Qui presentiamo un protocollo ATAC-seq rapido e semplice da implementare nel verme intero Caenorhabditis elegans a stadio L4 utilizzando solo 30 μL di pellet di verme.
Articolo metodologico
Qui presentiamo un protocollo ATAC-seq rapido e semplice da implementare nel verme intero Caenorhabditis elegans a stadio L4 utilizzando solo 30 μL di pellet di verme.
L'accessibilità alla cromatina svolge ruoli essenziali nella trascrizione, nella riparazione del DNA e nella segregazione cromosomica. Le regioni iper-accessibili solitamente sono correlate con promotori e potenziatori attivi, facilitando il legame dei fattori di trascrizione e l'attività regolatoria. Il test per la cromatina accessibile alla trasposasi tramite sequenziamento (ATAC-seq) consente una profilazione genomica dell'accessibilità alla cromatina con pochissime cellule. Tuttavia, la sua applicazione in Caenorhabditis elegans è limitata dalla ricca cuticola di collagene del nematode, che complica la dissociazione cellulare. Qui presentiamo un protocollo ottimizzato per eseguire ATAC-seq in interi worm allo stadio L4. La procedura inizia con colture sincronizzate e coinvolge la disgregazione delle cuticole, la dissociazione enzimatica e la preparazione alla sospensione cellulare. I nuclei permeabilizzati vengono quindi sottoposti a trasposizione di Tn5, seguita da un'amplificazione della reazione a catena della polimerasi (PCR) e dalla purificazione delle librerie pronte per il sequenziamento di nuova generazione (NGS). Questo protocollo richiede 30 μL di pellet di vermi, può essere completato in un giorno e genera 5.000–9.000 picchi di accessibilità nel ceppo di riferimento Bristol N2. Questo flusso di lavoro semplificato può essere adattato ad altre fasi dello sviluppo o a popolazioni cellulari purificate da FACS. Riducendo le barriere tecniche all'ATAC-seq in C. elegans, questo metodo amplia le opportunità di studiare l'accessibilità della cromatina a livello genomico in risposta a perturbazioni genetiche e ambientali in un contesto di organismo completo.
I genomi eucariotici sono densamente impacchettati all'interno del nucleo cellulare. Per far fronte ai vincoli spaziali, il DNA è strettamente avvolto attorno ai nucleosomi, complessi multiproteici composti da otto istone altamente conservate tra diversiphyla 1. I modelli di accessibilità della cromatina variano a seconda dello stato cellulare di un tessuto, e i modelli specifici del gene 2,3,4. L'accessibilità ai nucleosomi è fortemente correlata con la trascrizione attiva, in particolare ai promotori e alle regioni regolatorie distali come gli esaltatori, che sono accessibili ai fattori di trascrizione5. Le regioni della cromatina aperta svolgono anche ruoli importanti nella riparazione, replicazione e segregazionecromosomica 3. Al confronto, la ridotta accessibilità è solitamente correlata a eterocromatina silenziata e sequenzeripetitive 6,7.
Mappare l'accessibilità della cromatina è stato un approccio potente per comprendere la regolazione genica. Sono state impiegate diverse tecniche per esaminare l'accessibilità della cromatina. Tra i primi metodi, la nucleasi micrococcica (MNasi) e la digestione DNase I sono state utilizzate per mappare il posizionamento e l'accessibilità dei nucleosomi in locispecifici 8,9. Queste tecniche sono state successivamente implementate per studi a livello genomico quando abbinate al sequenziamento di nuova generazione (NGS)10,11. Tuttavia, queste tecniche richiedono un'attenta calibrazione della concentrazione enzimatica e del tempo di reazione, insieme a un numero consistente di cellule, per un'implementazione efficace.
Nel 2013, il laboratorio Greenleaf ha stabilito il saggio per la cromatina accessibile alla trasposasi tramite sequenziamento (ATAC-seq) per mappare in modo fluido l'accessibilità della cromatina a livello genomico utilizzando un basso numero dicellule 12. ATAC-seq sfrutta la trasposasi Tn5 disponibile commercialmente per inserire preferenzialmente brevi sequenze di DNA (cioè codici a barre) in regioni di cromatina aperta, tipicamente prive di nucleosomi, e si correla con promotori e potenziatori attivi. Il protocollo richiede permeabilizzazione cellulare e isolamento dei nuclei, seguiti da una digestione limitata con Tn5 per la tagmentazione della cromatina iperaccessibile. Successivamente, durante la PCR vengono incorporati indici complementari, facilitando il multiplexing del campione prima dellaNGS 13. ATAC-seq si è dimostrato un protocollo robusto che consente anche l'impronta in silico del fattore di trascrizione ed è stato implementato per la risoluzione a singolacellula 14,15,16,17. Oltre ai campioni di topi e umani, ATAC-seq è stato implementato in vari sistemi, inclusi pesci zebra e invertebrati come Drosophila e il nematode Caenorhabditis elegans 18,19,20.
