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Abbildung 1 gibt einen Überblick über ERRBS, wobei die wesentlichen Schritte, die im gesamten beschriebenen Protokoll erläutert werden. ERRBS Bibliotheken wurden mit 50 ng Eingabe-DNA hergestellt.
Bewerten Sie die Qualität der Bibliotheken erstellt. Bibliothek Produktion routine ergibt Fraktionsgrößen von 150 bis 250 bp und 250 bis 400 bp (3A-C). Leichte Unterschiede in der Bibliothek Größenverteilungen zwischen den Proben zu erwarten sind. Man beachte, dass in den beiden unteren und oberen Bankfraktionen gibt es sehr intensive DNA Größen anzeigt Anreicherung einer bestimmten Sequenz. MspI-Verdau führt zur Anreicherung einer Familie repetitiver DNA-Sequenzen im menschlichen Genom zu 190 bp, 250 bp und 310 bp in den ERRBS Bibliotheken vorhanden. Diese drei Repeats repräsentieren eine charakteristische Signatur eines ERRBS Bibliothek 20 (siehe Figuren 3A-C und 3G). Repräsentative Bibliotheken wurden auf einer nächsten Generation Sequenz sequenziertr mit Single-Ende liest. Achten Sie beim Einlegen auf die empfohlene Konzentration Bibliothek auf einem Illumina HiSeq 2500 Sequenzer werden Cluster Dichten 500.000-700.000 pro mm 2 zu erwarten. An dieser Clustering Dichte 81,6% ± 3,14% (n = 81) der Cluster Tiefpaßfilter (4A). Aufgrund der geringen Komplexität Ende der Bibliothek Einsätze (MspI Erkennungsstelle: C ^ CGG), sind Intensitätswerte und Qualitätswerte während der Sequenzierung aufgezeichnet sehr variabel in den ersten drei Basen (4B-C), jedoch, wenn eine unabhängige Kontrollspur ist im Preis inbegriffen (siehe Diskussion), werden 85% der Basen Qualitätswerte von 30 oder höher (Q30-Werte; 4D).
Datenabgleich und Cytosin-Methylierung Bestimmung wie in den Protokoll Erträge Basenpaar auflösende Daten beschrieben (Tabelle 7). Für das menschliche Genom, ein 51-Zyklus ein- gelesen Sequenzierungslauf einer ERRBS Bibliothek in einer Spur eines HiSeq 2500 in Hochleistungs Modus regelmäßigely erzeugt 153.194.882 ± 12.918.302 Gesamt liest, dass nach dem Qualitätsfilter und Adapter Trimmen Erträge 152.231.183 ± 13.189.678 liest für die Eingabe in die Analyse-Pipeline. Durchschnittliche Mapping Effizienz für eine ERRBS Bibliothek ist in der Regel 62,95% ± 5,92% mit Darstellung 3.183.594 ± 713.547 CpGs mit einer Mindestdeckungssumme pro CpG von 10x und einem durchschnittlichen Verbrauch pro CpG von 84,94 ± 16,29 (n = 100).
Die ERRBS Protokoll ist offen für Multiplexing (siehe Zusatzdatei 1: Protokollanpassung für Multiplex-Sequenzierung). . Die Daten aus repräsentativen Sequenzierungsläufe ist in Abbildung 5 Daten aus Multiplex-Sequenzierungsdurchläufe (51-Zyklus ein- gelesen Sequenzierungslauf zusammengefasst; n = 128 für zwei Bibliotheken pro Bahn; n = 11 für drei Bibliotheken pro Bahn; n = 11 für vier Bibliotheken pro Spur) waren im Vergleich zu einer vollständigen Spur Sequenzierung eines ERRBS Bibliothek (51 Zyklus Einzel lesen Sequenzierläufe; n = 100) als auch Downsampling eine einzige Spur zu SimulatE 50%, 33% und 25% der liest pro Bahn (2, 3, und 4 Sample Multiplexing pro Bahn sind; n = 3). Da die Anzahl der Lesevorgänge pro Probe mit dem Multiplexfaktor abnimmt, nimmt die Anzahl der CpGs bei einer Deckung von mindestens 10-fach und die Abdeckung pro CpG ebenso abgedeckt (Figur 5 und Tabelle 8). Die mittlere Umwandlungsraten von nicht-CpG-Stellen zu erwarten sind 99,85% ± 0,04% (n = 400). Conversion-Raten niedriger als 99% kann darauf hindeuten, nicht optimal Bisulfitumwandlung, die in hohen Raten der falschen Methylierung Niveaus führen kann.
