クロマチン免疫沈降は、DNAは、インビボでのシロイヌナズナのタンパク質の結合部位を同定するための強力な技術です。この手順は、クロマチン架橋および断片化、目的のタンパク質に対する選択的な抗体を用いた免疫沈降、および結合したDNAの定量PCR分析を含みます。私たちは、シロイヌナズナ植物用に最適化され、単純なChIPアッセイを説明します。
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クロマチン免疫沈降は、DNAは、インビボでのシロイヌナズナのタンパク質の結合部位を同定するための強力な技術です。この手順は、クロマチン架橋および断片化、目的のタンパク質に対する選択的な抗体を用いた免疫沈降、および結合したDNAの定量PCR分析を含みます。私たちは、シロイヌナズナ植物用に最適化され、単純なChIPアッセイを説明します。
複雑な遺伝子制御ネットワークは、植物の生物学的プロセスと発生移行を調整します。遺伝子の選択的転写活性化とサイレンシングは、環境シグナルと発生の手がかりに対する植物の応答を媒介します。したがって、植物の遺伝子発現を制御するメカニズムへの洞察は、植物の生物学的プロセスがどのように制御されているかを深く理解するために不可欠です。ここで説明するクロマチン免疫沈降(ChIP)技術は、モデル種であるシロイヌナズナの遺伝子またはゲノム領域におけるタンパク質のDNA結合部位を同定する手順です。転写因子、クロマチンタンパク質、翻訳後修飾ヒストンなどの目的タンパク質のDNAとの相互作用は、ChIPプロトコルで効率的に解析できます。この方法は、in vivoでのタンパク質-DNA相互作用の固定、クロマチンのランダム断片化、特定の抗体とのタンパク質-DNA複合体の免疫沈降、およびPCR技術による目的のタンパク質に関連するDNAの定量に基づいています。シロイヌナズナにおけるこの方法論の使用は、さまざまな植物の生物学的プロセスを制御する転写調節メカニズムの解明に大きく貢献しています。このアプローチにより、シロイヌナズナクロマチンタンパク質EBSの結合部位を開花FTのマスター遺伝子の調節領域に同定することができました。このタンパク質がFTのゲノム領域における特定のヒストンマークの蓄積に及ぼす影響も、ChIP解析によって明らかになりました。
近年中に、分子遺伝学的ツールおよびゲノムの広い範囲は、モデル種のシロイヌナズナで開発されてきました。この技術は、植物の開発が規制されている方法を理解する上で非常に進歩を促進してきました。モデルとしてシロイヌナズナを用いて研究し、発達過程の中で、開花時期の遺伝的制御が広範囲に解析されています。これらの研究は、植物は非常に正確にそのようなホルモンや植物の年齢などの内因性手がかりに、また季節1の自然なサイクルで開花時期を同期させるような日長や温度などの環境シグナルに応答して開花時期を調節することが示されています2。開花の時間変化を有するシロイヌナズナ変異体の単離および特性は、内因性および環境要因に応じて開花時期を調節する遺伝子の複雑なネットワークを発表における決定要因となっています。これらの遺伝子回路は、開花のスイッチとして機能するいくつかのマスター遺伝子のレベルで統合され、花芽の正確なタイミングは、開花促進し、花のインテグレータ遺伝子1,3の上流に働くの活動を抑制するのバランスに依存しています。
ゲノムアプローチの最近の使用によって支援開花開始の制御におけるその役割のために同定された遺伝子の機能解析は、開花時期の調節における転写制御の中心的な役割を明らかにしました。実際には、開花エンコード転写のマスター遺伝子の多くは、4因子 。また、クロマチンリモデリングタンパク質複合体の数は、開花のマスター遺伝子の発現に影響を与えます。それらの変化した開花時のために単離さシロイヌナズナ変異体の数は、クロマチン修飾因子の様々なコード化する遺伝子に変異を有することが判明しました。ヒストンで翻訳後修飾を導入異なるクロマチン改築Eテール、ヒストンバリアントによって標準的なヒストンはシロイヌナズナ5,6の開花の適切なレギュレーションのために必要であるDNAまたは交換する相対ヌクレオソームの位置を変更します。これらのクロマチンリモデリング活動のいくつかは、特定のヒストン残基におけるアセチル化やメチル化などの共有結合修飾の堆積または除去を触媒します。これらのヒストンマークは特に開花遺伝子の転写活性を調節するために、他のクロマチンリモデリング複合体、転写因子または転写機構の成分を補充する特殊なエフェクターによって認識されます。
