この原稿では、マウスの骨髄から好中球のATAC-seqライブラリーを調製するためのプロトコルを概説し、最適な好中球の生存率と高いライブラリー品質を保証することを目的としています。BMCの調製、免疫磁気ソーティング、およびライブラリ構築に関するステップバイステップの説明を提供し、特に好中球の研究に新規参入する人にとって貴重なガイドとして機能します。
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方法論記事
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この原稿では、マウスの骨髄から好中球のATAC-seqライブラリーを調製するためのプロトコルを概説し、最適な好中球の生存率と高いライブラリー品質を保証することを目的としています。BMCの調製、免疫磁気ソーティング、およびライブラリ構築に関するステップバイステップの説明を提供し、特に好中球の研究に新規参入する人にとって貴重なガイドとして機能します。
Assay for Transposase-Accessible Chromatin with sequencing (ATAC-seq) は、クロマチンアクセシビリティを評価し、エピゲノム制御を理解するための強力でハイスループットな手法です。好中球は、免疫応答において重要な白血球タイプとして、分化および活性化中にクロマチン構造に大きな変化を生じ、その機能に必要な遺伝子発現に大きな影響を与えます。ATAC-seqは、好中球の成熟における主要な転写因子の発見、病原体特異的なエピゲノムシグネチャーの解明、自己免疫疾患の治療標的の同定に役立ってきました。しかし、好中球は外部環境に対する感度が高いため、高品質なATAC-seqデータの作成が難しくなっています。ここでは、げっ歯類の骨髄由来好中球からATAC-seqライブラリを調製するためのスケーラブルなプロトコルを提案し、最適な細胞生存率と高品質のライブラリを確保するための免疫磁気分離の改善を特徴としています。方法論の拡張のためのライブラリの品質と最適化の原則に影響を与える重要な要素について詳しく説明します。このプロトコルは、好中球のクロマチン構造とエピゲノムリプログラミングを研究する意欲のある研究者をサポートし、基礎免疫学および臨床免疫学の研究を前進させます。
好中球は、脊椎動物において最も豊富で重要な免疫細胞型の1つであり、ヒト白血球の50%〜70%を占めています1。好中球は、宿主内の微生物を検出し、排除する上で中心的な役割を果たします。敗血症では、成熟した好中球がファーストレスポンダーの1つです2。彼らは走化性3を介して感染部位に迅速に動員し、微生物を摂取(食作用)、NADPHオキシダーゼ依存性活性酸素種の生成(呼吸バースト)、顆粒の分泌(脱顆粒)、および炎症部位に到着した細胞外細菌を捕まえて殺す好中球細胞外トラップ(NET)を形成することにより、病原体と戦う4.未熟な好中球も、ケモカインによって骨髄から末梢循環に迅速に動員されます5,6。感染部位に引き寄せられたこれらの好中球は、造血、血管新生、創傷治癒などのいくつかの生理学的プロセスに関与するサイトカインも放出します7,8。好中球数の減少をもたらす先天性疾患または後天性疾患に罹患している患者は、感染症にかかりやすくなります9,10。しかし、好中球の活性化は諸刃の剣です。過剰な活性化とサイトカインの放出は、組織や臓器の損傷を引き起こし、感染が迅速に制御されない場合、多臓器機能障害につながる可能性があります11,12。さらに、好中球はさまざまな炎症性疾患や自己免疫疾患にも寄与し、がんの進行や転移に影響を与える可能性があります13,14。このことは、効果的な免疫応答と宿主への損傷を防ぐために、好中球活性の調節を研究する必要性を強調しています。
好中球では、クロマチンの構造は、分化、移動、活性化において明確かつダイナミックな変化を遂げ、細胞の寿命を通じて極めて重要な調節的役割を果たします。骨髄芽球の大きくて丸いユークロマチンに富む核から、骨髄球やメタミエロサイトのよりへこんだ核、そして多形核好中球15,16のC字型またはS字型のインバンド細胞と、クロマチンが密集した高度にローブされた細胞へのこの旅は、好中球生物学の複雑さを証明しています。特殊なクロマチン配置は、顆粒の生成に関与する遺伝子や効果的な病原体排除に必要な迅速な転写応答など、好中球の機能に不可欠な遺伝子の選択的発現を保証します17。好中球が走化性を介して炎症部位に動員されると、経内皮移動は核骨格/細胞骨格複合体リンカー(LINC)複合体に圧力をかけ、クロマチンリモデリングとより多くの活性化の可能性を促します18。敗血症では、活性化された好中球は「核左シフト」を示し、二葉または非葉の核などの異常なクロマチン形態と著しく緩いクロマチン凝縮を示します19。これにより、炎症反応に関連する遺伝子領域内のアクセシビリティが高まり、これらの遺伝子の有意な発現が誘導されます。感染が適切に制御されていない場合、NETを形成するためには、ヒストンのシトルリン化とそれに続くクロマチンの分解が必要である20,21。したがって、好中球クロマチンの構造を理解することは、好中球生物学を進歩させ、炎症性疾患や自己免疫疾患の治療法を開発するために重要であり、将来の疾患治療に希望を与えることができます。
