Questo metodo è progettato per seguire la formazione di domini di cromatina mediati da PRC2 nelle linee cellulari e il metodo può essere adattato a molti altri sistemi.
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Articolo metodologico
Questo metodo è progettato per seguire la formazione di domini di cromatina mediati da PRC2 nelle linee cellulari e il metodo può essere adattato a molti altri sistemi.
L'organizzazione e la struttura dei domini della cromatina sono uniche per le singole linee cellulari. La loro cattiva regolamentazione potrebbe portare a una perdita di identità cellulare e/o malattia. Nonostante gli enormi sforzi, la nostra comprensione della formazione e della propagazione dei domini della cromatina è ancora limitata. I domini di cromatina sono stati studiati in condizioni stabili, che non sono favorevoli a seguire gli eventi iniziali durante la loro istituzione. Qui, presentiamo un metodo per ricostruire indebitamente i domini della cromatina e seguire la loro ri-formazione in funzione del tempo. Anche se, prima applicato al caso di formazione del dominio cromatina repressiva mediata da PRC2, potrebbe essere facilmente adattata ad altri domini di cromatina. La modifica di e/o la combinazione di questo metodo con la genomica e le tecnologie di imaging fornirà strumenti preziosi per studiare in dettaglio la creazione di domini di cromatina. Crediamo che questo metodo rivoluzionerà la nostra comprensione di come i domini della cromatina si formano e interagiscono tra loro.
I genomi eucarioti sono altamente organizzati e i cambiamenti nell'accessibilità della cromatina controllano direttamente la trascrizione genica1. Il genoma contiene diversi tipi di domini di cromatina, che sono correlati all'attività trascrizionale e alla temporizzazione della replicazione2,3. Questi domini di cromatina variano in dimensioni da pochi kilobase (kb) a più di 100 kb e sono caratterizzati da un arricchimento in distinte modifiche istoni4. Le domande centrali sono: come si formano questi domini e come vengono propagati?
Uno dei domini di cromatina più caratterizzati è favorito attraverso l'attività del complesso repressivo Polycomb 2 (PRC2). PRC2 è un complesso multi-sottounità composto da un sottoinsieme del Polycomb Group (PcG) delle proteine5,6, e catalizza la mono-, di- e trimetilazione di lisina 27 di istone H3 (H3K27me1/me2/me3)7,8, 9,10. H3K27me2/me3 sono associati a uno stato di cromatina repressiva, ma la funzione di H3K27me1 non è chiara6,11. Uno dei componenti fondamentali della PRC2, sviluppo ectodernico embrionale (EED), si lega al prodotto finale della catalisi PRC2, H3K27me3, attraverso la sua gabbia aromatica e questa caratteristica si traduce nella stimolazione allosteric della PRC212,13. L'attività enzimatica PRC2 è cruciale per preservare l'identità cellulare durante lo sviluppo in quanto l'espressione inappropriata di alcuni geni dello sviluppo che sono controindicati per un lignaggio specifico, sarebbe dannosa5,6 . Pertanto, svelare i meccanismi attraverso i quali la RPC2 favorisce la formazione di domini di cromatina repressiva nei mammiferi è di fondamentale importanza per comprendere l'identità cellulare.
Tutti i sistemi sperimentali passati progettati per studiare la formazione di domini di cromatina, compresi i domini di cromatina mediati dalla RPC, sono stati eseguiti in condizioni stabili, che non sono in grado di monitorare gli eventi di svolgimento della formazione del dominio della cromatina Cellule. Qui, presentiamo un protocollo dettagliato per generare un sistema cellulare inducibile che monitora il reclutamento iniziale e la propagazione dei domini di cromatina. In particolare, ci concentriamo sul monitoraggio della formazione di domini di cromatina repressiva mediati da PRC2 che comprendono H3K27me2/3. Questo sistema in grado di cogliere i dettagli meccanicistici della formazione del dominio della cromatina, potrebbe essere adattato per incorporare altri domini della cromatina, come i domini ampiamente studiati che comprendono H2AK119ub o H3K9me. In combinazione con la genomica e le tecnologie di imaging, questo approccio ha il potenziale per affrontare con successo varie domande chiave nella biologia della cromatina.
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Generazione di mESC di salvataggio EED inducibili
1. Cultura cellulare
2. Generazione di mESC ePEC e EED clonale (KO)
3. Ingegneria degli eED knockout mESC per ospitare l'espressione EED inducibile basata su Cre-ERT2
4. A seguito della nucleazione e della diffusione dell'attività della RPC2 sulla cromatina
5. Monitoraggio dell'emergere e della crescita dei foci H3K27me3 nei nuclei mESC
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Un sistema generale del sistema di salvataggio condizionato
La figura 1 mostra lo schema di targeting per salvare in modo condizionale le cellule EED KO con WT o EED (Y365A) echeggiato dal locus EED endogeno. Dopo aver eliminato EED, viene introdotta una sottounità centrale di PRC2 essenziale per la sua stabilità e attività ezimatica, viene introdotta una cassetta all'interno dell'intron dopo l'esone 9 di EED (Figura 1). La cassetta è costitu...
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Un approccio potente per comprendere i dettagli meccanicistici durante la formazione di un dato dominio cromatico, è quello di interrompere prima il dominio e poi monitorare la sua ricostruzione in corso all'interno delle cellule. Il processo può essere sospeso in qualsiasi momento durante la ricostruzione per analizzare in dettaglio gli eventi in corso. Studi precedenti sui domini di cromatina non sono stati in grado di risolvere tali eventi in quanto sono stati eseguiti in condizioni di stato costante (ad esempio, conf...
