ATAC-seqは、多動変異トランスポザーゼTn5を使用して、転写因子によって媒介されるクロマチンアクセシビリティの変化をマッピングするDNAシーケンシング法です。ATAC-seqは、がん細胞の表現型変化の根底にある分子メカニズムの発見を可能にします。このプロトコルは、がん細胞を含む上皮細胞タイプにおけるATAC-seqの最適化手順の概要を示しています。
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方法論記事
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ATAC-seqは、多動変異トランスポザーゼTn5を使用して、転写因子によって媒介されるクロマチンアクセシビリティの変化をマッピングするDNAシーケンシング法です。ATAC-seqは、がん細胞の表現型変化の根底にある分子メカニズムの発見を可能にします。このプロトコルは、がん細胞を含む上皮細胞タイプにおけるATAC-seqの最適化手順の概要を示しています。
ハイスループットシーケンシング(ATAC-seq)プローブを用いたトランスポザーゼアクセス可能なクロマチンのアッセイは、高活性Tn5トランスポザーゼを用いたデオキシリボ核酸(DNA)アクセシビリティです。Tn5は、アダプターを切断およびライゲーションして、アクセス可能なクロマチン領域内でのハイスループットシーケンシングを実現します。真核細胞では、ゲノムDNAは、DNA、ヒストン、およびその他のタンパク質の複合体であるクロマチンにパッケージ化されており、転写機構に対する物理的な障壁として機能します。外因性シグナルに応答して、転写因子はクロマチンリモデリング複合体を動員し、遺伝子活性化のための転写機構へのアクセスを可能にします。したがって、オープンクロマチン領域の同定は、癌の進行などの生物学的事象中のエンハンサーおよび遺伝子プロモーター活性をモニタリングする場合に有用である。このプロトコルは使いやすく、細胞投入要件が低いため、ATAC-seqは、がん細胞を含むさまざまな細胞タイプのオープンクロマチン領域を定義するために広く採用されています。データ集録を成功させるには、ATAC-seqライブラリを準備する際にいくつかのパラメータを考慮する必要があります。その中で、細胞溶解バッファーの選択、Tn5酵素の滴定、および細胞の開始量は、癌細胞におけるATAC-seqライブラリ調製にとって非常に重要です。高品質のデータを生成するには、最適化が不可欠です。ここでは、上皮細胞型に対するATAC-seq最適化法について詳細に説明する。
クロマチンアクセシビリティは、ゲノムワイドスケールでの遺伝子発現調節の重要な要件です1。クロマチンアクセシビリティの変化は、癌を含むいくつかの病状と頻繁に関連しています2,3,4。長年にわたり、研究者がクロマチンアクセシビリティの領域をマッピングすることによってクロマチンランドスケープを調査できるようにするために、多くの技術が開発されてきました。その中には、DNase-seq(DNase I過敏性部位シーケンシング)5、FAIRE-seq(ホルムアルデヒドによる調節要素の単離)6、MAPit(個々のテンプレートに対するメチルトランスフェラーゼアクセシビリティプロトコル)7、および本論文の焦点であるATAC-seq(トランスポザーゼアクセス可能なクロマチンのアッセイ)8などがあります。DNase-seqは、DNaseの重要な特徴、すなわちヒストンや転写因子5などの他のタンパク質を含まない裸のDNAを優先的に消化することを利用して、アクセス可能な領域をマッピングします。FAIRE-seqは、ChIP-seqと同様に、免疫沈降が関与しないことを除いて、ホルムアルデヒド架橋および超音波処理を利用し、ヌクレオソームを含まない領域はフェノール-クロロホルム抽出によって単離されます6。MAPitメソッドは、GCメチルトランスフェラーゼを使用して、単一分子分解能でクロマチン構造をプローブします7。ATAC-seqは、活性亢進トランスポザーゼTn58に依存しています。Tn5トランスポザーゼは、開いたクロマチン領域に優先的に結合し、シーケンシングアダプターをアクセス可能な領域に挿入します。Tn5は、DNAを介した「カットアンドペースト」メカニズムを介して動作し、アダプターをプリロードしたトランスポザーゼが開いたクロマチン部位に結合し、DNAを切断し、アダプターをライゲーションします8。Tn5結合領域は、これらのアダプターにアニールするプライマーを用いたPCR増幅によって回収される。