Diese Methode wurde entwickelt, um der Bildung von PRC2-vermittelten Chromatindomänen in Zelllinien zu folgen, und die Methode kann an viele andere Systeme angepasst werden.
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Methodenartikel
Diese Methode wurde entwickelt, um der Bildung von PRC2-vermittelten Chromatindomänen in Zelllinien zu folgen, und die Methode kann an viele andere Systeme angepasst werden.
Die Organisation und Struktur von Chromatindomänen ist für einzelne Zelllinien einzigartig. Ihre Fehlregulation könnte zu einem Verlust der zellulären Identität und/oder Krankheit führen. Trotz enormer Anstrengungen ist unser Verständnis der Bildung und Verbreitung von Chromatin-Domänen immer noch begrenzt. Chromatin-Domänen wurden unter stationären Bedingungen untersucht, die nicht förderlich für die Verfolgung der ersten Ereignisse während ihrer Einrichtung sind. Hier stellen wir eine Methode vor, um Chromatin-Domänen induduziert und deren Neubildung als Funktion der Zeit zu verfolgen. Obwohl, zuerst auf den Fall der PRC2-vermittelten repressiven Chromatin-Domänenbildung angewendet, könnte es leicht an andere Chromatin-Domänen angepasst werden. Die Modifikation und/oder Kombination dieser Methode mit Genomik- und Bildgebungstechnologien wird unschätzbare Werkzeuge liefern, um die Etablierung von Chromatin-Domänen im Detail zu untersuchen. Wir glauben, dass diese Methode unser Verständnis davon revolutionieren wird, wie Chromatin-Domänen sich bilden und miteinander interagieren.
Eukaryotische Genome sind hoch gradig organisiert und Veränderungen in der Chromatin-Zugänglichkeit steuern direkt die Gentranskription1. Das Genom enthält verschiedene Arten von Chromatin-Domänen, die mit transkriptionaler Aktivität und Replikationtiming2,3korrelieren. Diese Chromatin-Domänen reichen von wenigen Kilobasen (kb) bis zu mehr als 100 kb und zeichnen sich durch eine Bereicherung in unterschiedlichen Histonmodifikationenaus 4. Die zentralen Fragen sind: Wie werden diese Domänen gebildet und wie werden sie propagiert?
Eine der am besten charakterisierten Chromatin-Domänen wird durch die Aktivität des Polycomb-Repressionskomplexes 2 (PRC2) gefördert. PRC2 ist ein Komplex mit mehreren Untereinheiten, der aus einer Teilmenge der Polycomb-Gruppe (PcG) der Proteine5,6besteht und die Mono-, Di- und Trimethylierung von Lysin 27 des Histons H3 (H3K27me1/me2/me3)7,8, 9,10. H3K27me2/me3 sind mit einem repressiven Chromatinzustand verbunden, aber die Funktion von H3K27me1 ist unklar6,11. Eine der Kernkomponenten der PRC2, die embryonale Ektodermentwicklung (EED), bindet durch ihren aromatischen Käfig an das Endprodukt der PRC2-Katalyse, H3K27me3, und diese Funktion führt zur allosterischen Stimulation von PRC212,13. Die enzymatische Aktivität der VR China ist entscheidend für die Erhaltung der zellulären Identität während der Entwicklung, da die unangemessene Expression bestimmter Entwicklungsgene, die für eine bestimmte Abstammung kontraindiziert sind, schädlich wäre5,6 . Daher ist die Auflösung der Mechanismen, mit denen PRC2 die Bildung repressiver Chromatindomänen bei Säugetieren fördert, von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der zellulären Identität.