Daten aus einer ERRBS Bibliothek aus einem Vertreter der Personal genomischer DNA wurde in R 2.15.2 45 mit dem methylKit Paket 26 (siehe Zusatzcode-Datei 1 für Befehls Details) analysiert. Die Daten können in üblicherweise verwendeten Genom Browsern (6A) visualisiert werden. Die Cytosinmethylierung Daten gleichmäßig von beiden Strängen (6B) abgeleitet und reicht die gesamteSpektrum potentieller Cytosinmethylierung Ebenen (6C). Analyse technische Replikate aus einer repräsentativen menschlichen DNA-Probe ergibt große Übereinstimmung zwischen den Datenergebnissen (6D) und deckt CpGs in einem breiten Spektrum von genomischen Loci (6E und F wie vorher beschrieben 26). Während technische Replikate 2-Werte (über 97%) zu erhalten hohe R, werden biologische Repliken R 2 Werten zwischen 0,92-0,96 26 und den Vergleich verschiedener Zelltypen des Menschen wird R 2 Werte unter 0,86 (Daten nicht gezeigt) zu erhalten erhalten.

Abbildung 1: Flussdiagramm des ERRBS Protokollschritte. Diagramm stellt Schritte, die in einem traditionellen Arbeitstages abgeschlossen werden kann. * Kennzeichnet eine mögliche Pause Punkt (unmittelbar folgen ing Ligierung bereinigen und bevor die Größe Auswahl Protokoll Schritt 5), an dem Proben können bei -20 ° C vor der Dauer Protokoll ausgehend eingefroren werden.

Abbildung 2: Größenauswahl Protokoll. (A) Screenshot der Einstellungen im ERRBS Pippin Prep-Protokoll verwendet wird (siehe Protokoll 5.1.2 - 5.1.6): (1) Wählen Sie die Kassettentyp. (2) Wählen Sie Standard verwendet werden soll. (3) Wählen Sie den Erfassungsmodus für jede Spur. (4) Geben Sie die Sammlung bp reicht. (5) Speichern Sie das Protokoll (B) Stufen des Hand Gelextraktion in Abschnitt 5.2-Protokoll verwendet:. (1) Visualisierte Gel Leitern. (2) bezeichnete Größen zur Größenauswahl mit einer Rasierklinge. (3) Bild von herausgeschnittenen Proben (niedrigere Bruchteil: 150 bis 250 bp und höheren Anteil: 250 bis 400 bp)."> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 3: Qualitätskontrolle Ergebnisse für repräsentative ERRBS Bibliotheken von menschlichen DNA-Proben mit einem Bioanalyzer Maschine hergestellt. (A) Gel-ähnliche Bild, das eine Standard-Leiter (1), Unter Bibliothek Fraktion (135-240 bp Fraktion von Pippin Prep); 2) und die höhere Bankfraktion (240 bis 410 bp-Fraktion aus Pippin Prep); . 3) (B) Bioanalyzer Elektropherogramm der erwarteten niedrigeren Bankfraktion (C) Bioanalyzer Elektropherogramm der erwarteten höheren Bankfraktion D -.. F) Repräsentative Daten von schlechter Qualität Bibliothek prep. Gelartigen Bildes (D) der Standardleiter (1), unteren Bankfraktion (2) und die höhere Bankfraktion (3). Die Bande bei 150 bp mit einem arro markiertw gibt große Mengen an Adapter. Elektropherogramm der unteren (E) und höhere Bankfraktionen (F) mit den überschüssigen Adapter Peaks bei 150 bp (mit Pfeilen markiert). (G) Bioanalyzer Elektropherogramm einer gepoolten