CLOuD9 induce reversible β-globina promotor-LCR bucle. Uso adecuado del sistema CLOuD9 induce contacto reversible de la CSA complementaria y CSP CLOuD9 construye a través de la adición o eliminación de ABA para medios de cultivo celular (Figura 1a). CSP y CSA construcciones (Figura 1b) se localizan en regiones genómicas apropiadas usando estándar CRISPR gRNAs. Teniendo en cuenta la vasta documentación del locus de la globina humana así como el plegamiento cromosómicos frecuentes y cambio que se produce allí durante el desarrollo, esta región fue elegida para demostrar la utilidad del sistema CLOuD9. Además, la línea de celular K562 fue seleccionada porque se ha demostrado que constantemente expresan altos niveles del gen fetal γ-globina, en comparación con el gen de la β-globina que normalmente se expresa en células del linaje eritroide adultos sanos. Mediante el uso de las células K562, la capacidad de CLOuD9 para modificar la expresión génica puede ser examinada al tratar de restaurar la expresión del gen β-globina en esta línea celular.
Antes de la inducción de dimerización, cromatina inmunoprecipitación cuantitativa PCR (ChIP-qPCR) fue utilizado para asegurar la localización exacta y la orientación de cada componente de CLOuD9 (figura 1 complementaria). Además, co-inmunoprecipitación (Co-IP) con y sin ABA había verificado dimerización CSP y CSA en presencia del ligando como reversibilidad en ausencia de ligando (figura 1C y suplementario Figura 2). 24 h después de agregar el ABA, un mayor contacto entre la β-globina y la LCR apareció como es medido por captura de la conformación del cromosoma (3C) en las células con ambas partes de dimerización, pero no los controles que contiene sólo dos construcciones CSA o CSP, validando así la especificidad del cambio de la cromatina en los sitios específicos (figura 1 c y complementarias figuras 3, 4). Crear la interacción de LCR-β-globina no eliminó totalmente el contacto de LCR-globina endógeno, pero por el contrario, añadido al contacto original, como previamente divulgados8. Se observaron aumentos de β-globina/LCR contactos para un máximo de 72 h de dimerización, independientemente de la región exacta en la específicos LCR y β-globina región promotora (complementarios figuras 5,6). Por último, la reversibilidad del sistema fue confirmada con el 3C después de retirar la ABA, que demostró una completa renovación de la conformación endógena (Figura 1D y complementaria figuras 3-6).
Consideramos que el éxito demostrado en las células K562 puede ser el resultado de la ubicación del locus de globina en una región de eucromatina (figura 1 d), por lo que una segunda línea celular fue utilizada para explorar esta idea. Se aplicó el sistema de CLOuD9 a células HEK 293T regiones heterochromatic y no expresan genes de globina (Figura 1e). El resultado fue similar a lo observado en K562s; más asociaciones de LCR de la β-globina fueron medidas por 3C después de 24 h con ABA (Figura 1e y suplementario Figura 3), proporcionando evidencia de capacidad robusta de CLOuD9 para funcionar en diferentes entornos celulares, a pesar del estado original de la cromatina o conformación.
Loci adicionales fueron probados para asegurar la amplia aplicabilidad de CLOuD9, incluyendo el promotor Oct4 y un potenciador distal 5' dentro de las células 293T. Previamente, ha habido ninguna expresión perceptible de Oct4 en esta línea celular y además, ningún contacto endógeno descrito. Pruebas de expresión Oct4 en células madre embrionarias resultando de contacto con el potenciador distal 5' motivaron este experimento, y el mismo resultado se observó en el lugar geométrico de la β-globina del18. Contacto entre el Oct4 promotor y potenciador distal fue identificado en las células de CLOuD9 habilitado, pero no las células control (figura 1f). Además, se observó que el promotor Oct4 y distal 5' potenciador de interacción también incitaron un potenciador del 3' a en contacto con el promotor de Oct4. Este evento es consistente con la evidencia que el 3' reforzador interactúa con el promotor de Oct4/5 ' potenciador distal compleja durante la activación de genes endógenos10.
CLOuD9 induce alteraciones específicas de contexto en loci gen. Después de confirmar que el sistema de CLOuD9 de hecho inducir cromosómicas contactos en lugares geométricos del gene, se buscó analizar efecto los lazos sobre la expresión génica. Se ha documentado que la transcripción de los genes Oct4 y globina son contingentes en los contactos entre los lugares geométricos del gene LCR y globina y entre el potenciador distal 5' y promotor de Oct4, respectivamente1,11. Por lo tanto, la hipótesis de que la utilización de la CLOuD9 sistema formación de bucles de cromatina unidad en cada una de estas regiones tendría como resultado convincente expresión génica.
