تعد التعديلات بعد الترجمة (PTMs) وعوامل النسخ (TFs) من المنظمين المركزيين لتعبير الجينات. تؤثر PTMs الهستونية، مثل الأسيتلة، والمثيلة، والفسفرة، واليوبيكوتين، بشكل رئيسي على ذروله الطرفية N، على بنية الكروماتين 1,2. في السرطان، غالبا ما تكون PTMs الهيستونية غير منظمة، مما يؤدي إلى تنشيط غير طبيعي للجينات المسرطمة أو إسكات جينات مثبط الأورام3. ترتبط TFs بتسلسلات DNA محددة عند محفزات أو معززات لتنشيط أو كبت الجينات المستهدفة، وغالبا ما تستعين بإنزيمات معدلة للهيستون تنسق إعادة تشكيل الكروماتين4. الإنزيمات التي تكتب أو تمسح أو تقرأ علامات الهستون، مثل أسيتيل ترانسفيراز الهيستون (HATs)، وديأسيتيازات الهيستون (HDACs)، والميثيل ترانسفيراز (HMTs)، غالبا ما تكون متحورة أو غير منظمة في السرطان، مما يجعلها أهدافا علاجية جذابة5.
في SCLC، تعد التغيرات فوق الجينية وعوامل النسخ المحددة للنسب (LDTFs) من المحركات الرئيسية لبيولوجيا الورم6. على عكس الطفرات الجينية، تنظم التغيرات اللاجينية، بما في ذلك مثيلة الحمض النووي وتعديلات الهستون، التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي الأساسي. يمكن لهذه التعديلات إسكات جينات مثبطات الأورام أو تنشيط الجينات المسرطة، مما يغذي سلوك SCLC العدواني. على سبيل المثال، غالبا ما يتعرض إزيم الهيستون ميثيل ترانسفيراز KMT2D إلى طفرات بمعدل تغير يبلغ 12.9٪ في مجموعة مرضى SCLC الكبيرةفي العالم الحقيقي السابعة ، وهو مسؤول عن أحادي الميثلة لهيستون H3 ليسين 4 (H3K4me1)، وهي علامة مرتبطة بمناطق التعزيز النشطة في الجينوم. SCLC هو مرض غير متجانس جزيئيا. تصنف SCLC إلى أنواع جزيئية فرعية بناء على التعبير التفاضلي لأربعة LDTFs: نظير الأشييت-سكوت 1 (ASCL1)، عامل التمايز العصبي 1 (NEUROD1)، بروتين المرتبط بنعم 1 (YAP1) وصندوق هوميوبوكس 3 من الفئة 2 POU (POU2F3). تمثل الأنواع الفرعية للغدد الصماء العصبية (NE)، بما في ذلك ASCL1 و NEUROD1، حوالي 70-80٪ من حالات SCLC8. لذلك، قد يوضح التحقيق في توزيع وملفات PTMs الهيستونية المختلفة ومواقع ارتباط TF في الأنواع الفرعية المختلفة ل SCLC برامج جينية محددة بنفس النوع معرضة للتدخل العلاجي.
الطريقة التقليدية لتحديد PTMs الهيستونية ومواقع ارتباط البروتينات التنظيمية الخاصة بالتسلسل على مستوى الجينوم بأكمله هي تسلسل الكروماتين المناعي (ChIP-seq)9. ومع ذلك، يتطلب ChIP-seq عددا كبيرا من الخلايا المدخلة وغالبا ما يعطي خلفية عالية عبر الجينوم. نتيجة لذلك، يتطلب ChIP-seq مستوى عاليا من إثراء البروتين المستهدف لتمييز الإشارة الحقيقية عن الضوضاء، ويحتاج إلى تسلسل عميق لتحليل البيانات بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للربط المتقاطع للفورمالديهايد المستخدم في ChIP-seq أن يخفي الحواتم ويولد مواقع ارتباط إيجابية كاذبة10. الانقسام تحت الأهداف والإفراج باستخدام النيوكلياز يليه تسلسل الجيل التالي (CUT&RUN-seq) هو بديل عالي الدقة لرسم خرائط PTMs الهيستونية ومواقع ارتباط TF في الموقع داخل الخلايا السليمة. في هذه الطريقة، تحتضن الخلايا المنفاذة بجسم مضاد يستهدف البروتين المرتبط بالكروماتين المعني، يليه ارتباط بروتين اندماج بروتين A(G) ونوكلياز ميكروكوكي (MNase). يتم بعد ذلك تحفيز هضم الحمض النووي المستهدف على جانبي البروتين المعني في ظروف عالية الكالسيوم/منخفضة الملح، مما يطلق شظايا DNA محددة للتنقية. تستخدم شظايا الحمض النووي المنقاة لبناء مكتبات تسلسل باركود، يمكن جمعها لتسلسل عالي الإنتاجية 11,12,13,14. مقارنة ب ChIP-seq، يتطلب CUT&RUN عددا أقل بكثير من الخلايا كمدخل، وينتج ضوضاء خلفية أقل، ويتجنب تشوهات الربط المتقاطع، ويتطلب قراءات تسلسل أقل - مما يجعله مناسبا بشكل خاص لدراسة حالات الكروماتين الديناميكية في السرطان بطريقة فعالة من حيث التكلفة.
تم تطوير تقنية CUT &RUN للتحقيق في المواقع الجينومية للبروتينات المتفاعلة مع الكروماتين، بما في ذلك تعديلات الهستون، ومواقع ارتباط الألياف الوراثية، والمركبات المرتبطة بالكروماتين، مما يكشف عن المناظر التنظيمية فوق الجينية11,12. مكنت هذه التقنية من تحليلات مفصلة لبنية المعزز-المحفز، وتنظيم الشبكات النسخية، وديناميكيات حالة الكروماتين أثناء التطور وتقدم المرض15. في أبحاث السرطان، يسمح CUT&RUN برسم خرائط دقيقة لعلامات الهيستون16,17 وعامل النسخ المسرحي، مما يساعد في تحديد البرامج التنظيمية الخاصة بالسلالة والأهداف العلاجية المحتملة15,16. علاوة على ذلك، يمكن إجراء CUT&RUN في الموقع في الخلايا، بما في ذلك CD8+ خلية T17، وكذلك على عينات الأنسجة18,19.
لاكتشاف الموقع الجينومي لنماذج PTM ومواقع ارتباط عامل النسخ E2F7 في الأنواع الفرعية ل SCLC، طبقنا CUT&RUN-seq على أربعة نماذج خطوط خلايا NE من SCLC: H146 وDMS79 (النوع الفرعي ASCL1)، بالإضافة إلى H446 و H82 (النوع الفرعي NEUROD1)، مع أو بدون طفرات KMT2D. قمنا بتحليل علامة الهيستون H3K4me1، وهي تعديل مرتبط بالمعزز تم تحفيزها أساسا بواسطة KMT2D، وE2F7، الذي ثبت أنه عامل مساعد ل ASCL120. كانت علامة الهستون H3K4me3، المرتبطة بالمحفزات النشطة، بمثابة تحكم إيجابي، بينما عمل IgG كتحكم سلبي.
هنا، نقدم بروتوكول CUT&RUN-seq مفصل لخطوط خلايا SCLC NE، استنادا إلى ما يلي: مجموعة CUT&RUN متوفرة تجاريا (انظر جدول المواد)، والعمل الأصلي لسكين وهينيكوف 11,12,13، وتحسيناتنا المختبرية الخاصة.