ERRBS Bibliothek zur Sequenzierung. Rote Kurve stellt eine hohe Qualität gebündelt Bibliothek paritätisch mit höherer und niedrigerer Fraktionen. Blaue Kurve stellt eine gepoolte Bibliothek für die Sequenzierung nicht ausreichend aufgrund mangel der gleichberechtigten Vertretung der höheren und niederen Fraktionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 4: Sequenzierung Charts für eine repräsentative ERRBS 51 Zyklus Einzel lesen Sequenzierungsdurchlauf auf einem HiSeq 2500 Sequenzer in hoher LeistungModus. (A) Cluster-Dichten (K / mm 2 = 1.000 Cluster pro Millimeter im Quadrat, blau). Und Cluster-Dichten vorbei Filter (grün) in zwei Fahrspuren mit ERRBS Bibliotheken (B) Typische Intensitäten in den ersten 30 Zyklen in einer Gasse mit einem gesehen ERRBS Bibliothek. Beachten Sie die CGG Unterschrift MspI Verdauung in den Intensitäten der ersten drei Zyklen. (C) Prozentsatz der Basen mit einem Qualitätsfaktor von 30 oder höher (%> Q30) für jeden Zyklus in einem ERRBS Spur. (D) Qualitäts Partituren für alle Zyklen in einem ERRBS Spur. Blau = weniger als Q30, Grün = größer als oder gleich zu Q30. In dieser Gasse, 84,7% der Basen hatten Qualitätswerte von 30 oder höher.

Abbildung 5: Die Sequenzierung Ausgabeergebnisse. Box-Plots von experimentellen Daten aus Multiplex und einzigen Probe pro Bahn Sequenzierung ru ns (als grüne Kästchen dargestellt) und der Daten durch simulierte Downsampling von Sequenzierungsläufen von drei ERRBS Bibliotheken abgeleitet wurde (als blaue Kästchen dargestellt, fünf Mal pro Sequenzierungslauf abgetastet) ab 51 Zyklus Einzel lesen Sequenzierung läuft Die Multiplexfaktor entspricht. pro Bahn die Zahl der ERRBS Bibliotheken sequenziert. 1 = gesamte Fahrspur oder 100% der liest und stellt Daten aus einer einzigen Bibliothek ERRBS pro Bahn; 2 = 50% der Spur und stellt Daten aus zwei ERRBS Bibliotheken pro Bahn; 3 = 33% einer Spur und stellt Daten aus drei ERRBS Bibliotheken pro Bahn; und 4 = 25% einer Spur und stellt Daten von vier ERRBS Bibliotheken pro Bahn. (A) Die Lese zählt, oder die Anzahl der Sequenzen analysiert, pro Multiplexfaktor. (B) Die Anzahl der CpG die durch die Sequenzdaten pro Multiplexen abgedeckt Faktor. (C) Der mittlere Verbrauch pro CpG pro Multiplexfaktor._blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abbildung 6: Repräsentative Daten aus einer ERRBS Bibliothek aus humaner genomischer DNA, die (A) University of California, Santa Cruz (UCSC) Genom-Browser 43 Bild von repräsentativen Daten aus einer ERRBS Sequenzierung Spur.. Der Maßstab der y-Achse stellt 0-100% Methylierung an jedem Cytosin mit einem Minimum von 10-fach abgedeckt. Die Platte Brauch Spur stellt die Vorwärtsstrang und die untere benutzerdefinierte Spur stellt den Rückwärtsstrang. Dargestellt ist chr12:.. 