פרוטוקול זה מציג שיטת בידוד כרומטין ספציפית ללוקוס המבוססת על רקומבינציה ספציפית לאתר כדי לטהר מוקד גן בעל עניין של עותק יחיד בהקשר הכרומטין הטבעי שלו משמרים ניצנים, Saccharomyces cerevisiae.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מציג שיטת בידוד כרומטין ספציפית ללוקוס המבוססת על רקומבינציה ספציפית לאתר כדי לטהר מוקד גן בעל עניין של עותק יחיד בהקשר הכרומטין הטבעי שלו משמרים ניצנים, Saccharomyces cerevisiae.
היחידה הארגונית הבסיסית של הכרומטין האיקריוטי היא חלקיק הליבה הנוקלאוזומי (NCP), המורכב מדנ"א עטוף ~1.7 פעמים סביב אוקטמר היסטון. כרומטין מוגדר כישות של NCPs וקומפלקסים חלבוניים רבים אחרים, כולל גורמי שעתוק, עיצוב מחדש של כרומטין ושינוי אנזימים. עדיין לא ברור כיצד אינטראקציות חלבון-דנ"א אלה מתוזמרות ברמה של אתרים גנומיים ספציפיים במהלך שלבים שונים של מחזור התא. זה בעיקר בשל המגבלות הטכניות הנוכחיות, אשר מקשות על השגת מדידות מדויקות של אינטראקציות דינמיות כאלה. כאן, אנו מתארים שיטה משופרת המשלבת רקומבינציה ספציפית לאתר עם פרוטוקול טיהור זיקה יעיל בצעד אחד כדי לבודד מוקד גן בעל עניין בעותק יחיד במצב הכרומטין הטבעי שלו. השיטה מאפשרת העשרה איתנה של מוקד המטרה על פני כרומטין, מה שהופך טכניקה זו לאסטרטגיה יעילה לזיהוי וכימות אינטראקציות חלבונים באופן בלתי משוחד ושיטתי, למשל על ידי ספקטרומטריית מסות. בהמשך לניתוחי הרכב כאלה, כרומטין טבעי שטוהר בשיטה זו משקף ככל הנראה את המצב in vivo בנוגע למיקום נוקלאוזומים ושינויים בהיסטון, ולכן ניתן לבצע ניתוחים מבניים וביוכימיים נוספים של כרומטין הנגזר כמעט מכל מוקד גנומי בשמרים.
הארגון הדינמי של גנומים אאוקריוטים לכרומטין דוחס את הדנ"א כך שיתאים לגבולות הגרעין תוך הבטחת דינמיקה מספקת לביטוי גנים ונגישות לגורמים רגולטוריים. בין השאר, רב-תכליתיות זו מתווכת על ידי הנוקלאוזום, היחידה הבסיסית של כרומטין, המורכבת מחלקיק ליבה עם 147 bp של DNA עטוף ~ 1.7 פעמים סביב אוקטמר היסטון1. הנוקלאוזום, הוא מבנה דינמי מאוד ביחס להרכבו, עם גרסאות היסטון רבות ושינויים פוסט-תרגומיים (PTM) על זנבות ההיסטון N ו-C. יתר על כן, כרומטין אאוקריוטי מקיים אינטראקציה עם מספר רב של מרכיבים חיוניים אחרים, כגון גורמי שעתוק, מכונות עיבוד DNA ו- RNA, חלבונים ארכיטקטוניים, אנזימים המעורבים בעיצוב מחדש ושינוי של כרומטין, ומולקולות RNA הקשורות לכרומטין. מכונות חיוניות אלה המעורבות בשעתוק, שכפול ותיקון דורשות גישה לכרומטין, המשמש כמצע הטבעי לתהליכים אלה. כתוצאה מכך, הבנת המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס עסקאות דנ"א אלה מחייבת הגדרה מדויקת של השינויים הקולקטיביים במבנה הכרומטין באזורים הגנומיים הספציפיים שבהם מכונות אלה מתכנסות ומאפשרות תגובות ביולוגיות.
