In questo lavoro forniamo un flusso di lavoro sperimentale su come i potenziatori attivi possono essere identificati e convalidati sperimentalmente.
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In questo lavoro forniamo un flusso di lavoro sperimentale su come i potenziatori attivi possono essere identificati e convalidati sperimentalmente.
Lo sviluppo embrionale è un processo a più fasi che coinvolge l'attivazione e la repressione di molti geni. Elementi Enhancer nel genoma sono noti per contribuire al tessuto e cellula-tipo regolazione specifica dell'espressione genica durante la differenziazione cellulare. Pertanto, la loro identificazione e un'ulteriore indagine è importante per comprendere come il destino della cellula è determinata. Integrazione dei dati di espressione genica (ad esempio, microarray o RNA-Seq) e risultati di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) basata su studi genome-wide (ChIP-Seq) permette l'identificazione su larga scala di queste regioni regolatorie. Tuttavia, validazione funzionale di esaltatori specifici di tipo a cella richiede ulteriori in vitro e in vivo procedure sperimentali. Qui si descrive come esaltatori attivi possono essere identificati e validati sperimentalmente. Questo protocollo fornisce un flusso di lavoro passo-passo che comprende: 1) l'identificazione di regioni regolatorie attraverso l'analisi, 2) la clonazione e exper dati ChIP-Seqconvalida imental del potenziale normativo putativo delle sequenze genomiche identificate in un saggio giornalista, e 3) determinazione dell'attività enhancer in vivo misurando il livello trascrizione di RNA enhancer. Il protocollo presentato è abbastanza dettagliata per aiutare chiunque a creare questo flusso di lavoro nel laboratorio. Soprattutto, il protocollo può essere facilmente adattato e utilizzato in qualsiasi sistema modello cellulare.
Lo sviluppo di un organismo multicellulare richiede un'espressione regolata con precisione di migliaia di geni nei tessuti in via di sviluppo. La regolazione dell'espressione genica è realizzata in gran parte dagli enhancer. Gli enhancer sono brevi elementi di DNA non codificanti che possono essere legati con fattori di trascrizione (TF) e agiscono a distanza per attivare la trascrizione di un gene bersaglio1. Gli enhancer sono generalmente cis-agenti e più frequentemente si trovano appena a monte del sito di inizio della trascrizione (TSS), ma studi recenti hanno anche descritto esempi in cui gli enhancer sono stati trovati molto più a monte, sul 3' del gene o anche all'interno degli introni e degli esoni2.
Ci sono centinaia di migliaia di potenziali potenziatori nei genomi dei vertebrati1. Metodi recenti basati sull'immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) forniscono dati ad alto rendimento dell'intero genoma che possono essere utilizzati per l'analisi degli enhancer3-9. Sebbene i dati ottenuti dagli esperimenti ChIP-seq aumentino notevolmente la probabilità di identificare potenziatori specifici per cellule e tessuti, è importante tenere presente che i siti di legame rilevati non identificano necessariamente il legame diretto del DNA e/o gli enhancer funzionali. Pertanto, è indispensabile un'ulteriore analisi funzionale degli enhancer di nuova identificazione. In questo lavoro, presentiamo un processo di base in tre fasi di identificazione e convalida di potenziatori attivi putativi. Ciò include: 1) selezione di siti di legame di fattori di trascrizione putativi mediante analisi bioinformatica dei dati ChIP-seq, 2) clonaggio e convalida di queste sequenze regolatorie in costrutti reporter e 3) misurazione dell'RNA enhancer (eRNA).
L'esposizione delle cellule staminali embrionali (ES) all'acido retinoico (RA) è spesso utilizzata per promuovere la differenziazione neurale delle cellule pluripotenti 10. L'artrite reumatoide esercita i suoi effetti legandosi ai recettori dell'artrite reumatoide (RARα, β, γ) e ai recettori X dei retinoidi (RXRα, β, γ). RAR e RXR in una forma di eterodimero si legano a motivi di DNA chiamati elementi di risposta RA, che sono tipicamente organizzati come ripetizioni dirette della sequenza AGGTCA (chiamata semisito) e regolano la trascrizione. Esperimenti di trattamento con ligandi hanno permesso l'identificazione di diversi geni regolati dall'acido retinoico nelle cellule ES 11,12. Tuttavia, gli elementi potenziatori per molti di questi geni non sono stati ancora descritti. Per dimostrare come il flusso di lavoro qui descritto possa essere utilizzato per l'identificazione e la validazione degli enhancer, mostriamo passo dopo passo la selezione e la caratterizzazione di due enhancer dipendenti dall'acido retinoico nelle cellule staminali embrionali.
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1. Enhancer selezione basata su analisi Chip-Seq
2. Reporter Assay
NOTA: Il sistema luciferina / luciferasi viene utilizzatocome un saggio giornalista molto sensibile per la regolazione trascrizionale. A seconda della luciferasi enzimatica enhancer è prodotta che catalizzare l'ossidazione di luciferina per oxyluciferin conseguente bioluminescense, che può essere rilevato. Come primo passo, identificate sequenze enhancer putativi dovrebbero essere subclonati in un vettore giornalista (ad esempio, TK-luciferasi 22, pGL3 o NanoLuc).
