核内構造の可塑性は、非コード Rna、DNA メチル化、ヌクレオソーム再配置と同様ヒストン組成および変更を含む動的なエピジェネティックな機構によって制御されます。ここで再現可能な安価で、簡単な方法でクロマチン接近性の定量を可能にする Formaldehyde-Assisted の分離の規制要素 (放任) プロトコルについて述べる。
方法論記事
核内構造の可塑性は、非コード Rna、DNA メチル化、ヌクレオソーム再配置と同様ヒストン組成および変更を含む動的なエピジェネティックな機構によって制御されます。ここで再現可能な安価で、簡単な方法でクロマチン接近性の定量を可能にする Formaldehyde-Assisted の分離の規制要素 (放任) プロトコルについて述べる。
適切な遺伝子発現細胞外のキューには、組織や系統特異遺伝子の転写、クロマチン組織の非常に定義された状態に強く依存します。核の動的なアーキテクチャは複数のメカニズムによって制御され、形状転写出力プログラム。したがって、できれば抗体実験的変動の潜在的交絡の源であることから独立した信頼性の高いファッションの軌跡固有クロマチン アクセシビリティを判断することが重要です。クロマチンのアクセシビリティは、細胞数が比較的低いの一般的なクロマチン アクセシビリティを決定できます Formaldehyde-Assisted 分離の規制要素 (放任) アッセイを含む様々 な方法で測定できます。ここで低蛋白占有とゲノム領域の単純な信頼性、および高速識別できます放任プロトコルについて述べる。この方法では DNA が共有結合架橋剤としてホルムアルデヒドを使用してクロマチン蛋白質にバインドされ、小さな断片に。無料の DNA はその後豊かに: クロロホルム抽出法を用いたします。自由な DNA の比率は、量的なポリメラーゼの連鎖反応 (qPCR) または DNA シーケンス (seq DNA) 総 DNA を表すコントロールのサンプルと比較してによって決まります。緩いクロマチン構造を持つ地域は、低いクロマチン圧縮のゲノム領域の同定ができるように無料の DNA サンプルで濃縮されています。
真核細胞のゲノム DNA は、ヌクレオソームは、削除または、DNA と他の蛋白質の相互作用を許可するために改造する必要がありますにしっかりと詰め込まれます。遺伝子の転写活性化は一般的、RNA ポリメラーゼによる転写を促進する1+1 ヌクレオソームで特にそのヌクレオソーム構造のより開かれた構成に します。また、プロモーターやエンハンサーなどの調節領域はクロマチン修飾子またはトランスクリプション要因2との相互作用を許可するように、クロマチンのアクセシビリティのダイナミックな変化を受けます。いくつかのアプローチは、これらの無料のヌクレオソームの領域を識別するために開発されています。DNase など核酸分解酵素に対する感受性が含まれます私3ミクロコッカスヌクレアーゼ4ヌクレオソームをしっかりと包んだはないときのみ、DNA をアクセスできます。クロマチンや DNA の同定の他の方法があります retrotransposable 要素 (トランスポザーゼ アクセス クロマチン、ATAC の試金) のトランスポザーゼ仲介統合5、またはクロマチン免疫沈降 (チップ) を使用してヒストン抗体。放任メソッドは DNA に到達する酵素の容量または特定の蛋白質への抗体の結合に基づいていないが、代わりにフェノール: クロロホルム抽出6,7ヌクレオソーム フリー領域の浄化に依存しています。この方法で DNA 架橋剤ホルムアルデヒドによるクロマチン蛋白質に共有結合は、超音波処理によって小さな断片にその後剪断します。ぎっしりと詰まったクロマチン領域は、ないまたは少ないヌクレオソーム DNA 領域がほとんどまたはまったく架橋 DNA/タンパク質複合体を持っている豊富な DNA/タンパク質クロスリンクを持ちます。フェノール: クロロホルム抽出により蛋白質 DNA 架橋中の水相で自由な DNA は有機フェノール相または蛋白質と共に水-有機溶媒の界面でキャプチャ非架橋の浄化です。総 DNA のサンプルの参照と比較してこの自由な DNA の定量化は、クロマチン領域の識別を許します。放任メソッドは、前述のように、個々 のゲノム領域の特性評価に使用できるが、ディープ シーケンスに結合する別のモデル8に示すゲノム クロマチン アクセシビリティの同定にも最適です。,9,10,11,12,13。 放任 seq と ATAC seq など他の方法によって得られた結果が14を重なっている主。放任メソッドは非常に堅牢、安価で、簡単無料のヌクレオソームの領域を識別するメソッドを実行します。