למרות הזיהוי של גורמי כרומטין רבים באמצעות גנטיקה ומחקרי אינטראקציה חלבון-חלבון, ביצוע ניתוחים ישירים, בלתי משוחדים ומקיפים של אינטראקציות כרומטין באתרים גנומיים מסוימים נותר מכשול משמעותי 2,3. בתחילה, ניתן היה לבודד רק אזורים שופעים מאוד של הגנום (כלומר, לוקי חוזר) או פלסמידים מרובי עותקים בכמויות וטוהר מספיקים לזיהוי ספקטרומטרי מסה של החלבונים הקשורים 4,5,6,7. סדרה של גישות חדשות המבוססות על הכלאה ישירה של גשושיות לכידה לדנ"א כרומטיני, ביוטינילציה של קרבה באמצעות מערכת CRISPR-dCas9, או קשירה של חלבוני מתאם ספציפיים לרצף למוקד העניין החלו לפענח את הפרוטאום של אתרים בעלי עותק יחיד מגנומים של שמרים ויונקים 8,9,10. עם זאת, כל השיטות הללו דורשות הצלבת פורמלדהיד כדי לייצב את אינטראקציות החלבון-דנ"א וסוניקציה כדי להמיס את הכרומטין לטיהור לאחר מכן. יחד, שתי המניפולציות שוללות את האפשרות של מחקרים מבניים ופונקציונליים הבאים של הכרומטין המטוהר.
כדי להתגבר על מגבלות אלה, פיתחנו בעבר מתודולוגיה המשתמשת ברקומבינציה ספציפית לאתר כדי לחלץ תחומים כרומוזומליים ממוקדים משמרים11,12. בעיקרו של דבר, האזור הגנומי המעניין מוקף באתרי זיהוי (RS) עבור R-רקומבינאז ספציפי לאתר מ- Zygosaccharomyces rouxi ובו זמנית משלב קבוצה של שלושה אתרי קישור DNA עבור חלבון מדכא השעתוק הפרוקריוטי LexA (LexA) באותו אזור. תאי השמרים מכילים קסטת ביטוי לביטוי סימולטני של R-רקומבינאז וחלבון LexA המאוחה לתג טיהור זיקה טנדם (TAP). לאחר השראת R-רקומבינאז, האנזים מוציא ביעילות את אזור המטרה מהכרומוזום בצורה של תחום כרומטין מעגלי. ניתן לטהר תחום זה באמצעות חלבון מתאם LexA-TAP, הנקשר לאתרי קשירת הדנ"א של LexA, כמו גם לתמיכה באהדה. שיטה זו שימשה לאחרונה לבידוד תחומי כרומטין נפרדים המכילים מקורות שכפול נבחרים של כרומוזום שמרים III13.
אחד היתרונות העיקריים של גישת ex vivo זו הוא שהיא מאפשרת ניתוחים פונקציונליים של החומר המבודד. לדוגמה, תחומי מקור שכפול שטוהרו בשיטה זו יכולים להיות נתונים למבחני שכפול חוץ גופיים כדי להעריך את יעילות ירי המקור במבחנה מתבניות כרומטין מורכבות מקוריות in vivo . בסופו של דבר, האפיון הביוכימי והפונקציונלי של החומר המבודד עשוי לאפשר בנייה מחדש של תהליכים גרעיניים באמצעות חלבונים מטוהרים יחד עם תבנית הכרומטין המקורית. לסיכום, מתודולוגיה זו פותחת אפיק מרתק במחקר הכרומטין, שכן ניתן יהיה לעקוב אחר השינויים הקולקטיביים בהרכב ובמבנה הכרומטין של אזור גנומי מסוים העובר טרנזקציה כרומוזומלית מסוימת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל החומרים והמכשירים המשמשים בפרוטוקול זה. ראה טבלה 1 לקבלת רשימה של הפתרונות, המאגרים והמדיה שבהם נעשה שימוש.
