この作業では、活性エンハンサーがどのように特定され、実験的に検証されるかについての実験的なワークフローを提供します。
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この作業では、活性エンハンサーがどのように特定され、実験的に検証されるかについての実験的なワークフローを提供します。
胚発生は、多くの遺伝子の活性化と抑制を含む多段階プロセスです。ゲノム中のエンハンサーエレメントは、組織及び細胞分化の間の遺伝子発現の細胞型特異的調節に寄与することが知られています。したがって、それらの同定およびさらなる調査は、細胞の運命を決定する方法を理解するために重要です。遺伝子発現データ( 例えば、マイクロアレイまたはRNA-seqの)およびクロマチン免疫沈降(ChIPの)ベースのゲノムワイドな研究(チップ配列)の結果の統合は、これらの調節領域の大規模な同定を可能にします。しかしながら、細胞型特異的エンハンサーの機能的検証は、in vitroおよびin vivo実験手順でさらに必要とします。ここでは、アクティブなエンハンサーを同定し、実験的に検証できる方法について説明します。このプロトコルは、ステップバイステップのワークフローを提供します:1)のChIP-seqのデータ解析による調節領域の同定、2)クローニングおよびEXPERimentalレポーターアッセイで同定されたゲノム配列の推定調節の可能性の検証、およびエンハンサーRNA転写物のレベルを測定することにより、in vivoでのエンハンサー活性の3)決意。提示されたプロトコルは、ラボでは、このワークフローを設定するために誰を助けるために十分に詳述されています。重要なことに、このプロトコルは容易に適応し、任意の細胞モデル系において使用することができます。
発達中の組織全体で数千の遺伝子の発現を正確に制御する必要があります。遺伝子発現の調節は、主にエンハンサーによって達成されます。エンハンサーは、転写因子(TF)と結合し、離れた場所から標的遺伝子の転写を活性化するために作用する短いノンコーディングDNA要素です1。エンハンサーは一般にシス作用性であり、転写開始部位(TSS)のすぐ上流に最も頻繁に見られますが、最近の研究では、エンハンサーが遺伝子の3'上、またはイントロンとエクソン2内でも、はるかに上流で見つかった例も記載されています。
脊椎動物のゲノムには何十万もの潜在的なエンハンサーがあります1.クロマチン免疫沈降法(ChIP)に基づく最近の方法は、エンハンサー分析3-9に使用できる全ゲノムのハイスループットデータを提供します。ChIP-seq実験で得られたデータは、細胞や組織特異的なエンハンサーを同定する可能性を大幅に高めますが、検出された結合部位が必ずしも直接的なDNA結合や機能エンハンサーを特定するわけではないことに留意することが重要です。したがって、新たに同定されたエンハンサーのさらなる機能解析が不可欠です。この研究では、推定上の活性エンハンサーの同定と検証の基本的な3ステップのプロセスを紹介します。これには、1)ChIP-seqデータのバイオインフォマティクス解析による転写因子結合部位の推定選択、2)レポーターコンストラクトにおけるこれらの調節配列のクローニングと検証、3)エンハンサーRNA(eRNA)の測定が含まれます。
胚性幹細胞(ES)のレチノイン酸(RA)への曝露は、多能性細胞の神経分化を促進するために頻繁に使用されます10。RAは、RARα、β、γ)やレチノイドX受容体(RXRα、β、γ)に結合することでその効果を発揮します。RARおよびRXRは、ヘテロ二量体の形で、RA応答要素と呼ばれるDNAモチーフに結合し、通常はAGGTCA配列の直接反復(ハーフサイトと呼ばれる)として配置され、転写を調節します。リガンド処理実験により、ES細胞11,12におけるいくつかのレチノイン酸調節遺伝子の同定が可能になった。しかし、これらの遺伝子の多くのエンハンサー要素はまだ記載されていません。ここで説明するワークフローをエンハンサーの同定とバリデーションにどのように使用できるかを示すために、胚性幹細胞における2つのレチノイン酸依存性エンハンサーの選択と特性評価を段階的に示します。
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チップ-seqの分析に基づく1エンハンサーの選択
2.レポーターアッセイ
注:ルシフェリン/ルシフェラーゼ系が使用されています転写調節のために非常に敏感なレポーターアッセイとして。エンハンサー活性に依存するルシフェラーゼ酵素を検出することができるbioluminescense、その結果ルシフェリンをオキシルシフェリンの酸化を触媒すること製造されます。最初のステップとして、同定された推定エンハンサー配列は、レポーターベクター( 例えば、TK-ルシフェラーゼ22、のpGL3またはNanoLuc)にサブクローニングする必要があります。
エンハンサーRNAの3キャラクタリゼーション
注:エンハンサー活性のより直接的な指標は、最近のゲノムワットから浮上していますエンハンサーから転写され、およびエンハンサーのRNA(eRNAs)16,25,26( 図4)と呼ばれるntの50から2000までの範囲の大きさの多くの短い非コードRNAを、識別されたIDE研究。エルナ誘導は非常に隣接するエクソンをコードする遺伝子の誘導と相関します。したがって、信号依存エンハンサー活性は、RT-qPCRにより種々の条件の間のエルナ産生を比較することにより、in vivoで定量化することができます。
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我々はゲノムワイドRA調節遺伝子は、その近接して受容体濃縮を持っている識別するために、汎特異的RXR抗体を使用します。レチノイン酸で処理されたES細胞から得られたRXRチップ、配列データのバイオインフォマティクス解析は、RXR部位を占領下で核内受容体半部位(AGGTCA)( 図1)の濃縮が明らかになりました。バイオインフォマティクスのアルゴリズムを用いて、我々はRXRのChIP-seqのデータ( 図2)に半分サイトのモチーフ検索結果をバックマッピングされました。この分析は、正確に標準的な核内受容体結合部位と重複したものをChIPのピークを識別するために私たちを助けてくれました。 IGVにおけるこれらの部 位の視覚化はHOXA1、以前に特徴付けRAR / RXRターゲット( 図2及び図3)に近接して、これらの転写因子の濃縮を示しました。我々はまた、新規RA標的遺伝子、すなわちPRMT8 27を同定しました...