En ambos loci, RT-qPCR demostró que ABA inducida por la cromatina bucles condujo aumentos Oct4 expresión en células 293T y en la expresión de la β-globina en células K562, aunque no en 293Ts (Figura 2a). Aunque la adición de ABA a cultura para tan poco como 24 expresión mayor h β-globina de la célula, expresión continuó aumentando constantemente hasta 72 horas y fue reversible al derrubio de ABA (Figura 2a). Todas las células K562 a excepción de los controles había seguido esta tendencia, no importa donde los componentes de dimerización fueron situados en las regiones promotoras LCR y β-globina (Figura 2a y complementarias figuras 7,8). En apoyo de estas conclusiones, ChIP-qPCR de H3K4me3 y RNA Pol II en el locus de la β-globina en K562s y 293Ts correspondió con las alteraciones observadas en la transcripción (figura 2 c-f).
CLOuD9 establece lazos de cromatina estable. Aunque a corto plazo inducción de bucle con CLOuD9 seguido claramente las expectativas, ya sea inducción a largo plazo de bucle efectos diferenciales permaneció a observar. Para investigar esto, las células fueron cultivadas en presencia de ABA durante 10 días. Mientras que K562s y 293Ts exhiben mayor frecuencia de contacto entre el locus de la β-globina y el LCR en relación con los controles (figura 3a, b y figuras complementarios 9,10), sólo se observaron alteraciones en la expresión de β-globina en las células K562 (Figura 3C). Curiosamente, sin embargo, se observó que a largo plazo dimerización en K562s, donde la transcripción era fuertemente alza, no era más largo reversible (figura 3a y complementaria figuras 9-11). Sin embargo, en 293Ts, donde se observó ninguna alteración en la transcripción después de dimerización a largo plazo, induce alteraciones en los contactos de la cromatina permanecidos reversibles (figura 3b y suplementario Figura 9).
En general, sólo una pequeña disminución en la expresión génica se observó después de 10 días de retiro de la ABA, que seguía siendo significativamente mayor que los niveles de expresión del gen antes de dimerización (Figura 3C). En consonancia con esto, las células K562, pero no células 293T, demostraron alteraciones sostenidas en H3K4me3 y RNA Pol II en el locus de la β-globina por ChIP-qPCR, comparados a los controles, incluso después de 10 días de retiro de ABA (Figura 3d-f). Por lo tanto, nuestros resultados indican que la estabilidad del bucle de cromatina implica más genes sostenible.

Figura 1: CLOuD9 induce reversible β-globina promotor-LCR bucle. (a) adición de ácido abscísico (ABA, verde) trae dos construcciones complementarias de CLOuD9 (CLOuD9 S. pyogenes (CSP), CLOuD9 S. aureus (CSA), rojo y azul, respectivamente) en proximidad, remodelación de la estructura de la cromatina. Retiro de ABA restaura la conformación de la cromatina endógena. (b) CLOuD9 construcciones combinan la tecnología CRISPR-dCas9 de S. aureus y S. pyogenes con dominios PYL1 y ABI1 reversible dimerizeable. (c) línea de tiempo de CLOuD9 dimerización experimentos. (d) 3 C ensayo medición frecuencias de reticulación por todo el lugar geométrico de β-globina en células K562 después de 24 h de tratamiento con ABA (rojo) y posterior lavado (azul) muestra reversibilidad de inducida por contactos de β-globina/LCR (resaltadas en gris). Puntas de flecha naranja indican regiones de destino de construcción de CLOuD9 específicas. El fragmento de EcoRI que contienen sitios de hipersensibilidad 1-4 de la LCR (barra negra) fue utilizado como la región de anclaje. Se evaluaron su frecuencia de entrecruzamiento con otros fragmentos de EcoRI indicados (nombres en la parte superior del gráfico). Los genes de la β-globina humana y LCR hipersensibilidad son representados en la parte inferior de la gráfica con las coordenadas de posición cromosómica. Datos de ChIP-seq H3K4me3 y H3K9me3 demuestran que esta región euchromatic en K562s. (e) similares se observan cambios reversibles en la estructura de la cromatina en células HEK 293T, a pesar de la evidencia de datos H3K4me3 y H3K9me3 ChIP-seq que la globina región es heterochromatic en este tipo celular. (f) 3 C ensayo medición de frecuencias de reticulación todo el locus Oct4 en 293T células después de 72 h de tratamiento con ABA (rojo) mostrando inducida Oct4 distal contactos enhancer (resaltadas en gris). Puntas de flecha naranja indican regiones de destino de construcción de CLOuD9 específicas. El fragmento de MboI que contienen el promotor Oct4 (barra negra) fue utilizado como la región de anclaje. Se evaluaron su frecuencia de entrecruzamiento con otros fragmentos de MboI indicadas (nombres en la parte superior del gráfico). Las regiones Oct4 humanas están representadas en la parte inferior de la gráfica con las coordenadas de posición cromosómica. Todos los resultados de 3C se obtuvieron por lo menos tres experimentos independientes. 