本手稿提出了一个全面的方案,用于低输入 ChIP-seq 来分析组蛋白修饰和 ATAC-seq,以评估少量原代小鼠胆管细胞中染色质的可及性。
方法文章
本手稿提出了一个全面的方案,用于低输入 ChIP-seq 来分析组蛋白修饰和 ATAC-seq,以评估少量原代小鼠胆管细胞中染色质的可及性。
多囊肝病 (PLD) 是一种遗传性疾病,其特征是形成源自胆管细胞的充满液体的囊肿,导致疾病进展和患者生活质量的显着降低。目前 PLD 的治疗方法不足,强调需要新的治疗策略。表观遗传调控在 PLD 进展中的作用,特别是染色质可及性和组蛋白修饰,仍未得到充分探索。传统的表观遗传学分析技术,如 ChIP-seq 和 DNase-seq,需要大量细胞,而这些细胞很难从原代胆管细胞中获得。为了解决这个问题,我们针对少量原代胆管胶细胞优化了低起始量 ChIP-seq 和 ATAC-seq 方案。这些方法允许以最少的细胞起始量分析组蛋白修饰和染色质可及性。低起始量 ChIP-seq 利用微球菌核酸酶 (MNase) 进行 DNA 片段化,而 ATAC-seq 使用 Tn5 转座酶捕获开放染色质区域。这些多组学技术为 PLD 和其他胆道疾病中胆管细胞命运转变过程中的染色质状态动力学提供了有价值的见解。重要的是,优化的方案自信地适用于其他低起始量原代细胞,从而能够探索各种细胞环境中的表观遗传机制。这项工作提出了一种研究染色质状态改变的系统方法,有助于开发基于表观遗传学的 PLD 和相关疾病治疗策略。
PLD 是一种遗传性疾病,其特征是源自胆管细胞的多个充满液体的囊肿的发展。随着这些囊肿逐渐扩大,它们会严重影响患者的生活质量 1,2。现有的 PLD 治疗策略不足,仅提供有限的益处,同时经常导致高复发率和并发症 3,4。因此,迫切需要更安全、更有效的治疗方法来应对 PLD 治疗中尚未解决的临床挑战。
在正常情况下,胆管细胞保持静止状态,而在 PLD 中,它们表现出过度增殖,这是疾病进展的关键驱动因素 5,6。这种囊性转变的分子机制尚不清楚。虽然表观遗传调控(包括染色质可及性和组蛋白修饰)在细胞命运转变中起着至关重要的作用 7,8,但其在 PLD 进展中的作用仍未得到充分研究。然而,许多表观遗传学分析技术需要大量的细胞。传统的 ChIP-seq 依赖于超声处理的染色质片段化,以及染色质可及性检测,如 DNase-seq 和 MNase-seq,通常需要超过 106 个细胞,远远超过原代胆管细胞可获得的数量。
本手稿为低起始量 ChIP-seq 9,10,11 提供了一个全面的方案,用于分析组蛋白修饰,以及 ATAC-seq 11,12,13 用于评估低数量原代胆管细胞中染色质的可及性。低起始量 ChIP-seq 使用 MNase 片段化 DNA9,而 ATAC-seq 使用 Tn5 转座酶12 从开放染色质区域捕获 DNA 片段。利用这些方法的多组学分析为 PLD 和其他胆道疾病中胆管细胞命运转变过程中的染色质状态动力学提供了有价值的见解,从而促进了表观遗传靶向疗法的开发。
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1. 制备用于 ATAC-seq 的溶液和胆管细胞
2. ATAC-序列
注意:使用 100,000 个胆管细胞进行 ATAC-seq。将样品和溶液保存在冰上。对于 ATAC-seq 实验,整个过程大约需要 2 天。
3. 用于低起始量 ChIP-seq 的溶液和胆管细胞的制备
4. 低起始量 ChIP-seq 的第 1 天:细胞裂解、MNase 消化和抗体孵育
注意:对于低起始量 ChIP-seq 实验,整个过程大约需要 3 天。
5. 低起始量 ChIP-seq 的第 2 天:免疫沉淀、洗涤和洗脱
注意:对于 IP 示例,请按照步骤 5.1-5.7作。对于 Input samples (输入样本),请遵循步骤 5.8-5.12。
6. 低起始量 ChIP-seq 的第 3 天:文库构建和测序
7. ATAC-seq 和 Low-input ChIP-seq 的数据分析
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为了生成原代胆管细胞的染色质景观,我们针对低数量 (~100,000) 的原代胆管细胞优化了低起始量 ChIP-seq 和 ATAC-seq 方案。原代胆管细胞的琼脂糖凝胶电泳结果表明,对于 1 × 105 个原代胆管细胞,0.02 U MNase 在 37 °C 下 5 分钟导致单核小体的产生,这被确定为最佳浓度(图 1)。
WT 或 PLD 小鼠胆管细胞的 ATAC-seq 和 H3K9ac/H3K9me3 低起始量 ChIP-seq 分析概述
WT 和 PLD 胆管细胞中染色质可及性水平的全基因组分析揭示了高质量的 ATAC-seq 和 ChIP-seq 数据。所有测序实验,包括 ATAC-seq 和低起始量 ChIP-seq,均使用两次生物学重复进行,以确保可重复性。使用 FastQC 对 ATAC-seq 和低起始量 ChIP-seq 进行的质量控制分析表明测序读取质量高(表 6)。跨基因的 ATAC-seq 信号热图...
