Ici, nous présentons un protocole ATAC-seq rapide et simple à implémenter dans un ver entier de Caenorhabditis elegans à étage L4 utilisant seulement 30 μL de pastille de ver.
Article de méthode
Ici, nous présentons un protocole ATAC-seq rapide et simple à implémenter dans un ver entier de Caenorhabditis elegans à étage L4 utilisant seulement 30 μL de pastille de ver.
L’accessibilité à la chromatine joue un rôle essentiel dans la transcription, la réparation de l’ADN et la ségrégation des chromosomes. Les régions hyper-accessibles sont généralement corrélées à des promoteurs et des amplificateurs actifs, facilitant la liaison des facteurs de transcription et l’activité régulatrice. Le test pour la chromatine accessible à la transposase via séquençage (ATAC-seq) permet un profilage génomique de l’accessibilité à la chromatine avec très peu de cellules. Cependant, son application chez Caenorhabditis elegans est limitée par la riche cuticule collagène du nématode, qui complique la dissociation cellulaire. Ici, nous présentons un protocole optimisé pour effectuer ATAC-seq sur des vers entiers à l’étape L4. La procédure commence par des cultures synchronisées et implique la perturbation des cuticules, la dissociation enzymatique et la préparation à la suspension cellulaire. Les noyaux perméabilisés sont ensuite soumis à la transposition de Tn5, puis à une amplification par réaction en chaîne par polymérase (PCR) et à la purification des bibliothèques prêtes pour le séquençage de nouvelle génération (NGS). Ce protocole nécessite 30 μL de granule de vers, peut être réalisé en une seule journée, et génère entre 5 000 et 9 000 pics d’accessibilité dans la souche de référence Bristol N2. Ce flux de travail rationalisé peut être adapté à d’autres étapes du développement ou à des populations cellulaires purifiées par FACS. En réduisant les barrières techniques à l’ATAC-seq chez C. elegans, cette méthode élargit les possibilités d’étude de l’accessibilité de la chromatine à l’échelle du génome en réponse à des perturbations génétiques et environnementales dans un contexte d’organisme entier.
Les génomes eucaryotes sont densément regroupés à l’intérieur du noyau cellulaire. Pour faire face aux contraintes spatiales, l’ADN est étroitement enveloppé autour des nucléosomes, des complexes multiprotéiques composés de huit histones très conservés dans différentsphylums 1. Les schémas d’accessibilité à la chromatine varient selon l’état cellulaire dans un tissu, et les schémas spécifiques auxgènes 2,3,4. L’accessibilité des nucléosomes est fortement corrélée à la transcription active, en particulier aux promoteurs et aux régions régulatrices distales telles que les amplificateurs, qui sont accessibles aux facteursde transcription 5. Les régions de chromatine ouverte jouent également un rôle important dans la réparation, la réplication et la ségrégation deschromosomes 3. En revanche, une accessibilité réduite est généralement corrélée à l’hétérochromatine silencieuse et à des séquencesrépétitives 6,7.
La cartographie de l’accessibilité à la chromatine a été une approche puissante pour comprendre la régulation génique. Différentes techniques ont été employées pour examiner l’accessibilité à la chromatine. Parmi les premières méthodes, la micronucléase microcoque (MNase) et la digestion de la DNase I ont été utilisées pour cartographier le positionnement et l’accessibilité des nucléosomes à des locispécifiques 8,9. Ces techniques ont ensuite été mises en œuvre pour des études à l’échelle du génome lorsqu’elles sont associées au séquençage de nouvelle génération (NGS)10,11. Cependant, ces techniques nécessitent une calibration minutieuse de la concentration enzymatique et du temps de réaction, ainsi qu’un nombre important de cellules, pour une mise en œuvre réussie.
En 2013, le laboratoire Greenleaf a mis en place le test pour la chromatine accessible par transposase en utilisant le séquençage (ATAC-seq) afin de cartographier de manière transparente l’accessibilité à la chromatine à l’échelle du génome en utilisant un faible nombre de cellules12. ATAC-seq profite de la transposase Tn5 commercialement disponible pour insérer de manière préférentielle des séquences d’ADN courtes (c’est-à-dire des codes-barres) dans les régions de chromatine ouverte, généralement dépourvues de nucléosomes, et est corrélée avec des promoteurs et des amplificateurs actifs. Le protocole nécessite la perméabilisation cellulaire et l’isolement des noyaux, suivis d’une digestion limitée avec Tn5 pour le marquage de la chromatine hyper-accessible. Par la suite, des indices complémentaires sont intégrés lors de la PCR, facilitant le multiplexage des échantillons avant laNGS 13. ATAC-seq s’est avéré être un protocole robuste qui permet également une empreinte en facteur de transcription in silico et a été mis en œuvre pour la résolution unicellulaire 14,15,16,17. En plus des échantillons de souris et d’humains, ATAC-seq a été mis en œuvre dans divers systèmes, notamment le poisson-zèbre et des invertébrés tels que Drosophila et le nématode Caenorhabditis elegans 18,19,20.