クロマチンアクセシビリティは、エピゲノムレベルでのクロマチン構造の指標として機能します。これは、ゲノム領域がエンハンサー、プロモーター、絶縁体、およびクロマチン結合因子に対して物理的にどのように許容されるか、およびこれらの要素が遺伝子発現にどのように影響するかを示しています22。トランスポゼーゼアクセス可能なクロマチンシーケンシングアッセイ(ATAC-seq)は、ゲノム全体のクロマチンアクセシビリティを評価するために広く使用されている手法です23。規制要素に関する予備知識を必要としないため、エピジェネティック研究の強力なツールとなっています。この方法は、サンプルの核を単離し、トランスポゼースTn5によってゲノムDNAを断片化し、ライブラリ調製、シーケンシング、およびデータ解析のためのシーケンシングプライマーを添加することを含む23。ATAC-seqは、ヌクレオソームマッピング、転写因子結合解析、さまざまな細胞タイプや疾患における制御メカニズム、新規エンハンサーの同定、バイオマーカーの発見などの研究に役立ってきました22,23。多くの場合、RNAシーケンシングなどの他の技術と組み合わせて、遺伝子発現を包括的に解析します。
ATAC-seqは、健康と疾患における正確なエピジェネティックなメカニズムを明らかにすることにより、好中球生物学の知識を進歩させました。好中球の成熟とエフェクター応答におけるいくつかの重要な転写因子(すなわち、RUNX1、KLF6、PU.1など)を明らかにし24,25、敗血症26におけるバイオマーカー電位を持つ病原体特異的な特徴を明らかにし、自然免疫記憶のエピゲノムメカニズムを解明し12、小児急性骨髄性白血病(AML)27における治療標的を特定しました.しかし、好中球は免疫監視における顕著な細胞成分として、外部環境に対して高い感度を示すため、高品質のATAC-seqデータを生成することが課題となっています。生理学的状況下では、ヒト好中球の半減期の中央値は3.8日と報告されていますが、マウス好中球の平均半減期は12.5時間です。in vitroで研究すると、それらの半減期がかなり短いことは注目に値します28,29。単離された好中球のin vitro操作中、微生物や病原体関連分子パターン(PAMP)への曝露、および冗長な実験手順や過酷な操作は、アポトーシスまたはNETosisによる好中球の異常な活性化と細胞生存率の低下をもたらす可能性があります。死亡した細胞は、通常、Tn5に非常に感受性の高い大量のクロマチン化されていないDNAを収容しており、その結果、ATAC-seq23のバックグラウンドノイズが上昇します。
ここでは、げっ歯類の骨髄サンプルに由来する好中球に最適化されたATAC-seqライブラリを調製するためのスケーラブルなプロトコルを提案します。 図1 は、骨髄からの好中球の免疫磁気分離とそれに続くATAC-seqを含むプロトコルのグラフィカルな概要を示しています。改良された免疫磁気ソーティングにより、ATAC-seqライブラリの核を抽出する前に好中球の最適な生存率が保証され、ライブラリの高品質が確保され、追加の好中球評価をスキームに組み込むことが容易になります。このプロトコルの実装は、研究者がさまざまな微小環境の課題にさらされたときの好中球のクロマチン構造の特徴とエピゲノムリプログラミングメカニズムを理解するのに役立ちます。これは、基礎および臨床免疫学研究において幅広い応用が期待されています。
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以下に示すすべての動物処置は、中国・北京の首都医科大学の動物ケア研究倫理委員会(sjtkl11-1x-2022(060))によって承認された、国家倫理および動物福祉のガイドラインおよび規制に準拠しています。
1. 骨髄細胞(BMC)懸濁液の調製
2. 抗Ly6G磁気ビーズによる好中球の免疫磁気標識
3. 免疫磁性細胞選別による好中球分離
4. 核の抽出
5. トランスポゼースによるヌクレオソームテザードタグメンテーション
6. 次世代シーケンシング(NGS)のためのライブラリ構築
7. 図書館の品質管理とシーケンシング
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概説されたプロトコルは、C57BL/6マウスの骨髄から好中球を単離し、ATAC-seqを介してリポ多糖(LPS)刺激前と後カマチンアクセシビリティのそれぞれの分散を比較するために採用されました。通常、生後6-8週齢のC57BL/6マウスの両大腿骨から2 x 107 BMCを採取し、その後、2-5 x 106 好中球を単離することができます。その中で、1 x 105 細胞をATAC-seqに使用し、余剰細胞を包括的な好中球解析に割り当てることができます。
FACSイムノフェノタイピングを採用して、免疫磁気選別後の好中球の純度と生存率を決定しました(図2)。前方散乱面積(FSC-A)と側方散乱面積(SSC-A)の分布だけで推定できるが、ここでは特定の好中球マーカー染色を用いてソーティング効果を実証した。FSC-AおよびSSC-Aゲーティングに続いて、FSC-Aおよび前方散乱高さ(FSC-H)を使用してセルをさらにゲーティングし、単一セルと凝集セルを区別しました。...