クロマチン免疫沈降(チップ)は、目的のタンパク質のためのin vivoでの DNA結合部位の同定( 図1)ことができます。この手順は、DNAに架橋タンパク質の特定の化学物質の能力を利用します。得られたDNA-タンパク質複合体は、次いで、特異的抗体AGAを用いて免疫沈降することができ選択したタンパク質に結合instの転写因子、クロマチン結合タンパク質、または特定の改変および異種エピトープ(一般に「タグ」と呼ばれます)。これらの免疫沈降物から精製されたDNAは、目的の特定の配列の濃縮のために評価するために定量的PCR(定量PCR)反応における鋳型として使用することができます。この方法では、転写因子の結合部位または特定の遺伝子でのヒストンマークの分布が7,8を確立することができます。また、大規模並列シーケンシングを可能にする次世代シーケンシング(NGS)と合わせ、チップ技術は、転写因子の結合部位のゲノムワイドな識別だけでなく、ヒストン修飾の除幕式エピ風景を可能にしました。さらに、遺伝子発現の同時分析は、転写調節因子の結合または特定のヒストンマークの堆積は転写activiと相関方法をモニタリングできます遺伝子9のTY。
シロイヌナズナにおけるチッププロトコルの使用は、転写調節因子の様々な開花とどのようにこれらの構造変化は、遺伝子発現に影響を与える5,6のマスター遺伝子のクロマチン組織に与える影響を評価することができました。以前の結果は 、短い日でシロイヌナズナ遺伝子座早期抽苔 (EBS)は 、この遺伝子のショーに開花し、開花FTのマスター遺伝子のアップレギュレーションの加速度を開花し、変異体のリプレッサーとして機能することを示しました。また、FTにおける機能喪失型変異は完全にFTが EBS変異体の早期の開花およびEBS 10開花このマスター遺伝子の抑制のために必要であることが必要であることを示す、EBS変異体植物の初期開花表現型を抑制、11は、EBS は、具体的には 、ヒストンH3のジ-に結合し、目にすることができるトリメチルPHDを含むタンパク質をコードしますFT 12のクロマチン媒介抑制におけるEBSの役割を示唆している電子のリジン残基4(H3K4me2 / 3)、。 ChIPのアプローチの使用は、シロイヌナズナPHD含有タンパク質EBS 10,11は、その発現12を抑制するために花のインテグレータ遺伝子FTの調節領域に結合することを実証しました。チップ技術の使用によって得られる追加のデータは、このタンパク質は、シロイヌナズナの開発の初期段階で開花のこのマスター遺伝子のクロマチンにおけるヒストンアセチル化、活性な転写の顕著な特徴の低レベルを維持するために必要とされることを示しました。一緒に、遺伝子および遺伝子発現データを有するこれらの観察は、このシロイヌナズナPHD含有タンパク質は、花の積分FT遺伝子12の発現を調節することにより、開花時間の微調整において中心的な役割を有していることを示しています。ここで紹介する作品は、ヒストンの分析のためだけでなく、他のためだけでなく、有益な最適化された方法を提供し、タンパク質、および効率の向上と低下し、実験時間に関連するクロマチン。また、この報告書は、チップ・プロトコルの使用は、クロマチンの修飾の変化や植物遺伝子の転写状態、およびシロイヌナズナの開花の発症に遺伝子発現制御への影響をどのようにこれらのクロマチン媒介機構との関係に新たな洞察を提供している様子を示しています。
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植物材料の1架橋(1時間)
抗体の調製(1日)
注:免疫沈降のために、タンパク質Gまたはタンパク質抗体の重鎖の定常ドメインのための高い親和性を有するリンカーを介して抗体と結合させた磁気ビーズを使用することが推奨されます。 DNA-タンパク質複合体は、ビーズ - 抗体複合体の表面に非特異的に接続することができます。そのため、非特異的バックグラウンドを定量化するために特異的な抗体なしのコントロールを行う必要があります。
3.クロマチン抽出(4時間)
目的のタンパク質とDNAの救助の4免疫沈降(1日、3時間)
5.定量PCR(4時間)によって免疫沈降したDNA中の結合部位の存在量を測定します
注:沈殿クロマチンから分離されたDNAは、その関心のあるタンパク質に結合し、総クロマチンからのChIP-EDされたDNA断片を決定するために分析されなければなりません。
6.データ解析
注:元のうち、ChIPのデータを分析する方法をisting二つの最も一般的に使用されます。それらの最初のも、「無抗体対照に対して ''相対的濃縮」、「バックグラウンドを超えるシグナル」またはという名前の倍の濃縮方法です。第二の方法は、「入力の%」と命名されます。
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エイト主な手順は、成長し、植物材料、クロマチンの架橋、クロマチン分離、クロマチンの断片化、DNAとの間の複合体の選択的単離の収穫など、in vivoでのタンパク質-DNA相互作用の同定のために、このチッププロトコルに白羽することができます免疫沈降、タンパク質の消化、DNA精製、およびqPCR分析による目的のタンパク質( 図1)。 ChIPプロトコルにおける重要なステップは、架橋反応におけるDNA-タンパク質相互作用の固定です。典型的には、ホルムアルデヒド架橋は、植物のチップに使用されます。ホルムアルデヒドは、組織を貫通し、DNA 1〜6中のタンパク質またはタンパク質およびヌクレオチドのNH 2基の間にメチレン架橋を作成します。 インビボでの核タンパク質複合体の効率的な固定は、ホルムアルデヒドは、植物の核内のクロマチンに到達することを要求し、それは、植物組織が 完全トンに浸漬されることが必須です彼ホルムアルデヒドバッファは、免疫沈降中のタンパク質-DNA複合体が効果的にプルダウンされていることを確認し...