Depuis des décennies, C. elegans est un système modèle puissant dans des domaines tels que le développement, la biologie cellulaire et les neurosciences, menant à des découvertes majeures telles que l’identification des microARN et l’interférence ARN (ARNi)21,22. Il possède un génome compact de 100 Mo avec ~20 000 gènes codant pour les protéines23. La régulation génique se produit par l’activité des promoteurs ainsi que par des amplificateurs distals, qui ont été cartographiés via ATAC-seq à travers différents tissus, stades de développement et points de vieillissement24,18. Le profilage de l’accessibilité à la chromatine est ainsi devenu un outil précieux pour comprendre la régulation génique chez C. elegans. Par conséquent, ATAC-seq présente un potentiel particulier pour étudier les paysages épigénétiques dans différentes conditions environnementales ou les isolats sauvages afin de découvrir des réponses transcriptionnelles diverses. De plus, elle pourrait fournir des informations sur l’architecture de la chromatine d’autres nématodes pathogènes et non pathogènes.
L’un des principaux défis méthodologiques chez C. elegans est la présence d’une cuticule riche en collagène qui doit être dissociée pour obtenir une suspension cellulaire homogène à partir de versentiers 25. Pour relever ce défi, nous avons compilé et optimisé différents protocoles pour désintégrer les nématodes, puis réalisé l’ATAC-seq chez C. elegans18,26. L’utilisation du stade larvaire L4 est préférée, car les animaux à ce stade de développement possèdent une lignée germinale transcriptionnellement active, qui se traduit par la chromatine ouverte, fournissant une source cohérente et informative d’accès à la chromatine dans les cellules somatiques. Ici, nous présentons un protocole rapide et efficace pour la dissociation des vers et la génération de suspension cellulaire, permettant l’ATAC-seq chez C. elegans. Notre méthode est optimisée pour les vers de stade L4 et nécessite aussi peu que 30 μL de granule de vers, avec le potentiel d’adaptation pour d’autres stades de développement ou pour des échantillons plus petits, tels que les cellules purifiées par FACS. Ce protocole peut être réalisé dans différentes souches et conditions de C. elegans, permettant d’identifier des pics d’accessibilité de 5 000 à 9 000 chromatine dans la souche de référence Bristol-N2, posant ainsi les bases des analyses ultérieures d’accessibilité à la chromatine.
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Il est recommandé de porter des gants en permanence.
REMARQUE : Jour 1 : Préparation de la population synchronisée de vers. Tous les vers ont été cultivés sur des plaques NGM ensemencées avec E. coli OP50. Éléments nécessaires avant de commencer : (par échantillon ou souche), une plaque(s) de ver adulte de 90 mm ou deux de 60 mm, une plaque de 90 mm ou deux de 60 mm avec nourriture, tampon stérile M927 (3 g KH2PO4, 6 g deNa 2HPO 4, 5 g de NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O à 1 L. Stériliser par autoclavage)
1. Collecte des vers
2. Blanchiment
3. M9 (liquide) éclosion nocturne des œufs
4. Jour 2 : croissance des vers : récupération des vers L1 .
5. Jour 3 : Préparation des solutions stock : Les solutions suivantes doivent être prêtes à produire de nouvelles solutions dès le jour 4
REMARQUE : Cela peut se faire au jour 2 ou 3.
6. Préparation de la solution
Tableau 1 : Bouillons pour la préparation de la solution fraîche. Recettes pour la préparation du stock à la dissociation des nématodes et au protocole de suspension cellulaire (sections 6 et 7). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
7. Protocole de dissociation des nématodes et suspension cellulaire
REMARQUE : Une plaque de 90 mm ou deux de 30 mm avec une population de vers synchronisée L4 sera nécessaire.
8. Isolation des noyaux et marquage par chromatine
REMARQUE : Utilisez des pointes filtrées par pipette. Avant de commencer : retirez le tampon Tn5, laissez-le dégeler, réglez un thermobloc à 37 °C, retirez le kit de purification du produit PCR (tableau des matériaux), placez le tampon EB à 37 °C, la centrifugation des colonnes doit être effectuée à la température de la réduction.
9. Amplification de la bibliothèque
Tableau 2 : Instructions pour la première amplification de la bibliothèque. Programme de recettes et PCR pour la première amplification de la bibliothèque (section 9). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
Tableau 3 : Instructions pour l’amplification finale de la bibliothèque ATAC. Programme de recette et PCR pour l’amplification finale de la bibliothèque (section 9). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
10. Purification des bibliothèques
REMARQUE : Avant de commencer, sortez les billes de sélection de taille (AMPure, SPRIselect ou billes calibrées maison) du réfrigérateur pour les laisser s’adapter à la température ambiante. Mélangez vigoureusement les billes avec le vortex à chaque fois avant d’utiliser.