3C los valores se normalizaron a la tubulina. Para β-globina, la frecuencia de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijada a cero. Para Oct4, frecuencia de interacción entre el fragmento de anclaje y un fragmento de control negativo fuera de la región de interacción Oct4 se establece en cero. Barras de error indican s.d. n = 3. Esta cifra ha sido modificada de la figura 1 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: CLOuD9 induce alteraciones específicas de contexto en gene expresión y cromatina. (a) inducida de CLOuD9 cromatina bucles en el locus de la β-globina resulta en la inducción reversible de la expresión de β-globina en K562s pero no en 293Ts. significación dada en relación con las células del control tratado. Dos colas estudiante t-pruebas * P < 0.05, t = 3.418, df = 5; P < 0.0001, t = 10.42 df = 5; n.s. no significativo. Barras de error indican s.d. n = 3. (b) bucle de inducción de Oct4 expresión fue observada en 293Ts tras CLOuD9-inducida en el mismo lugar geométrico. Importancia se da en relación con las células del control tratado. Dos colas estudiante t-pruebas * P < 0.05, t = 4.562, df = 2. Barras de error indican s.d. (c) esquema de localizaciones de cartilla ChIP-qPCR a lo largo del cuerpo del gen β-globina. (d, e) ChIP-qPCR demuestra alteraciones reversibles en H3K4me3 en el locus de la β-globina en K562s pero no en 293Ts después de CLOuD9 inducida por bucle. Dos colas estudiante t-pruebas * P < 0.05, ** P < 0.001, *** P < 0.0001. Barras de error indican s.d. (f) CLOuD9 mediada por alteraciones en la transcripción de la β-globina en K562s corresponden con aumentos en la ocupación de la RNA Pol II a través de la totalidad del cuerpo gen β-globina. Dos colas estudiante t-pruebas * P < 0.05, ** P < 0.001, *** P < 0.0001. Barras de error indican s.d. Esta figura ha sido modificada desde la figura 2 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: CLOuD9 establece lazos de cromatina estable que sustentan la expresión del gen robusta después de dimerización a largo plazo. (a, b) 3 C análisis demuestra que en K562s pero no 293Ts, bucles de cromatina CLOuD9-inducida se convierte en irreversible después de 10 días de tratamiento ABA, incluso cuando se quita el ABA hasta 10 días más. Todos 3C se obtuvieron resultados de por lo menos tres experimentos independientes. 3C los valores se normalizaron a la tubulina, y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijadas a cero. Barras de error indican s.d. n = 3. (c) estabilización de bucle en K562s resultados en expresión persistente de β-globina, incluso después de 10 días de lavado de ABA. No hay cambios en la expresión de β-globina se observan en 293Ts. significación dada en relación con las células del control tratado. Dos colas estudiante t-pruebas *** P < 0.0001, t = 5.963, df = 5; aumento no significativo (d) ChIP-qPCR mostrando n.s. H3K4me3 marcas sobre el locus de la β-globina en respuesta a la inducida por la CLOuD9 bucle se sostiene después de 10 días de lavado ligando en K562s. dos colas del estudiante t-pruebas * P < 0.05, ** P < 0.001, *** P < 0.0001. (e) no hay alteraciones significativas en H3K4me3 señales siguientes a largo plazo dimerización fueron observados por ChIP-qPCR en 293Ts. (f) ocupación aumentó ARN Pol II del lugar geométrico del β-globin tras inducción de lazo a largo plazo se mantuvo en K562s después de 10 días de lavado de ligando. Dos colas estudiante t-pruebas * P < 0.05, ** P < 0.001, *** P < 0.0001. Todas las barras de error indican s.d. Esta figura ha sido modificada desde la figura 3 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 1 complementaria: CLOuD9 construcciones localización a sus regiones objetivo. Inmunoprecipitación de cromatina y cuantitativo PCR de CLOuD9 construcciones demuestran localización correcta a sus loci genómicos previstos. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 1 Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 2: CLOuD9 construcciones reversible asocian en respuesta al tratamiento ABA. Co-immunoprecipitations demostrar la Asociación de las proteínas dCas9 siguiente 72 h de tratamiento ABA es invertido siguiente posterior 72 h de lavado ligando. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 2 Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 3: tratamiento de Control no induce ningún cambio en los contactos de cromatina. El tratamiento con DMSO, un agente de control, por 24 horas no induce ningún cambio en la conformación de la cromatina endógena 3 c en cualquiera de los dos células K562 o HEK 293Ts. 3C los valores se normalizaron a la tubulina y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijados a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 3 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario figura 4: las células Control CLOuD9 transduced no mostrar ninguna alteración en bucles de cromatina. Dirigir dos CLOuD9 construye a cualquiera el LCR o el promotor de la β-globina no induce ningún cambio significativo en la estructura de la cromatina por 3C después del tratamiento de la ABA en relación con tratamiento de control. 