Dans ce travail, nous fournissons un flux de travail expérimental sur la façon dont les amplificateurs actifs peuvent être identifiés et validés expérimentalement.
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Dans ce travail, nous fournissons un flux de travail expérimental sur la façon dont les amplificateurs actifs peuvent être identifiés et validés expérimentalement.
Le développement embryonnaire est un processus en plusieurs étapes impliquant l'activation et la répression de nombreux gènes. Des éléments amplificateurs dans le génome sont connues pour contribuer à un tissu et un type de cellule spécifique régulation de l'expression génique au cours de la différenciation cellulaire. Ainsi, leur identification et une enquête plus approfondie est important afin de comprendre comment le destin cellulaire est déterminée. L' intégration des données de gènes d'expression (par exemple, microarray ou ARN-Seq) et les résultats de la chromatine immunoprécipitation (ChIP) à base d' études de l' ensemble du génome (ChIP-seq) permet l' identification à grande échelle de ces régions régulatrices. Cependant, la validation fonctionnelle d'amplificateurs spécifiques du type cellulaire doit être examinée in vitro et dans des procédures expérimentales in vivo. Nous décrivons ici comment exhausteurs actifs peuvent être identifiés et validés expérimentalement. Ce protocole fournit un flux de travail, étape par étape, qui comprend: 1) l'identification des régions régulatrices par l'analyse, 2) le clonage et exper données ChIP-seqvalidation imental du potentiel réglementaire putatif des séquences génomiques identifiées dans un dosage de rapporteur, et 3) la détermination de l' activité d'activateur in vivo par la mesure du niveau de la transcription de l' ARN d'activateur. Le protocole présenté est suffisamment détaillée pour aider quelqu'un à mettre en place ce flux de travail dans le laboratoire. Surtout, le protocole peut être facilement adapté et utilisé dans un système de modèle cellulaire.
Le développement d’un organisme multicellulaire nécessite l’expression précisément régulée de milliers de gènes dans les tissus en développement. La régulation de l’expression des gènes est accomplie en grande partie par des amplificateurs. Les amplificateurs sont de courts éléments d’ADN non codants qui peuvent être liés à des facteurs de transcription (TF) et agir à distance pour activer la transcription d’un gène cible1. Les amplificateurs sont généralement cis et se trouvent le plus souvent juste en amont du site de début de transcription (TSS), mais des études récentes ont également décrit des exemples où des amplificateurs ont été trouvés beaucoup plus en amont, sur les 3' du gène ou même dans les introns et les exons2.
Il existe des centaines de milliers d’amplificateurs potentiels dans les génomes des vertébrés1. Des méthodes récentes basées sur l’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) fournissent des données à haut débit de l’ensemble du génome qui peuvent être utilisées pour l’analyse des amplificateurs3-9. Bien que les données obtenues par les expériences ChIP-seq augmentent considérablement la probabilité d’identifier des amplificateurs spécifiques aux cellules et aux tissus, il est important de garder à l’esprit que les sites de liaison détectés n’identifient pas nécessairement la liaison directe à l’ADN et/ou les amplificateurs fonctionnels. Par conséquent, une analyse fonctionnelle plus poussée des amplificateurs nouvellement identifiés est indispensable. Dans ce travail, nous présentons un processus de base en trois étapes d’identification et de validation des amplificateurs actifs présumés. Cela comprend : 1) la sélection de sites de liaison présumés du facteur de transcription par l’analyse bio-informatique des données ChIP-seq, 2) le clonage et la validation de ces séquences régulatrices dans les constructions rapporteures, et 3) la mesure de l’ARN amplificateur (eRNA).
L’exposition des cellules souches embryonnaires (ES) à l’acide rétinoïque (RA) est fréquemment utilisée pour favoriser la différenciation neurale des cellules pluripotentes 10. La PR exerce ses effets en se liant aux récepteurs de la PR (RARα, β, γ) et aux récepteurs X des rétinoïdes (RXRα, β, γ). Les RAR et les RXR sous une forme d’hétérodimère se lient à des motifs d’ADN appelés éléments de réponse à l’AR, qui sont généralement organisés comme des répétitions directes de la séquence AGGTCA (appelée demi-site) et régulent la transcription. Des expériences de traitement par ligands ont permis d’identifier plusieurs gènes régulés par l’acide rétinoïque dans les cellules ES 11,12. Cependant, les éléments amplificateurs de bon nombre de ces gènes n’ont pas encore été décrits. Pour démontrer comment le flux de travail décrit ici peut être utilisé pour l’identification et la validation des amplificateurs, nous montrons étape par étape la sélection et la caractérisation de deux amplificateurs dépendants de l’acide rétinoïque dans les cellules souches embryonnaires.
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1. Enhancer Sélection basée sur l'analyse de Chip-seq
2. Reporter Assay
NOTE: Le système luciférine / luciférase est utilisécomme un essai rapporteur très sensible pour la régulation transcriptionnelle. En fonction de l'activité de l'activateur de cet enzyme luciférase est produite qui va catalyser l'oxydation de la luciférine à l'oxyluciférine entraînant bioluminescense, qui peut être détectée. Dans un premier temps, des séquences amplificatrices putatives identifiées devraient être sous - clonés dans un vecteur rapporteur (par exemple, TK-luciférase 22, pGL3 ou NanoLuc).