11. Répartition de la taille des fragments
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Le contrôle qualité après l’évaluation garantit une préparation précise de la bibliothèque
Pendant le protocole, il est important de porter une attention particulière à la qPCR effectuée après la marquage de la chromatine (section 9), car elle constitue une étape essentielle pour évaluer la qualité de l’ADN et la performance de l’expérience. La figure 1A montre deux courbes d’amplification ; Le gauche (moins de 15 cycles) représente un matériel de bonne qualité qui montre...
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Nous décrivons ici un protocole optimisé pour profiler l’accessibilité de la chromatine à l’échelle du génome par ATAC-seq chez des vers entiers de Caenorhabditis elegans à stade L4. L’accessibilité à la chromatine influence directement l’expression génique, la réparation de l’ADN, la réplication et la recombinaison, et bien que l’ATAC-seq soit devenu une approche standard pour les échantillons cellulaires et tissulaires, son application aux organismes intacts pose des défis tec...
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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts. Aucune IA générative n’a été utilisée dans la rédaction, l’analyse ou la préparation de ce manuscrit.
J. Hersch-González a reçu une bourse doctorale du Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías, CONAHCYT (aujourd’hui Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, SECIHTI) (#CVU 846476). J Hersch-González a bénéficié d’une bourse CONAHCYT (aujourd’hui SECIHTI) (788519). Ce projet a été soutenu par la subvention PAPIIT-UNAM IN217824 et la subvention SECIHTI CBF-2025-I-2275 à VJV. À l’IFC, nous remercions l’UBM : Laura Ongay-Larios, Guadalupe Códiz Huerta et Minerva Mora Cabrera ; l’UBMI : Augusto César Poot-Hernández et Carlos Peralta Alvarez ; et Unidad de Cómputo, Imagenología, Taller et Biblioteca. Nous remercions chaleureusement le Caenorhabditis Genetics Center (CGC) pour avoir fourni les souches utilisées dans ce travail. Le CGC est financé par le Bureau des programmes d’infrastructure de recherche des NIH (P40 OD010440).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 250 mL, 0.22 µm PES | Ultra Curz | sc-200253 | |
| Agar | BD | 214010 | |
| Agencourt AMPURE XP | Nalgene | A63886 | |
| Bovine Serum Albumin | Maplica | 200100 | |
| Calcium Chloride | Sigma | C5670-100G | |
| CellTrics 20 µm | Sysmex | 04-0042-2315 | |
| Cholesterol | Sigma | C8503-25G | |
| Digitonin | Sigma | D141-500 mg | |
| Disposable gloves | Microflex | 94-243 | |
| DL-Dithiothreitol | sigma | D0632-10G | Nocif |
| Ethyl alcohol, pure | Sigma | 1003661421 | |
| Fetal Bovine Serum | biowest | S181S-500 | |
| HEPES | Sigma | H3375-250 G | |
| Illumina Tagment DNA Enzyme and Buffer (large Kit) | Illumina | 20034211 | |
| Kapa Syber 50 mL | Sigma | KK4618 | |
| L-15 Medium (Leivobitz) | sigma | L4386-10L | |
| Magnesium Chloride anhydrous | Sigma | M8266-100G | |
| Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | M1880-500G | |
| Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | M1880-500G | |
| MinElute PCR Purification Kit (50 preps) | Qiagen | 28004 | |
| NEBNext® High-Fidelity 2X PCR Master Mix | NEB | M0541S | |
| Nonidet P40 Substitute | Sigma | 74835-1L | |
| Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Peptone | BD | 211677 | |
| Petri dish 60 mm | Tritech | T3308 | |
| Petri dish 90 mm | Interlux | C9015-2C | |
| Pipet tips 10 µL, filter | Cellpro | 800108 | |
| Pipet tips 20 µL, filter | Cellpro | 800708 | |
| Pipet tips 200 µL, filter | Cellpro | 800608 | |
| Potassium Chloride | Sigma | P9541 -500G | |
| Potassium Phosphate Dibasic Powder | J.T. Baker | 3252-01 | |
| Potassium Phosphate Monobasic, Crystal | J.T. Baker | 3246-01 500G | |
| Sodium Chloride | JT Baker | 3624-01 | |
| Sodium dodecyl sulfate | sigma | L4509-100G | |
| Sodium Hydroxide | Macron | 7708-10 | |
| Sodium Hypochlorite | Cloralex | 544394479 | |
| Sodium Phosphate Dibasic 7-Hydrated Crystal | J.T. Baker | 3824-01 | |
| SPRIselect | Beckman | B23318 | |
| Sucrose | Sigma | S0389-500G | |
| Syringe Filter PVDF 0.22 µm | Ultra Curz | Sc-358812 | |
| Trizma base | Sigma | T1503 1KG | |
| Tween 20 | Sigma | P9416-50ML |
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