1. בניית זן שמרים רקומביננטי
2. צימוד נוגדני IgG לחרוזים מגנטיים המופעלים על ידי אפוקסי
הערה: זוג נוגדני IgG לחרוזים מגנטיים המופעלים על ידי אפוקסי על פי פרוטוקול11 הבא שפורסם.
3. תרבית תאי שמרים וקציר
4. טיהור מוקד כרומטין
הערה: ראו איור 2 לקבלת סקירה סכמטית של השלבים המעורבים בפרוטוקול טיהור כרומטין ספציפי ללוקוס.
5. אלוציה בתיווך פרוטאז TEV
6. Elution Denaturation
7. ניתוח DNA וחלבונים
(1)הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הטיהור של תחום הכרומטין ARS316 ~ 1.4 kb תווך על ידי חלבון מתאם LexA-TAP המתבטא באופן מכונן . כדי לשמש כבקרה שלילית, ביצענו טיהור באמצעות זן איזוגני המבטא LexA-TAP אך אינו מכיל אתרים משולבים של RS ו-LexA. איור 3 מדגים את תוצאות ניתוח הדנ"א מניסוי טיהור סטנדרטי שבוצע הן על קבוצת הבקרה והן על זן בעל יכולת רקומבינציה המכוון למוקד ARS316. לאחר בידוד DNA והגבלת עיכול אנזימים כדי להפוך את מולקולות הדנ"א המעגליות לליניאריות, בוצע ניתוח qPCR כדי להעריך את יעילות הטיהור של מוקד המטרה ARS316 על פני מוק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
זיהוי הגורמים ונוף הכרומטין של אזור גנומי מטרה ספציפי ממשיך להוות אתגר מרכזי במחקר הכרומטין18. פרוטוקול זה מתאר מערכת יעילה לכריתה וטיהור ספציפית של תחומי כרומטין נפרדים מכרומוזומי שמרים. למיטב ידיעתנו, הטוהר והתשואה של טיהור חד-שלבי זה מתגברים על רבות מהמגבלות של שיטות טיהור כרומטין ספציפיות ללוקה, ובכך מאפשרים השגת העשרה גבוהה מאוד של מוקדי המטרה בהשוואה לאזורים גנומיים אחרים שאינם קשורים.
בשל שלב הכריתה הנוסף באמצעות R-רקומבינאז ספציפי לאתר, יתרון נוסף הוא שניתן לקבו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
העבודה במעבדת S.H. נתמכה על ידי DFG באמצעות SFB1064 (מזהה פרויקט 213249687), מועצת המחקר האירופית (ERC Starting Grant 852798 ConflictResolution) והלמהולץ Gesellschaft.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <זני שמרים>חזקים | |||
| <חזקים>זן שליטה: MATa; ura3Δ 0; leu2&דלתא; 0; his3&דלתא; 1; met15&דלתא; 0; bar1::kanMX4; Chr I 212kb::LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR | סעיף 1, ראה הפניות 13 ו-14 | ||
| Recombination Strain: MATa; ura3Δ 0; leu2&דלתא; 0; his3&דלתא; 1; met15&דלתא; 0; bar1::kanMX4; RS_LEXA_NS-3_ARS316_NS+3_RS; Chr I 212kb::LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR | סעיף 1, ראה הפניה 13 ו-14 | ||
| <חזק>פלסמיד | |||
| K238 פלסמיד | סעיף 1, ראה התייחסות 13 אחסון: אחסן ב-20 ° C | ||
| K071 ספייק ב-DNA | סעיף 7.1, ראה התייחסות 13 אחסון: אחסן ב-20 מעלות; C | ||
| Reagents | |||
| Acetone | Carl Roth | 5025.1 | Section 2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| אמוניום אצטט (NH4Ac) | Sigma Aldrich | A7262 | סעיף 6 ו-7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| תמיסת אמוניום (NH4OH) 25% | Merck Millipore | 533003 | סעיף 6 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| אמוניום גופרתי | Santa Cruz | Sc-29085 | Section 2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Bacto agar | BD (VWR) | 90000-760 | Section 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Bacto peptone | BD (VWR) | 211820 | Section 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| &בטא;-מרקפטואתנול | סיגמא אולדריץ' | 07604 | סעיף 7.2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; |
