$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
שינויים פוסט-תרגומיים של היסטונים (PTMs) וגורמי שעתוק (TFs) הם רגולטורים מרכזיים של ביטוי גנים. PTMs היסטונים, כגון אצטילציה, מתילציה, פוספורילציה ויוביקוויטינציה, בעיקר בזנב הקצה ה-N שלהם, משפיעים על מבנה הכרומטין 1,2. בסרטן, PTMs של היסטונים לעיתים קרובות לא מוסדרים, מה שמוביל להפעלה חריגת של אונקוגנים או להשתקת גנים מדכאי גידול3. TFs נקשרים רצפי DNA ספציפיים במקדמים או מגברים כדי להפעיל או לדכא גנים יעדיים, לעיתים קרובות מגייסים אנזימים משני היסטונים המתאמים את עיצוב מחדש הכרומטין4. אנזימים שכותבים, מוחקים או קוראים סימני היסטון, כמו אצטילטרנספראזות היסטונים (HATs), היסטונים דה-אצטילזים (HDACs) ומתילטרנספראזות (HMTs), לעיתים קרובות מוטנטים או לא מוסדרים בסרטן, מה שהופך אותם לאטרקטיביים למטרות טיפוליות5.
ב-SCLC, שינויים אפיגנטיים וגורמי שעתוק מגדירים שושלת (LDTFs) הם מניעים מרכזיים בביולוגיית הגידול6. בניגוד למוטציות גנטיות, שינויים אפיגנטיים, כולל מתילציה ב-DNA ושינויים בהיסטונים, מווסתים את ביטוי הגנים מבלי לשנות את רצף ה-DNA הבסיסי. שינויים אלו יכולים להשתיק גנים מדכאי גידול או להפעיל אונקוגנים ולהגביר את ההתנהגות האגרסיבית של SCLC. לדוגמה, ההיסטון מתילטרנספראז KMT2D עובר מוטציה תכופה עם תדירות שינוי של 12.9% בקבוצה7 גדולה של חולי SCLC בעולם האמיתי, ואחראי למונומתילציה של היסטון H3 ליזין 4 (H3K4me1), סימן הקשור לאזורי מגבירים פעילים בגנום. SCLC היא מחלה מולקולרית הטרוגנית. SCLC מסווגים לתת-סוגים מולקולריים בהתבסס על ביטוי שונה של ארבעה LDTFs: הומולוג אצ'אט-סקוטה 1 (ASCL1), גורם התמיינות נוירוגני 1 (NEUROD1), חלבון 1 עם קשור ל-yes (YAP1) והומיאובוקס 3 מסוג POU class 2 (POU2F3). תת-הסוגים הנוירואנדוקריניים (NE), כולל ASCL1 ו-NEUROD1, מהווים כ-70-80% ממקרי SCLC8. לכן, חקירת התפוצה והפרופילים של PTMs היסטונים שונים ואתרי קישור TF בתתי-הסוגים השונים של SCLC עשויה להבהיר תוכניות גנים ספציפיות לתת-סוגים הפגיעות להתערבות טיפולית.
השיטה המסורתית לזיהוי PTMs של היסטונים ואתרי קישור של חלבונים רגולטוריים ספציפיים לרצף ברמת הגנום היא ריצוף אימונופרציפיטציה כרומטיני (ChIP-seq)9. עם זאת, ChIP-seq דורש מספר רב של תאי קלט ולעיתים מספק רקע גבוה לאורך הגנום. כתוצאה מכך, ChIP-seq דורש רמת העשרה גבוהה של חלבון המטרה כדי להבחין בין אות אמיתי לרעש, ודורש ריצוף עמוק לניתוח נתונים יעיל. בנוסף, קישור צולב פורמלדהידי המשמש ב-ChIP-seq יכול להסתיר אפיטופים וליצור אתרי קישור חיוביים שגויים10. חיתוך תחת מטרות ושחרור באמצעות נוקלאז ואחריו ריצוף דור הבא (CUT&RUN-seq) הוא אלטרנטיבה ברזולוציה גבוהה למיפוי PTMs היסטונים ואתרי קישור TF במקום בתוך תאים שלמים. בשיטה זו, תאים חדירים מודגרים בנוגדן המיועד לחלבון המקושר לכרומטין, ולאחר מכן נקשרים לחלבון מיזוג של חלבון A(G)-מיקרוקוקלי נוקלאז (MNase). עיכול DNA ממוקד משני צידי החלבון המעניין מושרה בתנאים עם סידן גבוה ומלח נמוך, ומשחרר שברי DNA ספציפיים לטיהור. מקטעי ה-DNA המטוהרים משמשים לבניית ספריות ריצוף ברקודיות, שניתן לאגד לריצוף בתפוקה גבוהה 11,12,13,14. בהשוואה ל-ChIP-seq, CUT&RUN דורש הרבה פחות תאים כקלט, מייצר רעש רקע נמוך יותר, נמנע מיצירת ארטיפקטים של קישור צולב ודורש פחות קריאות רצף – מה שהופך אותו למתאים במיוחד לחקר מצבי כרומטין דינמיים בסרטן בצורה חסכונית כלכלית.
טכנולוגיית CUT&RUN פותחה כדי לחקור את מיקומי הגנום של החלבונים האינטראקטיביים עם כרומטין, כולל שינויים בהיסטונים, אתרי קישור TF וקומפלקסים הקשורים לכרומטין, ובכך חושפת נופים רגולטוריים אפיגנטיים11,12. טכניקה זו אפשרה ניתוחים מפורטים של ארכיטקטורת מגבירים-מקדמים, ויסות רשת שעתוק ודינמיקת מצב הכרומטין במהלך ההתפתחות והתקדמות המחלה. במחקר סרטן, CUT&RUN מאפשרת מיפוי מדויק של סימני היסטון16,17 ותפוסה של פקטור שעתוק אונקוגני, ומסייע בזיהוי תוכניות רגולטוריות ייחודיות לשושלת ויעדים טיפוליים פוטנציאליים15,16. יתרה מזאת, ניתן לבצע CUT&RUN במקום בתאים, כולל CD8+ תאי T17, וכן לדגימות רקמה18,19.
כדי לזהות את המיקום הגנומי של PTMs ואתרי קישור של פקטורי שעתוק E2F7 בתתי-סוגים של SCLC, יישמנו CUT&RUN-seq על ארבעה מודלים של קווי תאים NE של SCLC: H146 ו-DMS79 (תת-סוג ASCL1), וכן H446 ו-H82 (תת-סוג NEUROD1), עם או בלי מוטציות KMT2D. פרופילנו את סימן ההיסטון H3K4me1, שינוי הקשור למגבר שהונע בעיקר על ידי KMT2D, ואת E2F7, שהוכח כקופקטור שלASCL1 20. סימן ההיסטון H3K4me3, המקושר למקדמים פעילים, שימש כבקרה חיובית, בעוד ש-IgG שימש כבקרה שלילית.
כאן אנו מציגים פרוטוקול CUT&RUN-seq מפורט לקווי תאים SCLC NE, המבוסס על הדברים הבאים: ערכת CUT&RUN הזמינה מסחרית (ראו טבלת חומרים), העבודה המקורית של סקין והניקוף 11,12,13, ואופטימיזציות מעבדתינו שלנו.