En este trabajo proporcionamos un flujo de trabajo experimental de cómo se pueden identificar y validar experimentalmente los potenciadores activos.
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En este trabajo proporcionamos un flujo de trabajo experimental de cómo se pueden identificar y validar experimentalmente los potenciadores activos.
El desarrollo embrionario es un proceso de múltiples etapas que implica la activación y la represión de muchos genes. Los elementos potenciadores en el genoma se sabe que contribuyen a los tejidos y células de tipo regulación específica de la expresión génica durante la diferenciación celular. Por lo tanto, su identificación y de la investigación es importante para entender cómo se determina el destino celular. La integración de los datos de expresión de genes (por ejemplo, microarrays o RNA-seq) y los resultados de la inmunoprecipitación de la cromatina (CHIP), con base en los estudios de genoma completo (chip-ss) permite la identificación a gran escala de estas regiones reguladoras. Sin embargo, la validación funcional de potenciadores específicas del tipo de célula requiere más in vitro y en los procedimientos experimentales in vivo. A continuación se describe cómo se pueden identificar y validar experimentalmente potenciadores activos. Este protocolo proporciona un flujo de trabajo paso a paso que incluye: 1) la identificación de regiones reguladoras por análisis, 2) la clonación y exper datos chip-ssvalidación imental del potencial regulador putativo de las secuencias genómicas identificadas en un ensayo reportero, y 3) la determinación de potenciador de la actividad in vivo mediante la medición de nivel de transcrito de ARN potenciador. El protocolo que se presenta es suficientemente detallada para ayudar a cualquier persona para establecer este flujo de trabajo en el laboratorio. Es importante destacar que, el protocolo puede ser adaptado fácilmente y utilizado en cualquier sistema de modelo celular.
El desarrollo de un organismo multicelular requiere una expresión regulada con precisión de miles de genes a través de los tejidos en desarrollo. La regulación de la expresión génica se lleva a cabo en gran parte gracias a los potenciadores. Los potenciadores son elementos cortos de ADN no codificantes que pueden unirse a factores de transcripción (TF) y actuar a distancia para activar la transcripción deun gen diana. Los potenciadores son generalmente de acción cis y se encuentran con mayor frecuencia justo aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción (TSS), pero estudios recientes también describieron ejemplos en los que los potenciadores se encontraron mucho más arriba, en los 3' del gen o incluso dentro de los intrones y exones2.
Hay cientos de miles de potenciadores potenciales en los genomas de los vertebrados1. Los métodos recientes basados en la inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) proporcionan datos de alto rendimiento de todo el genoma que se pueden utilizar para el análisis de potenciadores3-9. Aunque los datos obtenidos por los experimentos ChIP-seq aumentan en gran medida la probabilidad de identificar potenciadores específicos de células y tejidos, es importante tener en cuenta que los sitios de unión detectados no necesariamente identifican la unión directa al ADN y/o los potenciadores funcionales. Por lo tanto, es indispensable un análisis funcional adicional de los potenciadores recientemente identificados. En este trabajo, presentamos un proceso básico de tres pasos para la identificación y validación de potenciadores activos putativos. Esto incluye: 1) selección de sitios de unión de factores de transcripción putativos mediante análisis bioinformático de datos ChIP-seq, 2) clonación y validación de estas secuencias reguladoras en construcciones reporteras, y 3) medición de ARN potenciador (eRNA).
La exposición de las células madre embrionarias (ES) al ácido retinoico (AR) se utiliza con frecuencia para promover la diferenciación neuronal de las células pluripotentes 10. La artritis reumatoide ejerce sus efectos uniéndose a los receptores de artritis reumatoide (RARα, β, γ) y a los receptores de retinoides X (RXRα, β, γ). Los RAR y RXRs en forma de heterodímero se unen a motivos de ADN llamados elementos de respuesta RA, que normalmente se disponen como repeticiones directas de la secuencia AGGTCA (llamada medio sitio) y regulan la transcripción. Los experimentos de tratamiento con ligandos permitieron la identificación de varios genes regulados por ácido retinoico en células madre embrionarias 11,12. Sin embargo, aún no se han descrito elementos potenciadores para muchos de estos genes. Para demostrar cómo se puede utilizar el flujo de trabajo descrito aquí para la identificación y validación de potenciadores, mostramos paso a paso la selección y caracterización de dos potenciadores dependientes del ácido retinoico en células madre embrionarias.
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1. Selección del reforzador basado en el análisis de Chip-ss
2. Ensayo Reportero
NOTA: Se aplica el sistema luciferina / luciferasacomo un ensayo de indicador muy sensible para la regulación transcripcional. Dependiendo de la enzima luciferasa potenciador de la actividad se produce que catalizará la oxidación de luciferina a oxiluciferina resultante en bioluminescense, que puede ser detectado. Como primer paso, secuencias potenciadoras putativos identificados deben ser subclonados en un vector reportero (por ejemplo, TK-luciferasa 22, pGL3 o NanoLuc).