6,489,523-6,802,422 (HG19) inklusive RefSeq Gene und CpG-Inseln innerhalb dieser genomischen Region (B) Verteilung Histogramme von CpG Abdeckung entlang Vorwärts- und Rückwärts Stränge in einer repräsentativen humanen CD34 + Knochenmarksprobe (C) Verteilung Histogrammvon CpG-Methylierung Ebenen entlang der beiden Stränge in einer repräsentativen humanen CD34 + Knochenmarksprobe. (D) Correlation Grundstück von CpG-Methylierung Niveaus aus einer repräsentativen technischen Nachbildung eines menschlichen DNA-Probe. (E) Kreisdiagramm, welches die Anteile von CpGs in ERRBS bedeckt die auf CpG-Inseln (hellgrün), CpG-Ufer (grau) und anderen Regionen (weiß) in einer repräsentativen Stichprobe von menschlicher genomischer DNA vorbereitet kommentiert. (F) Kreisdiagramm, welches die Anteile von CpGs in ERRBS abgedeckt, die Gen-Promotoren kommentierten (rot ), die Exons (grün), Introns (blau) und Intergenregionen (lila). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
| Reagens | Volumen | Kommentar |
| 10x T4 DNA Ligase-Reaktionspuffer | 10 & mgr; | |
| Desoxynucleotidtriphosphat (dNTP) Lösung Mix | 4 ul | Mischen von 10 mM jedes Nukleotid |
| T4 DNA-Polymerase | 5 & mgr; | 3.000 Einheiten / ml |
| DNA-Polymerase I Large (Klenow) Fragment | 1 & mgr; | 5.000 Einheiten / ml |
| T4 Polynucleotide Kinase | 5 & mgr; | 10.000 Einheiten / ml |
| DNase-freiem Wasser | 45 & mgr; | |
Tabelle 1:. End Reparaturreaktion Reagenzien Reagenz Namen und Mengen in dem Ende Reparaturreaktion (Protokollschritt 2.1) verwendet.
| Reagens | Volumen | Kommentar |
| 10x Reaktionspuffer | 5 & mgr; | B. NEBuffer 2 |
| 1 mM 2'-Desoxyadenosin-5'-triphosphat (dATP) | 10 & mgr; | |
| Klenow-Fragment (3 '→ 5'-Exo-) | 3 ul | 5.000 Einheiten / ml |
Tabelle 2:. A-Tailing-Reaktion Reagenzien Reagenz Namen und Mengen in der A-Tailing-Reaktion (Protokoll Schritt 3.1) verwendet.
| Reagens | Volumen | Kommentar |
| 15 uM geglüht Adapter in DNase-freiem Wasser | 3 ul | PE-Adapter 1,0 und PE-Adapter 2.0; siehe Tabelle 4 Sequenzen und Referenz |
| 10x T4 DNA Ligase-Reaktionspuffer | 581; l | |
| T4 DNA Ligase | 1 & mgr; | 2.000.000 Einheiten / ml |
| DNase-freiem Wasser | 31 & mgr; | |
Tabelle 3: Adapter Ligationsreaktion Reagenzien Reagenz Namen und im Adapter Ligationsreaktion (Protokoll Schritt 4.2) verwendeten Mengen..

Tabelle 4:. Oligos im ERRBS Protokoll Liste der Oligos im gesamten ERRBS Protokoll in der Ligationsreaktion (Protokoll Schritt 4) und PCR-Amplifikation Schritte (Protokoll Schritt 7) verwendet.
| Reagens | Volumen | Kommentar |
| 10x Faststart High Fidelity Reaktionspuffer with 18 mM Magnesiumchlorid | 20 & mgr; | |
| 10 mM dNTP Mix-Lösung | 5 & mgr; | |
| 25 uM Primer PCR PE 1.0 | 4 ul | Siehe Tabelle 4 |
| 25 uM Primer PCR PE 2.0 | 4 ul | Siehe Tabelle 4 |
| Faststart High Fidelity Enzyme | 2 & mgr; | 5 Einheiten / ul Faststart Taq DNA Polymerase |
| DNase-freiem Wasser | 125 ul | |
Tabelle 5: PCR Reagenzien Reagenz Namen und in der PCR-Amplifikationsreaktion (Protokoll Schritt 7.1) verwendeten Mengen..