他のメソッドとは異なり、それは核酸 (DNase seq、MNase seq) またはトランスポサーゼ (ATAC seq) に必要な消化力の適切なレベルを決定するためのパイロット実験を必要としない、最近レビュー15で詳しく説明。調整する唯一のパラメーターは、超音波照射条件し、いくつかのケースでは固定時間です。本稿では、模式図 1に表示されると、超音波発生装置以外の特別な装置を必要としない、簡単なプロトコルについて説明します。プロトコルは、合理的に短時間で実行することができます、放任異なったセルタイプに至る肺細胞11マウス肝臓16から得られた細胞の数でクロマチンのアクセシビリティをテストする簡単で信頼性の高い方法になります。
1. 1 日目: 細胞培養
2. 2 日目: 架橋結合するホルムアルデヒドとセルを収穫
注意: ホルムアルデヒドは非常に有毒、ヒューム フードの下で常に使用する必要があります。(手袋、白衣) 防護服を着用します。廃棄物を適切に破棄します。
3. 細胞換散およびクロマチンの断片化
4. デ架橋コントロール DNA の
5 日 3:: クロロホルム DNA 精製
6. 量的なリアルタイム PCR (qRT PCR) による無料の対総 DNA の定量

公開された19として HEK293T 細胞の MHC クラス II 遺伝子のクロマチン接近性の違いを測定するため放任メソッドを使いました。MHC クラス II 遺伝子は、抗原提示細胞 (APCs) 恒常または20をシグナルへの応答のいずれかで表現されます。MHCII 遺伝子の発現は、プロモーターやエンハンサーこれら遺伝子21,22に位置する XY ボックスと呼ばれる DNA の特定の要素にバインドする活性複合体によって駆動されます。これは、MHC クラス II 遺伝子 HLA DPB1 と HLA DMA の選択した地域の我々 の FAIRE の分析によって明らかにされた、クロマチンのレベルに反映されます。これらの実験は、クロマチンは遺伝子体 (図 2) ではよりコンパクトですが、XY ボックスを取り囲む領域を示した。
この特定の実験では、計算のための例として我々 は合計を希釈した DNA サンプル 10 倍 (希釈倍率 10)、および無料の DNA サンプルは希薄化 (希釈率 1) qRT PCR のため。Cts テストさまざまな地域の取得し、最終的な回復率と回復率を取得するための計算を示す表 2.肯定的な制御として ACTB プロモーターを使用してこれらの回復率が得られました。なお、これらの計算は、図 2に示す結果を生成するために使用複製の 1 つ。
別のコンテキストでクロマチン アクセシビリティは誘引可能な遺伝子発現のモデルでテストされました。この場合は、賛成して炎症性の刺激の腫瘍壊死因子 (TNF) への応答でのクロマチン圧縮の急速な変化を測定しました。HeLa 細胞は、未処理または TNF 応答サイトカイン インターロイキン 8 (IL8) をコードしている遺伝子のプロモーター領域制御式でクロマチン圧縮を測定するフェアに続いて、1 時間で TNF 刺激に残っていた。これらの結果は、TNF 刺激による細胞 (図 3) の IL8 プロモーターで強く高められたクロマチン接近性を示した。TNF 刺激後 IL 8 プロモーターでアクセシビリティはこの規制地域の劇的なクロマチン改造を示す ACTB プロモーターは、それよりも高いです。ここで得られた回収率は肯定的な制御 (ACTB プロモーター) として使用される領域で得られたより高い相対的な回収率は 1 より高い。

図 1: ワークフロー、放任します。セルは、ホルムアルデヒド (A) を追加することによって、細胞培養用フラスコまたは皿で直接架橋です。ホルムアルデヒドの焼入後セルを氷冷 PBS (B)、3 回洗浄して反応管、放任の換散バッファーで再停止される、(C) DNA をせん断する超音波処理に転送。抽出されたクロマチンの 1 つの因数は、総 DNA 参照 (D) を取得する 65 ° C で加熱・ デ ・架橋とフェノール: クロロホルム架橋とデ架橋因数 (E) の両方を使用して無料の DNA を抽出後。最後に、DNA の定量化し、DNA は合計対自由の比率計算 (F)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: HEK293T 細胞の MHC のクラス II 遺伝子のクロマチンをユーザー補助機能の決定クラスターします。HEK293T 細胞は、放任によって分析されました。全 DNA と無料の間の比率 (すなわち、相対比) 肯定的な制御、ネガティブ コントロールとしてクローム 12 上のヘテロクロマチン領域・規制地域と MHC の遺伝子体として ACTB 遺伝子のプロモーターの決定された。