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近年、シーケンシング技術の進歩により、多くの細胞型や組織におけるエンハンサーの大規模な予測が可能になりました 7-9。上記のワークフローにより、ChIP-seqデータに基づいて選択された候補エンハンサーの一次特性評価を実行できます。詳細な手順と注意事項は、ラボで定期的なエンハンサー検証を設定するのに役立ちます。
ルシフェラーゼレポーターアッセイの最も重要なステップは、トランスフェクション効率です。すべての実験でトランスフェクション効率を推定するために、GFPコンストラクトを含めることをお勧めします。新鮮で良質のプラスミドを持つことは非常に重要であり、トランスフェクションを大幅に改善することができます。提示されたプロトコルは、任意のセルラーモデルシステムに適合させることができます。組織特異的エンハンサーの特性評価には、適切な細胞型を使用することを強くお勧めします。したがって、ルシフェラーゼレポーターアッセイでは、実験用に選択された細胞が効率的にトランスフェクション可能である必要があります。あるいは、目的の転写因子が(過剰)発現している場合には、簡単にトランスフェ...
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著者らは開示するものは何もない。
著者は、原稿についての議論とコメントに対して、Dr. Bence Daniel、Matt Peloquin、Dr. Endre Barta、Dr. Balint L Balint、およびNagy研究室のメンバーに感謝したいと思います。L.Nは、ハンガリー科学研究基金(OTKA K100196およびK111941)からの助成金によって支援され、欧州社会基金、欧州地域開発基金、およびハンガリー脳研究プログラム(助成金番号)によって共同出資されています。KTIA_13_NAP-A-I/9.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| gDNA | |||
| DNeasy Blood &ティッシュキット | ゲノムDNA分離用 | Qiagen | 69504 |
| QIAquick PCR精製キット | PCR製品精製 | Qiagen | 28106 |
| ゲル抽出キット | より多くのPCR産物がある場合のゲル抽出用の | Qiagen | 28706 |
| HindIII | NEB | R3104L | 制限酵素 |
| BamHI | NEB | R3136L | 制限酵素 |
| FastAP | Thermo Scientific | EF0651 | 5'-および3'-リン酸基の放出 |
| ゲーション | |||
| QIAprepプラス | ミド単離用 | Qiagen | 27106 |
| DMEM | Gibco | 31966-021 | ES培地 |
| FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES培地 |
| MEM 非必須アミノ酸 | Sigma M7145 | ES培地 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Sigma | P4333 | ES培地 |
| β メルカプトエタノール | Sigma | M6250 | ESメディア |
| FuGENE HD | Promega | E2311 | フェクション試薬 |
| Opti-MEM®I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-062 | for transfection |
| All-trans retinoic acid | Sigma | R2625 | ligand, for activation of RAR/RXR |
| 96-well clear plate | Greiner | 655101 | for Beta galactosidase assay |
| 96-well white plate | Greiner | 655075 | for Luciferase assay |
| D-luciferin, potassium salt | s Goldbio.com | 115144-35-9 | ルシフェラーゼアッセイ |
| ATP 塩 | Sigma | A7699-1G | ルシフェラーゼアッセイ |
| MgSO4•7H2O | Sigma | 230391-25G | ルシフェラーゼアッセイ |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | ルシフェラーゼアッセイ用 |
| Na2HPO4 •7H2O | Sigma | 431478-50G | ベータガラクトシダーゼアッセイ用 |
| NaH2PO4 •H2O | Sigma | S9638-25G | ベータガラクトシダーゼアッセイ用 |
| MgSO4•7H2O | Sigma | 230391-25G | ベータガラクトシ |
| KCl | Sigma | P9541-500G | ベータガラクトシダーゼアッセイ |
| ONPG (o-ニトロフェニル-&β;-D-ガラクトシダーゼ) | Σ | N1127-1G | ベータガラクトシダーゼアッセイ |
| TRIzol® | Life Technologies | 15596-026 | RNA単離 |
| 大容量cDNA逆転写キット | Life Technologies | 4368814 | eRNAの逆転写 |
| Rnaseフリー | Dnase Promega | M6101 | Dnase treatment |
| SsoFast Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR mastermix |
| CFX384 Touch™リアルタイムPCR解析システム | BioRad | qPCRマシン | |
| BioTek Synergy 4マイクロプレートリーダー | BioTek | カウンター |
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