| C ערכת מצע כימילומינסנט | ThermoFisher | 34580 | סעיף 7.2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; C |
| די-נתרן מימן פוספט דודקהידראט | Merck | 1.06579.1000 | סעיף 2 ו-7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Dithiothreitol (DTT) | ThermoFisher | 15508013 | Section 4 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; C |
| אתנול | Merck | 100983 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| חומצה אתילנדיאמינטטראצטית (EDTA) | Sigma Aldrich | ED סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר | |
| גלקטוז (20% (w/v) מלאי)Sigma | Aldrich | G0625-1KG / 5KG | יחידה 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר ג'ל |
| טוען צבע (6x) | BioLabs | B7024A | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; C |
| Glusose | Sigma-Aldrich | G8270 | Section אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Glycine | Carl Roth.0079.4 | Section 2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר | |
| גליקוגן (5 מ"ג/מ"ל) | Invitrogen | AM9510 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; C |
| חומצה הידרוכלורית (HCl) | PanReac AppliChem | 182109.1211 | סעיף 2, 4 ו-7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת |
| החדר מגנזיום אצטט (MgAc) | Bernd Kraft | 15274.2600/C035 | Section 4 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת |
| החדר מגנזיום כלוריד (MgCl2) | Sigma Aldrich | M8266 | סעיף 6 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| PAGE LDS sample buffer (4x) | Invitrogen | 2399549 | Section 7.2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| פנול/כלורופורם/איזואמיל אלכוהול (25:24:1 v/v) | Invitrogen | 15593-031 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; C |
| אשלגן כלורי (KCl) | Sigma | P9541 | סעיף 4 אחסון: אחסן בטמפרטורת |
| החדר מסומן רדיואקטיבי α-32P dATP (3,000 Ci/mmol, 10 mCi/mL) | Hartmann Analytic | SRP-203 | Section 7.1 אחסון: אחסן ב-4 מעלות; |
| מערכת תיוג C RadPrime | ThermoFisher | 18428-011 | סעיף 7.1 אחסון: אחסן ב-20 מעלות; C |
| רפינוז (20% (w/v) מלאי) | SERVA | 34140.03 | סעיף 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן כלורי (NaCl) | Merck | K53710504142 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן ציטראט (Na3C6H5O7) | Sigma-Aldrich | 71402 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן הידרוקסיד (NaOH) | Sigma Aldrich | S5881 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן n-דודציל סולפט (SDS) (5% מלאי (w/v))Alfa | Aesar | A11183 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן פוספט מונו-בסיסי | Sigma-Aldrich | 71496 | סעיף 2 ו-7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| נתרן אזיד | סנטה קרוז ביוטכנולוגיה | sc-208393 | סעיף 2 אחסון: אחסן ב-20 מעלות; C |
| טריאתילאמין | סיגמא אולדריץ' | 90340 | סעיף 2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Tris base | Chem Cruz | SC-3715B | Section 2 ו-4 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 | Section 2 ו-4 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| Tween-20 | Bernd Kraft | 18014332 | סעיף 4 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| תמצית שמרים | BD (VWR) | 212720 | סעיף 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת |