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この原稿では、げっ歯類の骨髄サンプルに由来する好中球に最適化されたATAC-seqライブラリを調製するための実験プロトコルを報告しています。好中球は非常に感受性が高く、容易に活性化される免疫細胞であるため、最適化の取り組みでは、単離された好中球の生存率を維持することが優先されました。不適切な治療は、NETosisおよび他の形態の細胞死を引き起こし、大量の非クロマチン化DNAの放出を促し、それによってバックグラウンドノイズ23の一因となる可能性がある。核抽出前の手順を合理化し、ポリホルムアルデヒドを含まない赤血球溶解バッファーを選択しました。末梢血サンプルとは対照的に、赤血球の量が最小限であるため、赤血球溶解バッファーとのBMCの短いインキュベーション期間が必要であり、好中球の損失を効果的に最小限に抑えながら、赤血球の徹底的な溶解を確保します。不必要な刺激を最小限に抑えるためには、BMCとインキュベートする前にすべての試薬を37°Cに予熱し、ボルテックス、細胞ストレーナーによる繰り返しのろ過、過度の回転速度での長時間の遠心分...
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著者は何も開示していません。
この研究は、北京市教育委員会(KZ202010025041)および北京の中国医学研究所の研究開発プログラム(助成金番号)からの助成金によって支援されました。CX24PY29)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.4% トリパン ブルー | サイエンティフィック | T10282 | |
| 1x リン酸緩衝生理食塩水 | バイオシャープ | BL302A | |
| 20 bp–5000 bp アライメントマーカー | バイオプティック | C109102-100A | DNA フラグメント分析装置 サポート製品 |
| 5k サイズマーカー(標準 50 bp ラダー) | バイオプティック | C109101-100A | DNA フラグメント分析装置 サポート製品 |
| アンプリコン精製ビーズ | ベックマン | A63881 | アンプリコン精製ビーズは、高品質のDNA製品を得るための核酸精製キットです。 |
| Anti-Ly6G MicroBeads Ultrapure, mouse | miltenyi | 130-120-337 | Anti-Ly-6G MicroBeads UltraPureマウスは、マウス骨髄の単一細胞懸濁液からマウス好中球を正の選択または枯渇させるために開発されました。 |
| 抗マウス CD11b-BV605 (1:200) | BD | Cat#563015 | |
| 抗マウス CD48-PE-Cy7 (1:400) | BD | Cat#560731 | |
| 抗マウス Ly6G-BV510 (1:200) | BD | Cat#740157 | |
| C57BL/6J マウス、野生型、8週齢、オス | 中国医学院実験動物科学研究所 | 医学院実験動物科学研究所科学 | |
| DNA分離バッファー | バイオプティック | C104406 | DNAフラグメントアナライザー サポート製品 |
| 大腸菌由来の超高純度LPS(血清型0111:B4) | シグマ・アルドリッチ | Cat#L-2630 | |
| DNA定量試薬 | vazyme | EQ111 | DNA定量試薬は、シンプルで高感度で正確な二本鎖DNA(dsDNA)蛍光定量アッセイキットです。 |
| 赤血球溶解バッファー (10x) | BioLegend | Cat#420301 | |
| Fetal wevine serum | Gibco | Cat#10099141C | |
| MS Separation columns | miltenyi | 130-042-201 | MS カラムは、細胞のポジティブセレクション用に設計されています。 |
| RPMI 1640 medium | Gibco | C11875500BT | |
| S2 ゲル電気泳動針 | バイオプティック | C105101 | DNAフラグメントアナライザーサポート製品 |
| 手術器具:メス、解剖ハサミ、マイクロダイセクションハサミ、細かい鉗子、鈍い解剖鉗子、ニードルホルダー | フィッシャーサイエンティフィック | https://www.fishersci.com/us/en/browse/90184247/surgical-tools | 他の資格のあるサプライヤーから購入できます |
| シリンジ (1 mL) | フィッシャーサイエンティフィック | https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464 | 他の認定サプライヤーから購入可能 |
| TruePrepTM DNAライブラリ調製キットV2 Illumina | vazyme | TD501-01 | TruePrep DNAライブラリ調製キットV2 Illumina用は、Illuminaのハイスループットシーケンシングプラットフォーム用に特別に開発された専用キットです。このキットを使用すると、DNAをIlluminaのハイスループットシーケンシングプラットフォーム専用のシーケンシングライブラリに調製できます。 |
| TruePrepTM Index Kit V2 for Illumina | vazyme | TD202 | TruePrep Index Kit V2 for Illuminaは、TruePrep DNAライブラリPrep Kit V2 for Illuminaのキットです。これは、96の異なるダブルエンドインデックスライブラリを準備するために使用できます。 |
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