3C los valores se normalizaron a la tubulina, y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijadas a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura ha sido modificada desde suplementario figura 4 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 5: CLOuD9 bucles de cromatina permanece reversible después de 72 horas de dimerización. Ensayo de C 3 en K562s demuestra reversibilidad de CLOuD9 inducida por β-globina/LCR contactos después de 72 horas de tratamiento ABA. 3C los valores se normalizaron a la tubulina, y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijadas a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 5 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 6: CLOuD9 inducida por β-globina/LCR bucle no se ven afectado por el sitio de destino de la globina. Dirección de CSP y CSA construye a regiones alternativas de la LCR o los resultados de promotor de β-globina en similares cambios reversibles en la inducción del ciclo por 3C tras 72 horas de tratamiento ABA. 3C los valores se normalizaron a la tubulina, y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijadas a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 6 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 7: CLOuD9 inducida por alteraciones en la expresión génica se mantienen independientemente del sitio de destino de la globina. Dirección de CSP y CSA construye alternativa regiones del promotor de β-globina y LCR no tiene impacto sobre la inducción de la expresión génica después de 72 h de dimerización. Sin embargo, mientras algunos impactan fuerza de expresión del gen siguiente dimerización a largo plazo (10 días) se observó, altos niveles de β-globina en relación con las células del control tratado fueron sostenido siguientes lavado de ligando posterior durante 10 días adicionales. Importancia se da en relación con las células del control tratado. p < 0.001, t = 10.25, df = 5; p < 0.0001, de izquierda a derecha t = 8.697, df = 6, t = 40.31, df = 7; n.s. no significativo. Todas las barras de error indican SD Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 7 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 8: Control CLOuD9 transduced las células no muestran alteraciones en la expresión de β-globina. Dirigir dos CLOuD9 construye a cualquiera el LCR o el promotor de la β-globina no induce ningún cambio significativo en la expresión de β-globina tratamiento ABA en relación con tratamiento de control. Importancia se da en relación con las células del control tratado. n.s. no significativo. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 8 Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 9: tratamiento de control a largo plazo no induce ningún cambio en los contactos de cromatina. El tratamiento con DMSO, un agente de control, durante 10 días no induce ningún cambio en la conformación de la cromatina endógena 3 c en cualquiera de los dos células K562 o HEK 293Ts. 3C los valores se normalizaron a la tubulina y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijados a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 9 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 10: CLOuD9 a largo plazo inducida por β-globina/LCR bucle no se ven afectado por el sitio de destino de la globina. Dirección de CSP y CSA construye regiones alternativas de la LCR o los resultados de promotor de la β-globina en sostenido asimismo lazo de inducción según lo demostrado por el 3C después de 10 días de tratamiento ABA y 10 días de lavado posterior ligando. 3C los valores se normalizaron a la tubulina, y frecuencias de interacción entre el fragmento de anclaje y el fragmento que abarca el fragmento β/HS fueron fijadas a cero. Barras de error indican SD. n = 3. Esta figura se ha modificado de 10 Figura complementaria en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Suplementario Figura 11: CLOuD9 construcciones irreversible asocian en respuesta al tratamiento a largo plazo de ABA. Co-immunoprecipitations demostrando Asociación irreversible de las proteínas dCas9 CSP y CSA después de 10 días de tratamiento ABA y 10 días posteriores de lavado ligando. Esta figura ha sido modificada desde suplementario Figura 11 en Morgan, Stefanie L., et al. 9. haga clic aquí para descargar esta figura.
Complementario tabla 1: lista de cartilla secuencias gRNAs, qRT-PCR, C 3 y ChIP qPCR. Esta tabla ha sido modificada desde complementario tabla 1 Morgan, Stefanie L., et al. 9. por favor haga clic aquí para descargar esta tabla