| החדר גורם הזדווגות שמרים אלפא (1 ומיקרו; גרם/מ"ל מלאי ) | Biomol | Y2016.5 | סעיף 3 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; C |
| שמרים סינתטיים נשירה בינונית תוספי תזונה ללא LEUCINE | Sigma Aldrich | Y1376 | סעיף 1, ראה התייחסות 14 |
| <חזק>אנזימים | |||
| HpaI אנזים הגבלה (5,000 U/mL) | NEB | R0105S | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן ב-20 מעלות; |
| קוקטייל מעכב פרוטאז ופוספטאז C (100x) | ThermoFisher Scientific | 78446 | סעיף 4 אחסון: אחסן ב-4 מעלות; C |
| פרוטאינאז K (10 מ"ג/מ"ל) | SERVA | 33756 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; C |
| RNase A (10 מ"ג/מ"ל) | ThermoFisher | EN0531 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; |
| C TEV פרוטאז (10000 U/µ L) | NEB | P8112S | סעיף 5 אחסון: אחסן ב-20 מעלות; C |
| Materials | |||
| BcMag חרוזים מגנטיים המופעלים על ידי אפוקסי | Bioclone Inc. | FC-102 | סעיף 2 אחסון: אחסן ב-4 מעלות; C |
| קרח | קטע 4 | ||
| צינורות צנטריפוגה בעלי קשירה נמוכה 2.0 מ"ל | Eppendorf | 22431102 | סעיף 4 |
| מיקרוספין עמודות G-25 | Cytiva | 27-5325-01 | סעיף 7.1 אחסון: אחסן בטמפרטורת החדר |
| Parafilm | Merck | P7793 | סעיף 4 |
| קרום ניילון חיובי | ביוזול | 11MEMP0001 | סעיף 7.1 אחסון: אחסן בטמפרטורת החדר |
| קרום העברת PVDF | Immobilon-Merck Millipore | IPVH00010 | סעיף 7.2 אחסון: אחסן בחדר טמפרטורה |
| SDS-PAGE ג'ל 4-12% ביס-טריס (15 באר, 1.5 מ"מ) | Invitrogen | NP0336BOX | סעיף 7.2 אחסון: אחסן ב-4 מעלות; |
| מזרק C (25 מ"ל) עם התאמת לואר | Henke Sass Wolf | 4200-000V0 | סעיף 3 |
| נייר Whatman (גיליון נייר תאית 3 מ"מ CHR) | Cytiva | 3030-917 | סעיף 7.1 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
| <חזק>נוגדנים | |||
| אנטי-LexA, IgG פוליקלונלי של ארנב, נוגדן אזור קשירת DNA | Merck Millipore | 06-719 | סעיף 7.2 אחסון: אחסן ב-20 מעלות; C |
| עז נגד ארנב IgG (H+L), חזרת פרוקסידאז מצומד | Invitrogen | G21234 | סעיף 7.2 אחסון: יש לאחסן ב-20 מעלות; |
| C נוגדן פרוקסידאז נגד פרוקסידאז (PAP) המיוצר בארנב לזיהוי חלבונים מתויגים TAP | Sigma Aldrich | P1291-500UL | סעיף 7.2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות; |
| C Rabbit IgG נוגדנים | Sigma | I5006-100MG | סעיף 2 אחסון: יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; |
| Cפריימרים (10 ומיקרו; M) | |||
| <חזק>ARS316: fwd 5'- CGGCATTATCGTACACAACCT, rev 5'- GTTCTTCGTTGCCTACATTTTCT | סעיף 7.1 | ||
| <חזק>K071 DNA פלסמיד ספייק-אין: fwd: 5'-TTTTCGCTGCTTGTCCTTTT, rev 5'- CATTTTCGTCCTCCCAACAT | סעיף 7.1 | ||
| <חזק>שבר PCR מ-DNA גנומי של שמרים כתבנית להגברה של ARS316 (לכתם דרומי): fwd 5'- AAATTCTGCCCTTGATTCGT rev 5'- TTTGTTTATCTCATCACTAAT | סעיף 7.1 | ||
| <חזק>PDC1: fwd 5'- CATGATCAGATGGGGCTTCA, rev 5'-ACCGGTGGTAGCGACTCTGT | סעיף 7.1 | ||
| <חזק>ציוד | |||
| מטחנת קפה | Gastroback | 42601 | סעיף 4 |
| בקבוק דיואר | NAL GENE | 4150-2000 | סעיף 3 |
| מתלה מגנטי DynaMag TM-2 | Invitrogen | 12321D | סעיף 4, 5 ו-6 |
| תנור היברידיזציה | Hybaid Mini10 | Ri418 | סעיף 2 |
| מיקרוצנטריפוגה | Eppendorf | 5424R | סעיף 4 ו-7.1 |
| צולב UV | Analytikjena | 95-0174-02 | סעיף 7.1 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.