Alle bisherigen experimentellen Systeme zur Untersuchung der Chromatin-Domänenbildung einschließlich PRC2-vermittelter Chromatin-Domänen wurden unter stationären Bedingungen durchgeführt, die nicht in der Lage sind, die sich entfaltenden Ereignisse der Chromatin-Domänenbildung in Zellen. Hier stellen wir ein detailliertes Protokoll zur Erzeugung eines induzierbaren Zellsystems vor, das die anfängliche Rekrutierung und Verbreitung von Chromatin-Domains überwacht. Insbesondere konzentrieren wir uns auf die Verfolgung der Bildung von PRC2-vermittelten repressiven Chromatin-Domänen, die H3K27me2/3 umfassen. Dieses System, das die mechanistischen Details der Chromatin-Domänenbildung erfassen kann, könnte angepasst werden, um andere Chromatin-Domänen zu integrieren, wie die weithin untersuchten Domänen, die entweder H2AK119ub oder H3K9me umfassen. In Kombination mit Genomik- und Bildgebungstechnologien hat dieser Ansatz das Potenzial, verschiedene, zentrale Fragen der Chromatinbiologie erfolgreich anzugehen.
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Generierung induzierbarer EED-Rettungs-MESCs
1. Zellkultur
2. Erzeugung von klonalen EED Knockout (KO) mESCs
3. Entwicklung der EED-Knockout-mESCs für Cre-ERT2-basierte induzierbare EED-Expression
4. Nach Keimbildung und Verbreitung der PRC2-Aktivität auf Chromatin
5. Überwachung der Entstehung und des Wachstums der H3K27me3-Schwerpunkte in den mESCs-Kernen
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Ein allgemeines Schema des bedingten Rettungssystems
Abbildung 1 zeigt das Targeting-Schema zur bedingten Rettung von EED-KO-Zellen mit entweder WT- oder Käfigmutant (Y365A) EED, das aus dem endogenen EED-Lokus exprimiert wird. Nach dem Knocking out EED, einer Kernuntereinheit von PRC2, die für ihre Stabilität und enzymatische Aktivität unerlässlich ist, wird eine Kassette innerhalb des intron folgenden Exon s 9 von EED eingeführt (Abbildung 1
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Ein kraftvoller Ansatz, um die mechanistischen Details während der Bildung einer bestimmten Chromatin-Domäne zu verstehen, besteht darin, zuerst die Domäne zu stören und dann ihre Rekonstruktion in den Zellen zu verfolgen. Der Prozess kann jederzeit während der Rekonstruktion angehalten werden, um die laufenden Ereignisse im Detail zu analysieren. Frühere Studien an Chromatin-Domänen waren nicht in der Lage, solche Ereignisse zu lösen, wie sie unter stationären Bedingungen durchgeführt wurden (z. B. Vergleich von Wildtyp...
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D.R. ist Mitbegründer von Constellation Pharmaceuticals und Fulcrum Therapeutics. Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.
Wir danken Drs. L. Vales, D. Ozata und H. Mou für die Überarbeitung des Manuskripts. Das D.R. Lab wird vom Howard Hughes Medical Institute und den National Institutes of Health (R01CA199652 und R01NS100897) unterstützt.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| (Z)-4-Hydroxytamoxifen (5 mg) | Sigma | H7904-5MG | Zur Induktion der EED-Expression |
| 16%ige wässrige Paraformaldehyd-Lösung (10x10 ml) | Elektronenmikroskopie Sciences | 15710 | Für Immunfluoreszenz |
| 2-Mercaptoethanol | LifeTechnologies | 21985-023 | Für mES-Kultur |
| 2%ige Gelatinelösung | Sigma | G1393-100ml | Für mESCs Kultur |
| Accutase 500 ML | Innovative Cell Tech/FISHER | AT 104-500 | Für mES-Kultur |
| Alexa Fluor 594 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson immunoresaerch | 711-585-152 | Für Immunfluoreszenz |
| Aqua-Mount Eindeckmedium | FISHER/VWR | 41799-008 | Für Immunfluoreszenz |
| CHAMBER SLD TC PRMA 8-CHM 16 PK | Fisher Sci | 177445PK | Für Immunfluoreszenz-DAPI |