3. Caracterización del ARN del reforzador
NOTA: Un indicador más directo de la actividad potenciador ha surgido de reciente genoma-wide estudios que identificaron muchos ARNs no codificantes cortos, que varían en tamaño desde 50 a 2.000 nt, que se transcribe a partir de potenciadores, y se denominan ARN potenciador (16,25,26) Ernas (Figura 4). inducción erna altamente correlaciona con la inducción de genes de exones codificantes adyacentes. Por lo tanto, potenciador de la actividad dependiente de la señal se puede cuantificar in vivo mediante la comparación de la producción erna entre diversas condiciones de RT-qPCR.
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Se utilizó un anticuerpo específico para RXR-pan con el fin de identificar los genes que RA-regulada en todo el genoma tienen enriquecimiento receptor en su proximidad. Bioinformática análisis de los datos de RXR chip-ss obtenidas a partir de células madre embrionarias tratados con ácido retinoico reveló el enriquecimiento de la mitad sitio receptor nuclear (AGGTCA) bajo el RXR ocupado sitios (Figura 1). El uso de un algoritmo de bioinformática hemos mapeado vuelta el re...
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En los últimos años, los avances en la tecnología de secuenciación han permitido predicciones a gran escala de potenciadores en muchos tipos de células y tejidos 7-9. El flujo de trabajo descrito anteriormente permite realizar la caracterización primaria de los potenciadores candidatos elegidos en función de los datos de ChIP-seq. Los pasos y notas detallados ayudarán a cualquier persona a configurar una validación de potenciador de rutina en el laboratorio.
El paso más crítico en e...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer al Dr. Bence Daniel, Matt Peloquin, Dr. Endre Barta, Dr. Balint L Balint y miembros del laboratorio Nagy por sus discusiones y comentarios sobre el manuscrito. L.N cuenta con el apoyo de subvenciones del Fondo Húngaro de Investigación Científica (OTKA K100196 y K111941) y cofinanciado por el Fondo Social Europeo y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional y el Programa Húngaro de Investigación del Cerebro - Subvención No. KTIA_13_NAP-A-I/9.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| KOD ADN polimerasa | Merck Millipore | 71085-3 | para la amplificación por PCR de un potenciador a partir de ADNg |
| DNeasy Blood & Kit de pañuelos | Qiagen | 69504 | para el aislamiento genómico de ADN |
| QIAquick PCR Kit de purificación | Qiagen | 28106 | para la purificación de productos PCR |
| Kit de extracción de gel | Qiagen | 28706 | para la extracción de gel si hay más productos de PCR |
| HindIII | NEB | R3104L | enzima de restricción |
| BamHI | NEB | R3136L | enzima de restricción |
| FastAP | Thermo Scientific | EF0651 | liberación de grupos fosfato 5' y 3' del ADN |
| T4 ADN ligasa | NEB | M0202 | para ligadura |
| QIAprep Kit Spin Miniprep | Qiagen | 27106 | para el aislamiento de plásmidos |
| DMEM | Gibco | 31966-021 | ES media |
| FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES |
| media MEM Aminoácido no esencial | Sigma | M7145 | ES media |
| Penicilina-Estreptomicina | Sigma | P4333 | ES |
| media Beta Mercaptoethanol | Sigma | M6250 | ES |
| medios FuGENE HD | Reactivo de transfección | Promega | E2311 |
| Opti-MEM® I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-062 | para la transfección |
| Ácido retinoico totalmente trans | Sigma | R2625 | ligando, para la activación de RAR/RXR |
| Placa transparente de 96 pocillos | Greiner | 655101 | para el ensayo de beta galactosidasa |
| Placa blanca de 96 pocillos | Greiner | 655075 | para el ensayo de luciferasa |
| D-luciferina, sal de potasio | Goldbio.com | 115144-35-9 | para ensayo de luciferasa |
| Sal de ATP | Sigma | A7699-1G | para ensayo de luciferasa |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | para el ensayo de luciferasa |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | para el ensayo de luciferasa |
| Na2HPO4 • 7H2O | Sigma | 431478-50G | para el ensayo de beta galactosidasa |
| NaH2PO4 • H2O | Sigma | S9638-25G | para el ensayo de beta galactosidasa |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | para el ensayo de beta galactosidasa |
| KCl | Sigma | P9541-500G | para el ensayo de beta galactosidasa |
| ONPG (o-nitrofenil-β-D-galactosidasa) | Sigma | N1127-1G | para el ensayo de beta galactosidasa |
| TRIzol® | Life Technologies | 15596-026 Aislamiento de | ARN |
| Kit de transcripción inversa de ADNc de alta capacidad | Life Technologies | 4368814 | transcripción inversa de ARNe |
| Dnase libre de ARNe, | Promega | M6101 | Tratamiento de adnasa |
| SsoFast, Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR mastermix |
| CFX384 Touch™ Sistema de detección de PCR en tiempo real | Máquina de qPCR | BioRad | |
| Lector de microplacas BioTek Synergy 4 | Contador luminiscente | BioTek |
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