| Protokoll Schritt | Reagenz / Protokoll Detail | Eingangs DNA Menge |
| 5-10 ng | 25 ng | 50 ng |
| 1 | MspI Enzym | 1 & mgr; | 2 & mgr; | 2 & mgr; |
| MspI Digest Reaktionsvolumen | 50 | 100 | 100 |
| 4 | Adapter in Ligationsreaktion | 1 & mgr; | 2 & mgr; | 3 ul |
| Die Ligationsreaktionsvolumen | 20 & mgr; | 25 & mgr; | 50 & mgr; |
| 5 | Größenauswahl Protokoll | Nur Hand Gel | Pippin Prep oder manuelle Gel | Pippin Prep oder manuelle Gel |
| 7 | PCR-Primer-Konzentration | 25 & mgr; M | 25 & mgr; M | 10 uM für 14 Zyklen; 25 uM für 18 Zyklen |
| Anzahl der PCR-Zyklen | 18 | 18 | 14-18 |
Tabelle 6:. Schritt Protocol Modifikationen für Vormaterial Mengen im Bereich von 5 bis 50 ng mehrere Schritte in der gesamten Protokoll ist eine Änderung der verwendet werden, um qualitativ hochwertige Bibliotheken aus verschiedenen Mengen an Ausgangsmaterialien zu erzeugen Reagenzienmengen. Änderungen an Schlüsselverpackungsgrößen sind hier eingeschlossen. Passen Puffer und Wassermengen in Reaktionen entsprechend.
| Chr | Basis | Strang | Berichterstattung | freqC | freqts |
| chr1 | 10.564 | R | 366 | 85,52 | 14,48 |
| chr1 | 10.571 | F | 423 | 91,25 | 8,75 |
| chr1 | 10542 | F | 432 | 91,2 | 8.8 |
| chr1 | 10563 | F | 429 | 94,64 | 5.36 |
| chr1 | 10.572 | R | 366 | 96,99 | 3.01 |
| chr1 | 10.590 | R | 370 | 88,11 | 11,89 |
| chr1 | 10.526 | R | 350 | 92 | 8 |
| chr1 | 10.543 | R | 368 | 92,93 | 7,07 |
| chr1 | 10.525 | F | 433 | 91,92 | 8.08 |
| chr1 | 10497 | F | 435 | 88,74 | 11,26 |
Tabelle 7: Vertreter ERRBS Daten. Nach dem Datenabgleich und Cytosin-Methylierung Bestimmung, Basenpaar Daten erhalten für jedes CpG fällt, wird die Ausrichtung Protokoll wie beschrieben die genomische Koordinate (Spalten: chr = Chromosom, Basis- und Strand) zu bestimmen. Der Deckungsgrad der spezifischen Locus (Coverage ), und die Rate von Detektions Cytosin gegen Thymidin als Prozent (freqC und freqts beziehungsweise).
| Anzahl der ERRBS Bibliotheken pro Spur | Die mittlere Anzahl der einzigartig ausgerichtet liest | Die mittlere Anzahl der CpGs abgedeckt | Mittlere Deckung pro CpG |
| 1 | 152.231.184 ± 13.189.678 | 3.183.594 ± 713.547 | 85 ± 16 |
| 2 | 77.680.837 ± 7.657.058 | 2.674.823± 153.494 | 49 ± 9 |
| 3 | 49.938.156 ± 2.436.865 | 2.552.186 ± - 76.624 | 39 ± 2 |
| 4 | 34.457.208 ± 4.441.686 | 1.814.461 ± 144.339 | 28 ± 4 |
Tabelle 8:. Vertreter Parameter aus der Sequenzierung Einzel- und Multiplex ERRBS Bibliotheken Gezeigt wird Daten pro Spur von 51-Zyklus ein- gelesen Sequenzierläufe: Mittelwert und Standardabweichungen der einzigartig ausgerichtet liest, Anzahl der CpGs bedeckt und Deckung pro CpG-Sequenzierung von Einzel erhalten ERRBS Bibliotheken pro Spur (n = 100), zwei ERRBS Bibliotheken pro Spur (n = 128), drei ERRBS Bibliotheken pro Spur (n = 11) und vier ERRBS Bibliotheken pro Spur (n = 11).