クラス II 遺伝子 HLA DMA と HLA DPB1。上の部分は、軌跡の概略とプライマーの位置を示しています。誤差範囲は、トリプリケートで測定される 2 つの生物学的複製から標準偏差を表しています。図は、パブリッシュされたレポート19から変更されました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: TNF 治療への応答の IL8 プロモーター DNA アクセシビリティの変更。HeLa 細胞の TNF 刺激を受けました (20 ng/mL) の 1 h および放任によって分析されました。間の比率は合計 ACTB (肯定的な制御) のプロモーター、クローム 12 (マイナス コントロール) の異質染色質領域と IL8 プロモーター DNA を測定した対無料します。誤差範囲は、重複で測定される 3 つの生物学的レプリケートから (SEM) 平均値の標準誤差を表します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: 超音波照射条件の最適化。293 t 細胞から抽出したクロマチンは、集束超音波発生装置を用いた適切な管 (材料表) sonified だった。クロマチンは 30 の繰り返しで示された時間超音波次の設定で s: バースト 500、あたりサイクルのピーク電力 150、デューティー比 15、30 s: ピーク電力 2.5 によって続かれて、デューティー比、15 サイクル バースト 500/。結果のクロマチンはだった: クロロホルム抽出により精製し、2% の agarose のゲルにロード ・ デ ・架橋です。エチジウム ブロマイドのゲルを染色が表示され、bp の分子量のマーカーの位置が示されます。この実験で最適なクロマチン サイズ (200-300 bp) は、超音波照射の 20 分後に得られました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
| プライマー | シーケンス |
| ACTB プロモーター F | AAAGGCAACTTTCGGAACGG |
| ACTB プロモーター R | TTCCTCAATCTCGCTCTCGC |
| クリスマス ツリー 12 負コントロール F | ATGGTTGCCACTGGGGATCT |
| クリスマス ツリー 12 負コントロール R | TGCCAAAGCCTAGGGGAAGA |
| HLA DMA XY ボックス F | CATCAGTCACTGGGGAGACG |
| HLA DMA XY ボックス R | GCTTCCCAGCCCAGTTACAT |
| HLA-DMA 5'-F | GGAGAGAACAATCTCCGCTTCA |
| HLA-DMA 5'-R | AGCTGCTATGTGTGGTTGGT |
| HLA-DMA 3'-F | TGGGGACCTAGTTAGGGAGC |
| HLA-DMA 3'-R | AGATCCATGGGAGGAGGCTT |
| HLA DPB1 XY ボックス F | GTCCAATCCCAGGGTCACAG |
| HLA DPB1 XY ボックス R | TGAAAAGAGCTGCAGTCAGGA |
| HLA-DPB1 5'-F | GCGTGTTCATGTCTGCATCC |
| HLA-DPB1 5'-R | TGATCCTCAGAGCCTGGACA |
| HLA-DPB1 3'-F | CCAGCCTAGGGTGAATGTTT |
| HLA-DPB1 3'-R | GCCTGGGTAGAAATCCGTCA |
| IL8 プロモーター-F | GTGATGACTCAGGTTTGCCCT |
| IL8 プロモーター-R | CTTATGGAGTGCTCCGGTGG |
表 1: qPCR 用プライマー。

表 2: FAIRE 相対回復率の計算例.このファイルをダウンロードするここをクリックしてください。
フェアは、ヌクレオソーム無料地域の特定できる堅牢で安価な方法です。それはラップされたヌクレオソーム DNA がヒストンに架橋をすることができます簡単に原理に基づいています。フェノール: クロロホルム抽出、蛋白結合 DNA を低いフェノール相と中間期 (図 1) である程度認められることから非架橋と無料の蛋白質 DNA のフラグメントを分離する使用されます。したがって、ヌクレオソーム フリー領域は、水相中に自由な DNA の一部であります。出版物の数は、放任法23,24,25,26、ここで説明している手順を補完するために相談することができます詳細なプロトコルを説明します。