3. Caratterizzazione di Enhancer RNA
NOTA: Un indicatore più diretto di attività enhancer è emerso dalla recente genoma-wstudi ide che ha individuato molti RNA non codificanti brevi, di dimensioni variabili da 50 a 2.000 nt, che sono trascritti da esaltatori, e sono denominate RNA Enhancer (eRNA) 16,25,26 (Figura 4). eRNA induzione altamente correlata con l'induzione di geni esone codificante adiacenti. Così, l'attività enhancer segnale-dipendente può essere quantificato in vivo confrontando la produzione eRNA tra varie condizioni di RT-qPCR.
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Abbiamo utilizzato un anticorpo specifico-pan RXR al fine di identificare quali geni RA-regolati a livello di genoma hanno recettore arricchimento nella loro immediate vicinanze. L'analisi bioinformatica delle RXR dati del chip-ss ottenuti da cellule ES trattate con acido retinoico ha rivelato l'arricchimento del mezzo sito recettore nucleare (AGGTCA) sotto il RXR siti occupati (figura 1). Utilizzando un algoritmo di bioinformatica abbiamo mappato di nuovo il risultato d...
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Negli ultimi anni, i progressi nella tecnologia di sequenziamento hanno permesso di prevedere su larga scala gli enhancer in molti tipi di cellule e tessuti 7-9. Il flusso di lavoro sopra descritto consente di eseguire la caratterizzazione primaria dei candidati enhancer scelti sulla base dei dati ChIP-seq. I passaggi dettagliati e le note aiuteranno chiunque a impostare una convalida di routine del potenziatore in laboratorio.
La fase più critica nel test reporter della luciferasi ...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori ringraziano il Dr. Bence Daniel, Matt Peloquin, il Dr. Endre Barta, il Dr. Balint L Balint e i membri del laboratorio Nagy per le discussioni e i commenti sul manoscritto. L.N è sostenuto da sovvenzioni del Fondo ungherese per la ricerca scientifica (OTKA K100196 e K111941) e cofinanziato dal Fondo sociale europeo e dal Fondo europeo di sviluppo regionale e dal Programma ungherese di ricerca sul cervello - Sovvenzione n. KTIA_13_NAP-A-I/9.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| KOD DNA polimerasi | Merck Millipore | 71085-3 | per l'amplificazione PCR dell'enhancer da gDNA |
| DNeasy Blood & Kit fazzoletti | Qiagen | 69504 | per l'isolamento del DNA genomico |
| Kit di purificazione QIAquick PCR | Qiagen | 28106 | per la purificazione del prodotto PCR |
| Kit di estrazione del gel. | Qiagen | 28706 | per l'estrazione del gel se ci sono più prodotti PCR |
| HindIII | NEB | R3104L | enzima di restrizione |
| BamHI | NEB | R3136L | enzima |
| di restrizione FastAP | Thermo Scientific | EF0651 | rilascio di gruppi 5'- e 3'-fosfato dal DNA |
| T4 DNA ligasi | NEB | M0202 | per legatura |
| QIAprep Kit di spin Miniprep | Qiagen | 27106 | per l'isolamento dei plasmidi |
| DMEM | Gibco | 31966-021 | ES media |
| FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES media |
| MEM Aminoacido non essenziale | Sigma | M7145 | ES media |
| Penicillina-Streptomicina | Sigma | P4333 | ES media |
| Beta Mercaptoetanolo | Sigma | M6250 | ES media |
| FuGENE HD | Reagente di trasfezione | Promega | E2311 |
| Opti-MEM® I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-062 | per la trasfezione |
| Acido retinoico all-trans | Sigma | R2625 | ligando, per l'attivazione di RAR/RXR |
| 96 pozzetti su piastra trasparente | Greiner | 655101 | per il test della beta galattosidasi |
| 96 pozzetti | Greiner | 655075 | per il saggio della luciferasi |
| D-luciferina, sale di potassio | Goldbio.com | 115144-35-9 | per il test della luciferasi |
| ATP sale | Sigma | A7699-1G | per il test della luciferasi |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | per il test della luciferasi |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | per il test della luciferasi |
| Na2HPO4 • 7H2O | Sigma | 431478-50G | per il dosaggio della Beta galattosidasi |
| NaH2PO4 • H2O | Sigma | S9638-25G | per il dosaggio della Beta galattosidasi |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | per il dosaggio della beta galattosidasi |
| KCl | Sigma | P9541-500G | per il dosaggio della beta galattosidasi |
| ONPG (o-nitrofenil-β-D-galattosidasi) | Sigma | N1127-1G | per il dosaggio della beta galattosidasi |
| TRIzol® | Life Technologies | 15596-026 | Isolamento dell'RNA |
| Kit di trascrizione inversa del cDNA ad alta capacità | Life Technologies | 4368814 | la trascrizione inversa dell'eRNA |
| Senza RNA Dnase Promega | M6101 | Trattamento con Dnasi | |
| SsoFast Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR mastermix |
| CFX384 Touch™ Sistema di rilevamento PCR in tempo reale Macchina | BioRad | qPCR | |
| Lettore di micropiastre BioTek Synergy 4 | Contatore luminescente | BioTek |
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