاء نقل PVDF | Immobilon-Merck Millipore | IPVH00010 | القسم 7.2 التخزين: تخزينه في الغرفة درجة الحرارة |
| جل SDS-PAGE 4-12٪ bis-tris (15 بئر ، 1.5 مم) | Invitrogen | ؛ NP0336BOX | القسم 7.2 التخزين: يخزن في 4 درجات ؛ حقنة C |
| (25 مل) مع تركيب لوير | Henke Sass Wolf | 4200-000V0 | القسم 3 |
| ورق واتمان (ورقة ورق شق السليلوز الغربي من الدرجة 3 مم CHR) | Cytiva | 3030-917 | القسم 7.1 التخزين: يحفظ في درجة حرارة الغرفة |
| <قوي > أجسام مضادة < / قوي > | |||
| مضاد ل LexA ، أرنب متعدد النسيلة IgG ، جسم مضاد لمنطقة ربط الحمض | النووي Merck Millipore | 06-719 | القسم 7.2 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C |
| الماعز المضادة للأرانب IgG (H + L) ، الفجل الحار بيروكسيداز المترافق | Invitrogen | G21234 | القسم 7.2 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ C |
| بيروكسيداز الأجسام المضادة المضادة للبيروكسيداز (PAP) المنتجة في الأرانب للكشف عن البروتينات الموسومة | Sigma Aldrich | P1291-500UL | القسم 7.2 التخزين: يخزن في -20 درجة ؛ الأجسام المضادة C |
| Rabbit IgG | Sigma | I5006-100MG | القسم 2 التخزين: تخزينها في 4 درجات ؛ C |
| Primers (10 & micro; M) < / قوي > | |||
| < قوي > ARS316: < / قوي > FWD 5 '- CGGCATTATCGTACACAACCT ، rev 5 '- GTTCTTCGTTGCCTACATTTTCT | القسم 7.1 | ||
| < قوي > K071 سبايك في البلازميد DNA: < / قوي > FWD: 5'-TTTTCGCTGCTTGTCCTTTTTT ، rev 5 '- CATTTTCGTCCTCCAACAT | القسم 7.1 | ||
| <قوي > PCR جزء من الخميرة الجينومية الحمض النووي كقالب لتضخيم ARS316 (للبقعة الجنوبية): < / قوي > fwd 5'- AAATTCTGCCCTTGATTCGT ؛ rev 5'- TTTGTTTATCTCATCACTAAT | القسم 7.1 | ||
| PDC1: < / قوي> fwd 5'- CATGATCAGATGGGGCTTCA، rev 5'-ACCGGTGGTAGCGACTCTGT | القسم 7.1 | ||
| <قوي> المعدات< / قوي> | |||
| مطحنة القهوة | Gastroback | 42601 | القسم 4 |
| قارورة ديوار | NAL GENE | 4150-2000 | القسم 3 |
| DynaMag TM-2 الرف المغناطيسي | Invitrogen | 12321D | القسم 4 و 5 و 6 |
| فرن التهجين | Hybaid Mini10 | Ri418 | القسم 2 |
| أجهزة الطرد المركزي | الدقيقة Eppendorf | 5424R | القسم 4 و 7.1 |
| الأشعة فوق البنفسجية المتشابكة | Analytikjena | 95-0174-02 | القسم 7.1 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.