クロマチン構造を決定するために使用する他の方法と同様に、放任メソッドは DNA の最適なせん断にも批判的に依存します。フラグメントが長すぎる場合、ヌクレオソーム フリー領域は隣接するクロマチン結合 DNA によってマスクされます。フラグメントが小さすぎる場合 qPCR またはディープ シーケンスによる検出は非常に困難になります。このため、DNA の超音波処理は重要なパラメーター制御、周りのフラグメントを取得するために最適化する必要があります 1-2 ヌクレオソーム (図 4) を表す 200 300 bp の長さ。
最終的な結果に影響を与えることができる他のパラメーターは、サンプルの架橋です。使用組織、固定時間が長くなるが許可する必要がある場合は特に固定手順のここではほとんどの細胞株に対して有効ですが、研究者が研究の下で特定のサンプルのこの手順を慎重に評価する必要があります、すべての組織のサンプルの細胞に到達するホルムアルデヒド。
他のメソッドとは異なり DNase など類またはミクロコッカスヌクレアーゼ過敏、チップ、または ATAC、放任依存していない酵素活性や特定の抗体に、したがって、滴定や反応条件の最適化は必要ありません。こう放任クロマチン フィールドで経験の少ない所クロマチン接近性を測定する理想的な方法です。さらに、パイロット実験が DNA せん断ステップと架橋時間を最適化するために必要なだけ必要なとき。
メソッドが酵母6、開発された当初、哺乳動物細胞にもなりました。放任メソッドで精製した DNA は、クロマチン状態のゲノム解析を許可するディープ シーケンスに使用できます。これは、既に研究8,9,10、11,12,13,19,27,数が役立っています28。
放任 seq 実験からの結果は、いくつかの違いが生じますが DNase - seq14など他の方法で得られた結果と重なりが大きいを表示します。これは、例えばリラックスしたまたは改造のヌクレオソームが DNase で胸の谷間を妨げる可能性がありますまだ方法論の違いのため、これらの DNA 領域が少ない DNA/タンパク質架橋を生成する傾向があるだろう、したがって、ヌクレオソーム無料決定されるだろう地域フェア9を使用しています。また、RNA ポリメラーゼなど非ヒストン蛋白質やエピゲノムのリーダー蛋白質の存在は DNA/タンパク質クロスリンク可能性があります、従って蛋白質満載フェア実験地域として解釈されるでしょう。これらの制限は、異った方法の組合せを使用して包括的な洞察力を取得する必要性を上げられ、クロマチンの状態の決定に使用されるすべてのメソッドに固有。
著者が明らかに何もありません。
著者感謝したい Tilman Borggrefe (ギーセン大学) 親切超音波デバイスを共有するため。ドイツ研究振興協会 (コウキヤガラ 1417/8-3)、SFB/TRR81、SFB1021、SFB1213、卓越したクラスター心肺システム (ECCPS、EXC 147/2)、ドイツの Krebshilfe (111447)、IMPRS HLR プログラムからの助成金によって M.L.S. から作業をサポートします。マックス ・ プランク協会。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール 25:24:1 | Carl Roth | A156.1 | |
| グリコーゲン、20 mg/ml | Thermo Fisher | R0561 | |
| ABsolute QPCR Mix、SYBR-Green、Rox | Thermo Fisher | AB1162B | |
| Proteinase K、20 mg/ml | Thermo Fisher | EO0491 | |
| RNase A、10 mg/ml | Thermo Fisher | EN0531 | |
| ロイペプチン | シグマ | L8511 | |
| プロチニン | シグマ | A1603 | |
| ニルメチルスルホニルフッ化物(PMSF) | シグマ | 78830 | |
| ミリチューブ1ミリリットルAFAファイバー | コバリス | 520130 | |
| ホルダーミリチューブ1ミリ | コバリ | ||
| コバリスS220集束超音波発生器 | コバリス | ||
| StepOnePlus リアルタイム PCR システム | Applied Biosistems | 4376600 |
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