I neutrofili sono uno dei tipi di cellule immunitarie più abbondanti e cruciali nei vertebrati, costituendo il 50%-70% dei leucociti umani1. I neutrofili svolgono un ruolo centrale nel rilevamento e nell'eliminazione dei microrganismi negli ospiti. Durante la sepsi, i neutrofili maturi sono tra i primi soccorritori2. Si mobilitano rapidamente nei siti di infezione tramite la chemiotassi3, dove combattono gli agenti patogeni ingerendo microrganismi (fagocitosi), producendo specie reattive dell'ossigeno dipendenti dalla NADPH ossidasi (esplosioni respiratorie), secernendo granuli (degranulazione) e formando trappole extracellulari neutrofile (NET) che catturano e uccidono i batteri extracellulari una volta arrivati al sito di infiammazione4. I neutrofili immaturi vengono anche rapidamente mobilizzati dal midollo osseo alla circolazione periferica dalle chemochine 5,6. Questi neutrofili attratti dal sito infettivo rilasciano anche citochine, che sono coinvolte in diversi processi fisiologici, come l'emopoiesi, l'angiogenesi e la guarigione delle ferite 7,8. I pazienti affetti da malattie congenite o acquisite che provocano una diminuzione della conta dei neutrofili sono più suscettibili alle infezioni 9,10. Tuttavia, l'attivazione dei neutrofili è un'arma a doppio taglio. L'attivazione e il rilascio eccessivi di citochine possono causare danni ai tessuti e agli organi, portando a disfunzioni multiorgano se le infezioni non vengono prontamente controllate11,12. Inoltre, i neutrofili contribuiscono anche a varie malattie infiammatorie e autoimmuni e possono influenzare la progressione del cancro e le metastasi13,14. Ciò sottolinea la necessità di studiare la regolazione dell'attività dei neutrofili per bilanciare un'efficace risposta immunitaria e prevenire danni all'ospite.
Nei neutrofili, l'architettura della cromatina subisce cambiamenti distinti e dinamici nella loro differenziazione, migrazione e attivazione, esercitando ruoli regolatori fondamentali per tutta la durata della vita cellulare. Questo viaggio, dal grande nucleo rotondo ricco di eucromatina dei mieloblasti a un nucleo più frastagliato nei mielociti e nei metamielociti, e poi a cellule in banda a forma di C o S e altamente lobulate con cromatina densamente impacchettata nei neutrofili polimorfonucleati15,16, è una testimonianza della complessità della biologia dei neutrofili. La configurazione specializzata della cromatina garantisce l'espressione selettiva di geni essenziali per la funzione dei neutrofili, come quelli coinvolti nella produzione di granuli e le rapide risposte trascrizionali necessarie per un'efficace eliminazione dei patogeni17. Quando i neutrofili vengono mobilizzati nei siti infiammatori tramite chemiotassi, la migrazione transendoteliale esercita pressione sul complesso linker nucleoscheletro/citoscheletro (LINC), provocando il rimodellamento della cromatina e un maggiore potenziale di attivazione18. Nella sepsi, i neutrofili attivati mostrano uno "spostamento nucleare-sinistro", con una morfologia anormale della cromatina, come nuclei bilobati o non lobati e condensazione della cromatina significativamente più sciolta19. Ciò si traduce in una maggiore accessibilità all'interno delle regioni geniche associate alla risposta infiammatoria, inducendo così un'espressione significativa di questi geni. Se le infezioni non sono debitamente controllate, la citrullinazione degli istoni e la successiva decostruzione della cromatina sono necessarie per formare NET20,21. Pertanto, la comprensione dell'architettura della cromatina dei neutrofili è fondamentale per far progredire la biologia dei neutrofili e sviluppare trattamenti per le malattie infiammatorie e autoimmuni, offrendo speranza per il futuro trattamento della malattia.
L'accessibilità della cromatina funge da metrica per l'architettura della cromatina a livello epigenomico. Indica come le regioni genomiche siano fisicamente consentite a potenziatori, promotori, isolanti e fattori leganti la cromatina e come questi elementi influenzino l'espressione genica22. Il test per la cromatina accessibile alla trasposasi con sequenziamento (ATAC-seq) è una tecnica ampiamente utilizzata per valutare l'accessibilità della cromatina in tutto il genoma23. Non richiede una conoscenza preliminare degli elementi regolatori, il che lo rende un potente strumento per la ricerca epigenetica. Questo metodo prevede l'isolamento di nuclei di campioni, la frammentazione del DNA genomico mediante trasposasi Tn5 e l'aggiunta di primer di sequenziamento per la preparazione della libreria, il sequenziamento e l'analisi dei dati23. ATAC-seq è stato determinante nello studio della mappatura dei nucleosomi, dell'analisi del legame dei fattori di trascrizione, dei meccanismi regolatori in vari tipi di cellule o malattie, dell'identificazione di nuovi potenziatori, della scoperta di biomarcatori, ecc.22,23. Viene spesso combinato con altre tecniche, come il sequenziamento dell'RNA, per un'analisi completa dell'espressione genica.
ATAC-seq ha migliorato le nostre conoscenze sulla biologia dei neutrofili scoprendo precisi meccanismi epigenetici in salute e malattia. Ha rivelato diversi fattori di trascrizione chiave (ad esempio, RUNX1, KLF6, PU.1, ecc.) nella maturazione dei neutrofili e nelle risposte effettrici24,25, ha scoperto firme patogeno-specifiche con potenziale biomarcatore nella sepsi26, ha chiarito i meccanismi epigenomici della memoria immunitaria innata12 e ha identificato bersagli terapeutici nella leucemia mieloide acuta pediatrica (AML)27. Tuttavia, come componente cellulare prominente nella sorveglianza immunitaria, i neutrofili mostrano un'elevata sensibilità al loro ambiente esterno e quindi rappresentano una sfida per la produzione di dati ATAC-seq di alta qualità. In circostanze fisiologiche, l'emivita mediana dei neutrofili umani è di 3,8 giorni, mentre l'emivita media dei neutrofili di topo è di 12,5 ore. È interessante notare che la loro emivita è considerevolmente più breve se studiata in vitro28,29. Durante il funzionamento in vitro di neutrofili isolati, l'esposizione a microrganismi o pattern molecolari associati a patogeni (PAMP), nonché procedure sperimentali ridondanti e operazioni difficili, possono provocare un'attivazione aberrante dei neutrofili e una diminuzione della vitalità cellulare a causa dell'apoptosi o della NETosi. Le cellule decedute ospitano comunemente quantità significative di DNA non cromatinizzato altamente suscettibile a Tn5, aumentando di conseguenza il rumore di fondo di ATAC-seq23.
Qui, proponiamo un protocollo scalabile per la preparazione di librerie ATAC-seq ottimizzate per neutrofili derivati da campioni di midollo osseo di roditori. La Figura 1 presenta una panoramica grafica del protocollo, che comprende la separazione immunomagnetica dei neutrofili dal midollo osseo, seguita da ATAC-seq. Il miglioramento della selezione immunomagnetica garantisce la vitalità ottimale dei neutrofili prima dell'estrazione del nucleo per la libreria ATAC-seq, assicurando così l'alta qualità delle librerie e facilitando l'incorporazione di ulteriori valutazioni dei neutrofili nello schema. L'implementazione di questo protocollo aiuterà i ricercatori a comprendere le caratteristiche dell'architettura della cromatina e i meccanismi di riprogrammazione epigenomica dei neutrofili quando esposti a varie sfide microambientali. Si prevede che questo avrà ampie applicazioni negli studi di immunologia di base e clinica.