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D.R. è co-fondatore di Constellation Pharmaceuticals e Fulcrum Therapeutics. Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Ringraziamo i dottori L. Vales, D. Ozata e H. Mou per la revisione del manoscritto. Il D.R. Lab è supportato dall'Howard Hughes Medical Institute e dal National Institutes of Health (R01CA199652 e R01NS100897).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| (Z)-4-idrossitamoxifene (5 mg) | Sigma | H7904-5MG | Per l'induzione dell'espressione EED |
| Soluzione acquosa di paraformaldeide al 16% (10x10 ml) | Microscopia elettronica Scienze | 15710 | Per immunofluorescenza |
| 2-mercaptoetanolo | LifeTechnologies | 21985-023 | Per colture mESC |
| Soluzione di gelatina al 2% | Sigma | G1393-100ml | Per mESC coltura |
| Accutase 500 ML | Innovative Cell Tech/FISHER | AT 104-500 | Per colture mESC |
| Alexa Fluor 594 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson immunoresaerch | 711-585-152 | Per immunofluorescenza |
| Aqua-Mount Mounting Medium | FISHER/VWR | 41799-008 | Per immunofluorescenza |
| CAMERA SLD TC PRMA 8-CHM 16 PK | Fisher Sci | 177445PK | Per l'immunofluorescenza |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Fenilidolo, Dicloridrato) - 10 mg | Life Tech | D1306 | Per l'immunofluorescenza |
| ERK inibitore, PD0325901 | Stemgent | 04-0006 | Per la coltura di mESC |
| ESGRO Proteina LIF ricombinante | Millipore/Fisher | ESG1107 | Per la coltura di mESC |
| FBS Cellule staminali qualificate | Atlanta | S10250 | Per la coltura di mESC |
| Gibson Assembly Master Mix | NEB | E2611L | Per la clonazione del modello del donatore |
| Inibitore GSK3, CHIR99021 | Stemgent | 04-0004 | Per la coltura di mESC |
| H3K27me2 (D18C8) coniglio mAB | Segnalazione cellulare | 9728S | Anticorpo per ChIP-seq |
| H3K27me3 | Segnalazione cellulare | 9733S | Anticorpo per ChIP-seq |
| Istone H2Av anticorpo (pAb) | Motivo attivo | 39715 | Controllo spike-in per ChIP-seq |
| Knockout DMEM | Invitrogen | 10829-018 | Per colture mESC |
| L-glutammina | Sigma | G7513 | Per colture mESC |
| Lipofectamine 2000 | LifeTech | 11668019 | Per trasfezione |
| MangoTaq DNA polimerasi | Bioline | BIO-21079 | Per genotipizzazione PCR |
| Siero d'asino normale (10 mL) | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | Per immunofluorescenza |
| Penicillina-Streptomicina | Sigma/Roche | P0781 | Per colture mESC |
| pSpCas9(BB)-2A-GFP (PX458) | Addgene | 48138 | Per clonazione di gRNA |
| Soluzione di estrazione del DNA QuickExtract | Lucigen | QE0905T | Per la genotipizzazione PCR |
| Triton X-100 | Sigma | T8787-250ML | |
| Kit di clonazione PCR Zero Blunt | Thermo Fisher | K270020 | Per clonazione modello di donatore |
| Primers/gBlocks | |||
| EED-KO-gRNA-1 | Sequenza: ctctggctactgtcaactag. gRNA si accoppia per knockout EED in ESC C57BL/6 per sistemi i-WT-r e i-MT-r. | ||
| Sequenza EED-KO-gRNA-2 | : TAGGCTATGACGCAGCTCAG. I gRNA si accoppiano per knockout EED nelle ESC C57BL/6 per i sistemi i-WT-r e i-MT-r. | ||
| da EED-gRNA | : atggcaccccgaaattagaa. gRNA e donatore per generare il sistema i-WT-r nel background EED-KO. | ||
| i-WT-r | https://benchling.com/s/seq-l2LLlWNEnLrfGXcbdCxI. gRNA e donatore per generare il sistema i-WT-r nel background EED-KO. | ||
| da EED-gRNA | : atggcaccccgaaattagaa. gRNA e donatore per generare il sistema i-WT-r nel background EED-KO. | ||
| i-MT-r | https://benchling.com/s/seq-n8eiZCB2XAkOuzzpv6qM. gRNA e donatore per generare il sistema i-MT-r nel background EED-KO. | ||
| Primer di genotipizzazione | |||
| Gnt-EED-KO-FW-1 | Sequenza: ctgtaggctgccatctgtga. L'allele wild type produrrà un prodotto di 1,9 kb. L'allele knockout produrrà un prodotto di 200 bp. | ||
| Gnt-EED-KO-REV-1 | Sequenza: agccagggctacacagagaa. L'allele wild type produrrà un prodotto di 1,9 kb. L'allele knockout produrrà un prodotto di 200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-FW-1 | Sequenza: tgcagtgaaaaaatttggaa. Quando la cassetta viene inserita, gli inneschi produrranno 1863 bp. L'allele wild type produrrà un prodotto di ~200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-REV-1 | Sequenza: gagaggggtggcactgtaaa. Quando la cassetta viene inserita, gli inneschi produrranno 1863 bp. L'allele wild type produrrà un prodotto di ~200 bp. | ||
| Inducible_Genotype-FW-2 | Sequenza: ccccctctttctccttttctct. Quando la cassetta viene inserita, gli inneschi produrranno 3200 bp. L'allele wild type produrrà un prodotto di 1560 bp. | ||
| Inducible_Genotype-REV-2 | Sequenza: atgcctgggtgaatgaaaaa. Quando la cassetta viene inserita, gli inneschi produrranno 3200 bp. L'allele wild type produrrà un prodotto di 1560 bp. |
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