FAIRE-seqおよびDNase-seqは、大量の出発物質(~100,000細胞から225,000細胞)と、シーケンシング9の前に別のライブラリ調製ステップを必要とします。一方、ATAC-seqプロトコルは比較的単純で、必要な細胞数(<50,000セル)10です。FAIRE-seqおよびDNase-seq技術とは異なり、単離されたDNAサンプルはすでにTn5によってシーケンシングアダプターでタグ付けされているため、ATAC-seqのシーケンシングライブラリ調製は比較的簡単です。したがって、ライブラリ調製を完了するために適切なプライマーによるPCR増幅ステップのみが必要であり、エンドリペアおよびアダプターライゲーションなどの事前処理ステップを実行する必要はなく、したがって時間を節約する11。第二に、ATAC-seqは、MAPit7に必要な領域特異的プライマーによるバイサルファイト変換、クローニング、および増幅の必要性を回避します。これらの利点により、ATAC-seqはオープンクロマチン領域を定義するための非常に一般的な方法になりました。ATAC-seq法は単純ですが、高品質で再現性のあるデータを得るためには、複数のステップを最適化する必要があります。この原稿では、標準的なATAC-seqライブラリ調製の最適化手順について説明し、特に(1)溶解バッファー組成、(2)Tn5トランスポザーゼ濃度、および(3)細胞数の3つのパラメーターを強調しています。さらに、この論文では、癌性および非癌性の付着上皮細胞の両方を使用した最適化条件からのサンプルデータを提供します。
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1.実験開始前の準備
2.細胞収穫
3.細胞溶解
4. Tn5 タグメンテーション
5. DNA精製
注:増幅する前に精製が必要です。DNA精製は、MinElute PCR精製キット(材料表)を使用して行われます。
6. PCR増幅
注:配列決定には、転置(タグ付き)DNAのPCR増幅が必要です。この例では、Nexteraキットアダプター(材料表)を使用しました。本研究で用いたプライマーを 表1に列挙する。
7.ビーズ精製
注:ここでは、AMPure XP(材料表)ビーズを使用しました。
8. DNA濃度と品質チェック
9. シーケンシング
10.データ分析
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ATAC-seqデータを高品質で得るためには、実験条件を最適化することが重要です。ATAC-seqライブラリの調製は、細胞溶解、タグメンテーション(Tn5によるフラグメンテーションとアダプター挿入)、ゲノムDNA精製、PCR増幅、データ解析の5つの主要ステップ(図1)に分けることができます。初期プロセスとして、細胞溶解(核分離)バッファーを最初に各細胞タイプに最適化する必要があります。元のATAC-seq論文8に記載されている低張緩衝液またはCSK緩衝液12,13のいずれかを使用して、乳癌細胞を溶解しました。トリパンブルー染色は、核単離の確認に使用できます18。MDA-MB-231、T47D、MCF7、およびA375細胞などのヒト癌細胞株におけるATAC-seqライブラリ調製のために、CSKバッファーは複数のグループによって使用されています
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ATAC-seqは、オープンクロマチン領域と活性クロマチン領域のマッピングに広く使用されています。がん細胞の進行は、遺伝子の変化やエピジェネティックなリプログラミングによって駆動されることが多く、その結果、クロマチンへのアクセス可能性と遺伝子発現が変化します。このリプログラミングの例は、腫瘍転移中の重要な細胞リプログラミングプロセスであることが知られている上皮間葉転換(EMT)およびその逆プロセスである間葉系から上皮への移行(MET)の間に見られる30。別の例は、ホルモン療法に対する薬剤耐性の獲得であり、管腔乳房腫瘍31においてしばしば観察される。ATAC-seqは、このような細胞表現型の変化をクロマチンレベルでモニターするのに有用であり、起源の細胞および癌サブタイプを予測するために使用することができる4。
ATAC-seqによるクロマチンリモデリングを正確に測定するには、再現性のある一貫したプロトコルの確立が必要です。この原稿では、ATA...