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ここで説明のChIPプロトコールは、タンパク質およびアラビドプシス植物の in vivo での特定のDNA配列間の相互作用を分析するための再現可能かつ強力な技術です。目的のタンパク質の結合部位の同定に成功し、関連する相互作用が実際に行われている植物器官や発達段階を適切に選択する必要があります。また、植物材料の適切な固定および超音波処理によりクロマチンの最適な剪断を得ることが重要です。選択されたタンパク質/タグの効率的な免疫沈降のための高度に特異的な抗体も不可欠です。
植物におけるチップアプローチの使用は、潜在的プロトコルにおける異なるステップに干渉する可能性が二次代謝産物と細胞壁の存在に関連するいくつかの困難に直面しています。また、植物器官の複雑さは、多くの場合、複数の細胞型を含む場合に整数のDNA結合タンパク質erestは異なって存在またはアクティブにすることができ、この方法論の使用を妨げてきました。そのため、可能な限り、それはチップ内に使用することが最も有利であることは存在および/または目的のタンパク質の活性は、既に実証されている均質な組...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
著者は、このジャーナルに掲載された一部のデータを使用して、図4で説明した代表的な結果を詳しく説明することを許可してくれたThe Plant Cellに感謝したいと思います。この作業は、EU の 7FP Marie Curie-Initial Training Network EpiTRAITS (Grant Agreement 316965) とスペインの Ministerio de Economìa y Competitividad (助成金 BIO2010-15589 および BIO2013-43098-R) の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| MES | Sigma | M8250 | |
| MS (村重とスクーグの基礎塩混合物) | Sigma | M5524 | |
| ホルムアルデヒド 37% | シグマ | F8775-25 | ヒュームフード下での使用 |
| プロテアーゼ阻害剤ミックス cOmplete ULTRA錠、ミニ、EDTAフリー、EASYpack | ロシュ | 5892791001 | |
| バイオラプター 標準超音波処理装置 | Diagenode | B01010002 (UCD200TO) | |
| グリシン | Sigma | 50046 | |
| QIAquick PCR精製キット | Qiagen | 28104 | |
| Dynabeads 磁気ビーズとプロテインAまたはプロテインGの組み合わせ | Life Technologies | 10003D/10001D | メーカーを確認する抗体親和性 |
| Miracloth | Merck Millipore | 475855 | |
| Triton X-100 Surfact-Amps Detergent Solution | Life Technologies | 85112 | |
| (マウス、ラット、ウサギ…)-IgG | Diagenode | C15400001, C15420001, C15410206 | |
| マグネティックラック - DynaMag-2 | Life Technologies | 12321D | |
| H3K9/14ac ポリクローナル抗体 - プレミアム | Diagenode | C15410200-10 | |
| Chelex 100 Resin | Bio-Rad | 142-2832 | |
| Proteinase K | Life Technologies | 17916 | |
| Anti-Myc Tag 抗体、クローン 4A6 | Millipore | 05-724 | |
| LightCycler 480 SYBR Green I Master | Roche | 4707516001 |
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