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为了系统、全面地绘制囊性胆管细胞状态转换背后的染色质状态动力学,我们成功优化了有限数量的原代胆管细胞的低起始量 ChIP-seq 和 ATAC-seq。尽管这项研究侧重于原代胆管细胞,但我们相信该方案也可以应用于其他可用性有限的高活力原代细胞。同样,虽然本研究仅介绍了 H3K9ac 和 H3K9me3 的 ChIP-seq 分析结果,但该方案同样适用于其他组蛋白修饰,包括 H3K4me1、H3K4me3、H3K9ac 和 H3K27ac 等激活标记,以及 H3K9me3、H3K27me3 和 H3K36me3 等抑制标记。几个关键步骤对于确保实验的成功执行至关重要。
第一个关键步骤是确保原代胆管细胞分离的高活力。ATAC-seq 和低起始量 ChIP-seq 都需要高活力细胞;因此,必须在分离后立即对细胞进行计数和处理。胆管细胞分离过程中残留的任何蛋白 G 珠子都不会影响实验,因为它们可以在手术过程中去除(低起始量 ChIP-seq 的方案步骤 4.8 和 ATAC-seq 的方案步骤 2.6)。低起始量 ChIP...
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作者没有需要声明的利益冲突。
这项工作得到了中国国家自然科学基金 (82402166 to R.J.) 的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.5 M EDTA | Solarbio | E1170 | |
| 1 M Tris-HCl (pH=7.5) | Solarbio | T1140 | |
| 1 M Tris-HCl (pH=8.0) | Solarbio | T1150 | |
| 3 M NaAc | Beyotime | ST342 | |
| 8 M LiCl | Sigma | L7026 | |
| 琼脂糖凝胶 | Biosharp | BS081 | |
| ATAC DNA 文库制备试剂盒 | Vazyme | TD501 | |
| CaCl2 | Sangon Biotech | A501330 | 1 M 储备液 |
| ChIP DNA 文库制备试剂盒 | Vazyme | ND607 | |
| DNA 清洁珠 | Vazyme | N411 | |
| DNA 提取试剂 | Solarbio | P1012 | |
| EGTA | Solarbio | E8050 | 100 mM (pH = 8) 储备液 |
| 荧光计 | Invitrogen | Q33226 | |
| 糖原 | Thermo Scientific | R0561 | |
| 血细胞计数器 | QIUJING | XB。K.25。 | |
| Igepal CA-630 | Sigma | I8896 | 10% 库存 |
| 磁选机 | Promega | Z5342 | |
| MgCl2 | Sangon Biotech | A100288 | 1.5 M 库存 |
| MNase | Sigma | N3755 | 0.01 U/µL 原液 |
| NaCl | Sangon Biotech | A610476 | 5 M 原液 |
| NP40 | Solarbio | N8030 | |
| 无核酸酶水 | Life Technologies | AM9937 | |
| PCR 仪器 | Applied Biosystems | 4484073 | |
| PCR 纯化试剂 | QIAGEN | 28106 | |
| 蛋白酶抑制剂 | 罗氏 | 04693132001 | |
| 蛋白 G 微珠 | Invitrogen | 10004D | |
| 蛋白酶 K | TransGen | GE201-01 | |
| 旋转器 | Kylin-Bell | QB-528 | |
| SDS | Solarbio | S8010 | 10% 库存 |
| 脱氧胆酸钠 | Sigma | S1827 | |
| 热混合器 舒适 | Eppendorf | 5355 | |
| Triton X-100 | Solarbio | T8200 | |
| 吐温-20 | Solarbio | T8220 | |
| 软件 | Citation (PMID)/Company | 版本 | Website |
| Bowtie2 | 22388286 | 2.3.5.1 | https://github.com/BenLangmead/bowtie2 |
| Deeptools | 27079975 | 3.4.3 https://deeptools.readthedocs.io/en/latest/ | |
| FastQC | 0.12.1 | https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/ | |
| IGV | 21221095 | 2.12.3 | https://igv.org/ |
| MACS2 | 18798982 | 2.2.7.1 | https://hbctraining.github.io/Intro-to-ChIPseq/lessons/05_peak_calling_macs.html |
| Miniconda | Anaconda | 4.7.12.1 | https://www.anaconda.com/ |
| MultiQC | 27312411 | 1.23 | https://seqera.io/multiqc/ |
| Picard | 2.27.5 | https://broadinstitute.github.io/picard/ | |
| samtools | 33590861 | 1.6 | https://www.htslib.org/ |
| 修剪丰富 | 0.6.6 | https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/trim_galore/ |
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