Per decenni, C. elegans è stato un potente sistema modello in campi come lo sviluppo, la biologia cellulare e le neuroscienze, portando a scoperte fondamentali tra cui l'identificazione di micro RNA e l'interferenza RNA (RNAi)21,22. Ha un genoma compatto da 100 MB con ~20.000 geni codificanti perproteine 23. La regolazione genica avviene attraverso l'attività dei promotori così come tramite potenziatori distali, che sono stati mappati tramite ATAC-seq attraverso diversi tessuti, fasi di sviluppo e punti temporali diinvecchiamento 24,18. Il profiling dell'accessibilità della cromatina è quindi diventato uno strumento prezioso per comprendere la regolazione genica in C. elegans. Di conseguenza, ATAC-seq offre un potenziale particolare per lo studio di paesaggi epigenetici attraverso diverse condizioni ambientali o isolati selvatici, al fine di scoprire risposte trascrizionali diverse. Inoltre, potrebbe fornire informazioni sull'architettura della cromatina di altri nematodi patogeni e non patogeni.
Una delle principali sfide metodologiche in C. elegans è la presenza di una cuticola ricca di collagene che deve essere dissociata per ottenere una sospensione cellulare omogenea da vermiinteri 25. Per affrontare questa sfida, abbiamo compilato e ottimizzato diversi protocolli per disintegrare i nematodi e poi eseguire ATAC-seq in C. elegans18,26. Si preferisce utilizzare lo stadio larvale L4, poiché gli animali in questo punto di sviluppo possiedono una linea germinale trascrizionalmente attiva, che si traduce in cromatina aperta, fornendo una fonte costante e informativa di accessibilità alla cromatina nelle cellule somatiche. Qui presentiamo un protocollo rapido ed efficiente per la dissociazione dei vermi e la generazione di sospensioni cellulari, abilitando ATAC-seq in C. elegans. Il nostro metodo è ottimizzato per vermi in stadio L4 e richiede anche solo 30 μL di pellet per vermi, con il potenziale di adattamento ad altre fasi dello sviluppo o a campioni più piccoli, come le cellule purificate con FACS. Questo protocollo può essere eseguito in diversi ceppi e condizioni di C. elegans, consentendo l'identificazione di picchi di accessibilità da 5.000 a 9.000 cromatine nel ceppo di riferimento Bristol-N2, gettando le basi per successive analisi di accessibilità della cromatina.
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Si consiglia di indossare sempre i guanti.
NOTA: Giorno 1: Preparazione della popolazione sincronizzata di vermi. Tutti i vermi sono stati coltivati su piastre NGM seminate con E. coli OP50. Cose necessarie prima di iniziare: (per campione o ceppo), Una piastra vermiforme adulte da 90 mm o due da 60 mm, una piastra da 90 mm o due da 60 mm con cibo, Tampone sterile M927 (3 gKH 2PO4, 6 gNa 2HPO 4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O a 1 L. Sterilizzare tramite autoclaving)
1. Raccolta di vermi
2. Sbiancamento
3. M9 (liquido) schiusa notturna delle uova
4. Giorno 2: crescita dei vermi: recupero dei vermi L1 .
5. Giorno 3: Preparazione delle soluzioni stock: Le soluzioni successive devono essere pronte per produrre soluzioni fresche al giorno 4
NOTA: Questo può essere fatto al giorno 2 o 3.
6. Preparazione della soluzione
Tabella 1: Scorte per la preparazione della soluzione fresca. Ricette per la preparazione del stock per la dissociazione del nematode e il protocollo di sospensione cellulare (sezioni 6 e 7). Clicca qui per scaricare questa tabella.
7. Protocollo di dissociazione dei nematodi e sospensione cellulare
NOTA: Sarà necessario un piatto da 90 mm o due da 30 mm con una popolazione di vermi sincronizzati L4.
8. Isolamento dei nuclei e marcatura della cromatina
NOTA: Usa punte filtrate con pipetta. Prima di iniziare: togli il tampone Tn5, lascialo scongelare, imposta un termoblocco a 37 °C, estrai il kit di purificazione del prodotto PCR (Tabella dei materiali), metti il tampone EB a 37 °C, la centrifugazione delle colonne deve essere eseguita a RT.
9. Amplificazione della libreria
Tabella 2: Istruzioni per la prima amplificazione della libreria. Programma di ricetta e PCR per la prima amplificazione della libreria (sezione 9). Clicca qui per scaricare questa tabella.
Tabella 3: Istruzioni per l'amplificazione finale della libreria ATAC. Programma di ricetta e PCR per l'amplificazione finale della libreria (sezione 9). Clicca qui per scaricare questa tabella.
10. Purificazione della biblioteca
NOTA: Prima di iniziare, tira fuori dalle perline di selezione della dimensione (AMPure, SPRIselect o perline calibrate fatte in casa) per farle adattare alla temperatura ambiente. Mescola vigorosamente le perline usando il vortice ogni volta prima di usarle.