| (4',6-Diamidino-2-phenylindole, Dihydrochlorid) - 10 mg | Life Tech | D1306 | Für Immunfluoreszenz-ERK-Inhibitoren |
| , PD0325901 | Stemgent | 04-0006 | Für mES-Kultur |
| ESGRO Rekombinantes Maus-LIF-Protein | Millipore/Fisher | ESG1107 | Für mES-Kultur-FBS-Stammzell-qualifizierte |
| Atlanta S10250 | Für mES-Kultur | ||
| Gibson Assembly Master Mix | NEB | E2611L | Für die Klonierung von Spender-Templates |
| GSK3-Inhibitor, CHIR99021 | Stemgent | 04-0004 | Für mESCs-Kultur |
| H3K27me2 (D18C8) Kaninchen mAB | Zellsignalisierung | 9728S | Antikörper für ChIP-seq |
| H3K27me3 | Zellsignalisierung | 9733S | Antikörper für ChIP-seq |
| Histon H2Av Antikörper (pAb) | Aktives Motiv | 39715 | Spike-in-Kontrolle für ChIP-seq |
| Knockout DMEM | Invitrogen | 10829-018 | Für mES-Kultur |
| L-Glutamin | Sigma | G7513 | Für mES-Kultur |
| Lipofectamine 2000 | LifeTech | 11668019 | Für die Transfektion |
| MangoTaq DNA-Polymerase | Bioline | BIO-21079 | Für die Genotypisierung |
| Normales Eselsserum (10 mL) | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | Für Immunfluoreszenz |
| Penicillin-Streptomycin | Sigma/Roche | P0781 | Für mES-Kultur |
| pSpCas9(BB)-2A-GFP (PX458) | Addgene | 48138 | Für die gRNA-Klonierung |
| QuickExtract DNA-Extraktionslösung | Lucigen | QE0905T | Für die Genotypisierung PCR |
| Triton X-100 | Sigma | T8787-250ML | |
| Zero Blunt PCR Klonierungskit | Thermo | Fisher K270020 | Für die Klonierung von Spender-Templates |
| Primers/gBlocks | |||
| EED-KO-gRNA-1 | Sequenz: ctctggctactgtcaactag. gRNAs paaren sich mit Knockout-EED in C57BL/6 ESCs für i-WT-r- und i-MT-r-Systeme. | ||
| EED-KO-gRNA-2-Sequenz | : TAGGCTATGACGCAGCTCAG. gRNAs paaren sich mit Knockout-EED in C57BL/6 ESCs für i-WT-r und i-MT-r Systeme. | ||
| EED-gRNA-induzierbare | Sequenz: atggcaccccgaaattagaa. gRNA und Donor zur Erzeugung eines i-WT-r-Systems im EED-KO-Hintergrund. | ||
| i-WT-r Spender | https://benchling.com/s/seq-l2LLlWNEnLrfGXcbdCxI. gRNA und Spender zur Erzeugung des i-WT-r-Systems im EED-KO Hintergrund. | ||
| EED-gRNA-induzierbare | Sequenz: atggcaccccgaaattagaa. gRNA und Donor zur Erzeugung eines i-WT-r-Systems im EED-KO-Hintergrund. | ||
| i-MT-r-Spender | https://benchling.com/s/seq-n8eiZCB2XAkOuzzpv6qM. gRNA und Spender zur Erzeugung des i-MT-r-Systems im EED-KO-Hintergrund. | ||
| Genotypisierungsprimer | |||
| Gnt-EED-KO-FW-1 | Sequenz: ctgtaggctgccatctgtga. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von 1,9 kb. Das Knockout-Allel produziert ein Produkt von 200 bp. | ||
| Gnt-EED-KO-REV-1 | Sequenz: agccagggctacacagagaa. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von 1,9 kb. Das Knockout-Allel produziert ein Produkt von 200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-FW-1 | Sequenz: tgcagtgaaacaaatttggaa. Wenn die Kassette eingesetzt wird, erzeugen die Zündhütchen 1863 bp. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von ~200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-REV-1 | Sequenz: gagaggggtggcactgtaaa. Wenn die Kassette eingesetzt wird, erzeugen die Zündhütchen 1863 bp. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von ~200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-FW-2 | Sequenz: ccccctctttctccttttct. Wenn die Kassette eingesetzt wird, erzeugen die Zündhütchen 3200 bp. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von 1560 bp. | ||
| Inducible_Genotype-REV-2 | Sequenz: atgcctgggtgaatgaaaaa. Wenn die Kassette eingesetzt wird, erzeugen die Zündhütchen 3200 bp. Das Wildtyp-Allel erzeugt ein Produkt von 1560 bp. |
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