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著者らは、この論文で説明されている研究に関連する関連または重要な金銭的利益がないことを宣言します。
優れた技術支援を提供してくれたUNDゲノミクスコア施設に感謝します。
この研究は、国立衛生研究所[P20GM104360からM.T.、P20 GM104360からA.D.]によって資金提供され、ノースダコタ大学医学部および健康科学部、生物医科学部[M.T.へ]から提供されたスタートアップ資金によって資金提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL 微量遠心チューブ | USA Scientific | 1615-5500 | Natural |
| 10 & micro;L XL TipOneチップ | USA Scientific | 1120-3810 | フィルター付きおよび低保持 |
| 100 µL XL TipOne RPTチップ | USA Scientific | 1182-1830 | フィルター付きおよび低保持 |
| 100 µL XL TipOneチップ | USA Scientific | 1120-1840 | フィルター付きで低保持力。斜めの等級 |
| 15 mLの円錐形の遠心分離機の管Corning | 352096 | ||
| 20 µL TipOne RPTチップ | USAサイエンティフィック | 1183-1810 | フィルターと低保持 |
| 200&マイクロ;L TipOne RPTチップ | USA Scientific | 1180-8810 | ろ過および低保持 |
| 50 mL遠心分離チューブ | Fisherbrand | 06-443-19 | |
| アガロー | ス サーモフィッシャー サイエンティフィック | YBP136010 | 遺伝子解析グレード |
| この研究で使用したすべての細胞株は、ATCC | ATCC | ||
| Allegra X-30R Centrifuge | Beckman Coulter | 364658 | SX2415 |
| AMPure XP ビーズ | ベックマン・コールター | A63881 | ビーズ精製キット |
| CellDrop セルカウンター | DeNovix | CellDrop FL | セルカウンター |
| EDTA | MilliporeSigma | EDS | BioUltra、無水、≥99% (滴定) |
| EGTA | ミリポアSigma | E3889 | |
| エタノール 100% | サーモフィッシャー サイエンティフィ | AC615100020 無水;フィッシャーサイエンティフィック - デコンラボ滅菌製品 | |
| 胎児ウシ血清 - TETテスト済み | R&D Systems | S10350 | トリプル 0.1 & マイクロ;m フィルター |
| Gibco DMEM 1x | ThermoFisher Scientific | 11965092 | [+] 4.5 g/L D-グルコース;[+]L-グルタミン;[-]ピルビン酸ナトリウム |
| Gibco PBS 1x | ThermoFisher Scientific | 10010023 | pH 7.4 |
| Gibco Trypsin-EDTA 1x | ThermoFisher Scientific | 25200056 | (0.25%)、フェノールレッド |
| グリセロール | IBI Scientific | 56-81-5 | |
| グリシン | ミリポアSigma | G8898 | |
| HCl | MilliporeSigma | H1758 | |
| HEPES | MilliporeSigma | H3375 | |
| Invitrogen Qubit 蛍光光度計 | ThermoFisher Scientific | Q32857 | |
| MgCl2 | MilliporeSigma | M3634 | |
| MinElute PCR Purification kit | Qiagen | 28004 | DNA purification kit |
| NaCl | IBI Scientific | 7647-14-5 | |
| NaOH | ミリポアシグマ | S8045 | バイオエクストラ、≥98% (酸性)、ペレット (無水) |
| NEBNext High-Fidelity 2x PCR Master Mix | New England Biolabs | M0541 | |
| Nextera DNA サンプル調製キット | Illumina | FC-121-1030 | 2x TD and Tn5 Transposase |
| NP - 40 (IGEPAL CA-630) | MilliporeSigma | I8896 | 分子生物学 |
| PCR 検出システム | BioRad | 1855484 | CFX384リアルタイムシステム。C1000 タッチサーマルサイクラー |
| PIPES | MilliporeSigma | P1851 | BioPerformance Certified, suitable for cell culture |
| Qubit dsDNA HS Assay kit | ThermoFisher Scientific | Q32854 | Invitrogen;核酸定量キット |
| Quibit Assay Tubes | ThermoFisher Scientific | Q32856 | Invitrogen |
| SDS | MilliporeSigma | L3771 | |
| Nadium Acetate | Homemade-pH | 5.2 | |
| スクロース | IBI Scientific | 57-50-1 | |
| SYBR Gold | ThermoFisher Scientific | S11494 | |
| SYBR GreenSupermix, 1.25 mL | BioRad | 1708882 | |
| T100 サーマルサイクラー | BioRad | 1861096 | |
| TempAssure 0.2 mL PCR 8-Tube Strips | USA Scientific | 1402-4700 | Flex-free, natural, polypropylene |
| TempPlate 384-WELL PCR PLATE | USA Scientific | 1438-4700 | シングルノッチ.天然ポリプロピレン |
| トリスベース | ミリポアシグマ | 648311 | ULTROLグレード |
| トリトン x-100 | IBI サイエンティフィック | 9002-93-1 | |
| TrueSeq デュアルインデックスシーケンシング プライマーキット | イルミナ | PE-121-1003 | ペアエンド |
| トリパンブルーステイン | サーモフィッシャーサイエンティフィック | Q32851 | |
| Tween-20 | ミリポアシグマ | P7949 | BioXtra、粘性液体 |
| ウォーター | ミリポアSigma | W3500 | 無菌ろ過、BioReagent、細胞培養に適しています |
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