11. Distribuzione delle dimensioni dei frammenti
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Il controllo qualità dopo la tagmentazione garantisce una preparazione accurata della libreria
Durante il protocollo, è importante prestare particolare attenzione alla qPCR eseguita dopo la marcatura della cromatina (sezione 9), poiché rappresenta un passaggio fondamentale per valutare la qualità del DNA e le prestazioni dell'esperimento. La Figura 1A mostra due curve di amplificazione; Quella sinistra (sotto i 15 cicli) rappresenta materiale di buona qualità che dimostra...
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Qui descriviamo un protocollo ottimizzato per il profilo dell'accessibilità della cromatina a livello genomico tramite ATAC-seq in vermi interi Caenorhabditis elegans a stadio L4. L'accessibilità alla cromatina influenza direttamente l'espressione genica, la riparazione del DNA, la replicazione e la ricombinazione, e sebbene ATAC-seq sia diventato un approccio standard per campioni cellulari e tissutali, la sua applicazione a organismi intatti pone sfide tecniche uniche, in part...
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Gli autori dichiarano di non avere conflitto di interessi. Non è stata utilizzata alcuna IA generativa nella scrittura, analisi o preparazione di questo manoscritto.
J Hersch-González ha ricevuto una borsa di studio di dottorato dal Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías, CONAHCYT (oggi Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, SECIHTI) (#CVU 846476). J Hersch-González fu sostenuto da una borsa di studio CONAHCYT (ora SECIHTI) (788519). Questo progetto è stato supportato dalla sovvenzione PAPIIT-UNAM IN217824 e dalla sovvenzione SECIHTI CBF-2025-I-2275 a VJV. All'IFC ringraziamo l'UBM: Laura Ongay-Larios, Guadalupe Códiz Huerta e Minerva Mora Cabrera; l'UBMI: Augusto César Poot-Hernández e Carlos Peralta Alvarez; e Unidad de Cómputo, Imagenología, Taller e Biblioteca. Ringraziamo con gratitudine il Caenorhabditis Genetics Center (CGC) per aver fornito i ceppi utilizzati in questo lavoro. Il CGC è finanziato dall'Ufficio per i Programmi di Infrastrutture di Ricerca del NIH (P40 OD010440).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 250 mL, 0.22 µm PES | Ultra Curz | sc-200253 | |
| Agar | BD | 214010 | |
| Agencourt AMPURE XP | Nalgene | A63886 | |
| Bovine Serum Albumin | Maplica | 200100 | |
| Calcium Chloride | Sigma | C5670-100G | |
| CellTrics 20 µm | Sysmex | 04-0042-2315 | |
| Cholesterol | Sigma | C8503-25G | |
| Digitonin | Sigma | D141-500 mg | |
| Disposable gloves | Microflex | 94-243 | |
| DL-Dithiothreitol | sigma | D0632-10G | Nocivo |
| Ethyl alcohol, pure | Sigma | 1003661421 | |
| Fetal Bovine Serum | biowest | S181S-500 | |
| HEPES | Sigma | H3375-250 G | |
| Illumina Tagment DNA Enzyme and Buffer (large Kit) | Illumina | 20034211 | |
| Kapa Syber 50 mL | Sigma | KK4618 | |
| L-15 Medium (Leivobitz) | sigma | L4386-10L | |
| Magnesium Chloride anhydrous | Sigma | M8266-100G | |
| Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | M1880-500G | |
| Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | M1880-500G | |
| MinElute PCR Purification Kit (50 preps) | Qiagen | 28004 | |
| NEBNext® High-Fidelity 2X PCR Master Mix | NEB | M0541S | |
| Nonidet P40 Substitute | Sigma | 74835-1L | |
| Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Peptone | BD | 211677 | |
| Petri dish 60 mm | Tritech | T3308 | |
| Petri dish 90 mm | Interlux | C9015-2C | |
| Pipet tips 10 µL, filter | Cellpro | 800108 | |
| Pipet tips 20 µL, filter | Cellpro | 800708 | |
| Pipet tips 200 µL, filter | Cellpro | 800608 | |
| Potassium Chloride | Sigma | P9541 -500G | |
| Potassium Phosphate Dibasic Powder | J.T. Baker | 3252-01 | |
| Potassium Phosphate Monobasic, Crystal | J.T. Baker | 3246-01 500G | |
| Sodium Chloride | JT Baker | 3624-01 | |
| Sodium dodecyl sulfate | sigma | L4509-100G | |
| Sodium Hydroxide | Macron | 7708-10 | |
| Sodium Hypochlorite | Cloralex | 544394479 | |
| Sodium Phosphate Dibasic 7-Hydrated Crystal | J.T. Baker | 3824-01 | |
| SPRIselect | Beckman | B23318 | |
| Sucrose | Sigma | S0389-500G | |
| Syringe Filter PVDF 0.22 µm | Ultra Curz | Sc-358812 | |
| Trizma base | Sigma | T1503 1KG | |
| Tween 20 | Sigma | P9416-50ML |
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