3. Caractérisation de l'ARN Enhancer
REMARQUE: Un indicateur plus directe de l'activité d'activateur a émergé de la récente génome wétudes ide qui ont identifié de nombreux ARN non-codants courts, dont la taille varie de 50 à 2000 nt, qui sont transcrits à partir des amplificateurs, et sont appelés ARN enhancer (Ernas) 16,25,26 (figure 4). erna induction est fortement corrélé à l'induction de gènes codant pour des exons adjacents. Ainsi, l' activité d'activateur dépendant du signal peut être quantifiée in vivo en comparant la production Erna entre les différentes conditions par RT-qPCR.
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Nous avons utilisé un anticorps RXR pan-spécifique afin d'identifier quels gènes RA réglementés de l'ensemble du génome ont l'enrichissement des récepteurs dans leur proximité. Analyse bio - informatique des données de RXR copeau suivants obtenus à partir de cellules ES traitées à l' acide rétinoïque a révélé l'enrichissement du demi - site du récepteur nucléaire (AGGTCA) sous le RXR sites occupés (figure 1). En utilisant un algorithme de bio - informatique , nous avons ...
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Ces dernières années, les progrès de la technologie de séquençage ont permis de prédire à grande échelle les amplificateurs dans de nombreux types de cellules et de tissus 7-9. Le flux de travail décrit ci-dessus permet d’effectuer une caractérisation primaire des amplificateurs candidats choisis sur la base des données ChIP-seq. Les étapes détaillées et les notes aideront toute personne à mettre en place une validation d’amplificateur de routine en laboratoire.
L’étape la plus crit...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs tiennent à remercier le Dr Bence Daniel, Matt Peloquin, le Dr Endre Barta, le Dr Balint L Balint et les membres du laboratoire Nagy pour les discussions et les commentaires sur le manuscrit. L.N est soutenu par des subventions du Fonds hongrois pour la recherche scientifique (OTKA K100196 et K111941) et cofinancé par le Fonds social européen, le Fonds européen de développement régional et le Programme hongrois de recherche sur le cerveau - Subvention n°. KTIA_13_NAP-A-I/9.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| KOD ADN polymérase | Merck Millipore | 71085-3 | pour l’amplification PCR de l’amplificateur à partir de l’ADNg |
| DNeasy Blood & Kit de mouchoirs ; | Qiagen | 69504 | pour l’isolement de l’ADN génomique |
| QIAquick PCR Kit de purification | Qiagen | 28106 | pour la purification de produits PCR |
| Kit d’extraction de gel ; | Qiagen | 28706 | pour l’extraction sur gel s’il y a plus de produit PCR |
| HindIII | NEB | R3104L | enzyme de restriction |
| BamHI | NEB | R3136L | FastAP |
| Thermo Scientific | EF0651 | libération de groupes 5'- et 3'-phosphate à partir de l’ADN | |
| T4 ADN ligase | NEB | M0202 | pour la ligature |
| QIAprep Spin Miniprep kit | Qiagen | 27106 | pour l’isolement plasmidique |
| DMEM | Gibco | 31966-021 | ES media |
| FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES media |
| MEM Non-Essential Amino Acid | Sigma | M7145 | ES media |
| Pénicilline-Streptomycine | Sigma | P4333 | ES media |
| Beta Mercaptoethanol | Sigma | M6250 | ES media |
| FuGENE HD ; | Promega | E2311 | réactif de transfection |
| Opti-MEM® ; I Sérum réduit à | durée de vie moyenne Technologies | 31985-062 | pour la transfection |
| Sigma | R2625 | l’acide rétinoïque tout-trans | , pour l’activation de RAR/RXR |
| à plaque transparente à 96 puits | Greiner | 655101 | pour le dosage de la bêta-galactosidase |
| Plaque blanche à 96 puits | Greiner | 655075 | pour le dosage de la luciférase |
| D-luciférine, sel de potassium | Goldbio.com | 115144-35-9 | luciférase ATP |
| sel | Sigma | A7699-1G | pour le dosage de la luciférase |
| MgSO4• ; 7H2O | Sigma | 230391-25G | pour le dosage de la luciférase |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | pour le dosage de la luciférase |
| Na2HPO4 • ; 7H2O | Sigma | 431478-50G | pour le dosage de la bêta-galactosidase |
| NaH2PO4 • ; H2O | Sigma | S9638-25G | pour le dosage de la bêta-galactosidase |
| MgSO4• ; 7H2O | Sigma | 230391-25G | bêta-galactosidase |
| KCl | Sigma | P9541-500G | bêta-galactosidase |
| ONPG (o-nitrophényl-&beta ;-D-galactosidase) | Sigma | N1127-1G | pour le dosage de la bêta-galactosidase |
| TRIzol® ; | Life Technologies | 15596-026 | Isolement de l’ARN |
| Kit de transcription inverse d’ADNc haute capacité Life Technologies | 4368814 | de la transcription inverse de l’ARNe | |
| Dnase sans Rnase | Promega | M6101 | Traitement de la dnase |
| SsoFast Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR |
| mastermix CFX384 Touch&trade ; Système de détection PCR en temps réel | Machine BioRad | qPCR | |
| Lecteur de microplaques BioTek Synergy 4 | Compteur luminescent BioTek |
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