Name: ロングレンジDNAの相互作用を識別するための関連する染色体のトラップ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-04-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 49 s
Description: 学ぶACTアッセイによる長距離DNA相互作用の同定法。ヒト前骨髄球性白血病細胞を用いて、未知のゲノム領域間の関連を発見し、核構造と遺伝子発現制御の理解を深める強力なツールです。

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我々は彼らの3Cプロトコルを共有するために非常にアデルMurellとウルフライクに感謝。この作品は、国防総省と復員軍人援護局の調査サービスによってサポートされていました。

1。長距離クロマチンの相互作用のホルムアルデヒド固定<ol><li>インキュベーターで15％FBSおよび80〜90％コンフルエントに1 ×ペニシリン/ストレプトマイシンと培養ヒト細胞株RPMI1640培地でHL - 60は37℃、5％CO 2に付属℃に</li><li> 15分間1200 rpmで50 mlのヌンクチューブ、遠心中に細胞を回収し、吸引により培地を除去</li><li>細胞ペレットを再懸濁させる培地5 mlを加えて、血球計算盤を用いて細胞を数える。 RPMI1640 / 10％FBSを有する40mlの容積に約1 × 10 7細胞を利用し、希釈クロマチンを修正するために37％ホルムアルデヒド1.7mlを加える。 </li><li>穏やかに振盪しながら室温で10分間インキュベートし、2Mグリシンの2.4 mlを癒やす。 4時1200 rpmで15分間、遠心° C、そして上清を取り除く。 40ミリリットルの氷冷PBSで1回ペレットを洗浄し、ペレットをスピンダウンし、PBSを取り除く。 </li></ol> 2。核を分離するために細胞溶解<ol><li>新鮮な追加プロテアーゼ阻害剤（1:500希釈）と0.1mMのPMSFと氷冷溶解バッファー（10mMのトリス- HCl、pH8.0、10mMのNaClを、0.2％NP - 40）40ml中の再懸細胞。 90分、15分間2,500 rpmで遠心分離の回転と寒い部屋でインキュベートし、上清を取り除く。 </li></ol> 3。 Bgl IIで制限酵素消化<ol><li> 1 × NEBバッファ3の0.5mlに核を再懸濁し、15μlof10％SDSを加える。振盪しながら1時間、37℃でインキュベートし、その後、トリトンX - 100 SDSを隔離するために20％の45μlを加える。 ℃で1時間振とうしながら37℃でインキュベートする。 </li><li>制限酵素消化のための1 × 10 6細胞核（約15μgの、元の細胞の10分の1）のアリコートを使用してください。ステップ3.1から核のソリューションの55μlを取り出し、1 × NEBバッファ3 および Bgl II（50U/ul）の12μlの433μlを500μlのために作る。 37℃で一晩インキュベートする。 </li></ol> 4。相互作用するDNAセグメントのライゲーション<ol><li> 65で加熱することにより95 10％SDSの添加、および変性を追加することにより、制限酵素を失活℃の水浴で20分間。 </li><li> 1 ×ライゲーション緩衝液（30mMのトリス- HCl、pH 8.0、10mMのMgCl 2、10mMのDTT、1mMのATP）と20％のTriton X - 100の360μlを7 mlを加え、1時間37℃でインキュベート。 </li><li> 16 ° Cおよび400 U /μlのT4 DNAリガーゼを50μlを追加して温度を下げる。室温で30分間後、4時間16℃でサンプルをインキュベートし。 </li></ol> 5。 DNA精製<ol><li>プロテイナーゼK300μgのを追加し、65℃で一晩。 </li><li> 37とインキュベート℃で30分間、RNaseの5μgを追加する</li><li>イソプロパノールのフェノール/クロロホルム抽出、及び沈殿物のDNAでDNAを精製する。滅菌蒸留水150μlのDNAを溶解する。 </li></ol> 6。 MSP Iによる消化およびオリゴヌクレオチドリンカーとライゲーション<ol><li> 4〜6時間で37 MSP私の5単位で° CのDNAを精製したの2μgをインキュベートする。 65歳で私をMSP℃で10分間を不活性化し、5 mg / mlのグリコーゲンを1μlとエタノールでDNAを沈殿させる。滅菌蒸留水50μlにDNAペレットを溶解する。 </li><li> 20μMのリンカーオリゴヌクレオチドのL（5' - gctgaccctgaattcgcacgtgcctgtcgttagcggacacagggcgattcac - 3'）を2μl、20μMのオリゴヌクレオチドS（5' - cggtgaatc - 3を1μl"）、1μlのとMSP I処理したDNAを50μlを混合滅菌蒸留水と10 × T4 DNAリガーゼバッファーの6μlの。液体ワックスとの混合物をカバーしています。 </li><li> 50変性オリゴヌクレオチド℃で1分間Cとサーマルサイクラーで° C 0.5 ° C /分の勾配を10に徐々に冷却します。 </li><li> 400 U /μlのT4 DNAリガーゼ1μlを加え、15℃で一晩インキュベートする。 QIAクイックPCR精製キットを使用してリンカーライゲーションされたDNAを精製し、滅菌蒸留水50μlで溶出。 </li></ol> 7。 PCR増幅と配列分析<ol><li>あなたが長距離相互作用（すなわち、"餌"）のために検査したいDNAの特定の領域のプライマーを選択してください。この例では、我々は、ABL - 1を使用してください。 </li><li>最初のラウンドのPCRは、20μMABL -1特異的プライマー＃4656（5' - gttcaagcgattctcctgcctcga - 3'）、20μMのリンカー特異的プライマー＃2963（5' - 1μlの1μlを使用してを実行するために精製したDNA 1μlを取るgctgaccctgaattcgcacgtgcct - 3'）、3 × Klen Taq DNAポリメラーゼIカクテルと滅菌蒸留水を3μlの3μl。 32 P - dCTPの二つμlのPCR増幅の前に私はカクテル3 × Klen Taq DNAポリメラーゼの100μlに添加される。ホットスタートPCRは2分間、95℃CFOR 2分間72℃であるため、熱サイクル、95の18サイクルで20秒間、65℃40秒C、1分間72℃で、最終的な拡張72 ° Cで行われ5分間。 </li><li>滅菌蒸留水30μlにQIAクイックPCR精製キット、溶出したDNAを用いて最初のラウンドのPCR産物を精製する。 </li><li> 20μMのABL - 1特異的プライマー＃4626（5' - ggagaatttttatctgcctctgtga - 3'）（図1a）、1μlの1μLを加えることによって入れ子プライマーを用いたPCRの第2ラウンドを行うために100 ×希釈した最初のPCR産物を1μlを取るリンカー特異的プライマー＃2961（5' - gtcgttagcggacacagggcgattc - 3'）、滅菌蒸留水の添加3 × Klen Taq DNAポリメラーゼ私はカクテルと3の3μlの20μMの。サーマルサイクリングのスケジュールは、20秒、95℃、67℃40秒、72で拡張子が続く1分、℃で5分間72℃での25サイクルです。 </li><li> 5パーセント尿素- PAGEゲルを実行するとPhosphoImager（図1b）にさらさ画面を走査することによりPCR産物を可視化する。それぞれのPCRバンドを滅菌蒸留水60μlを含むエッペンドルフチュー​​ブにゲル片を溶解し、℃で5分間95℃インキュベートすることにより、ゲルからリサイクルすることができます。すべてのサンプルを収集するために10秒間、10,000 rpmで短時間遠心します。上記と同じ条件を使用して、プライマー対4626分の2961でPCRを実行するためにDNAの鋳型として使用する場合、1μlを取り外します。配列解析をQIAquick PCR精製キットを用いて精製した後に実行することができます。 </li><li> http://genome.ucsc.edu（図1c）：DNA配列は、ウェブサイトでそれらの染色体位置を決定するオンラインツールを用いて分析している。 DNA配列を貼り付けることができる新しいウィンドウを入力して"​​BLAT"をクリックして、新しいウィンドウが'submit'をクリックした後に表示され、"BLATの検索結果を"示しています。 DNA配列の位置を示すために次のウィンドウに入力する100％の同一性で大ヒットの"ブラウザ"をクリック。 </li></ol> 8。代表的な結果 1。その長い範囲のDNAの相互作用を決定するために餌としてABL - 1の領域を使用してACTアッセイ図1a、二つの BglII部位一BamHIでサイトに示すように、ACTアッセイのために選ばれた。 PCRの第2ラウンドでは、プライマーは、2961分の4626は、ABL - M1を増幅するために使用されたセット、2961分の4630は、ABL - M2に使用され、2961分の4636は、ABL - M3のために使用されていました。典型的なゲルのパターンはいくつかのバンド（図1b）への1つを示しています。 ACTアッセイの各フラグメントは、2つの結合されたDNAセグメントで構成されています：第2セグメントは第一の制限酵素認識配列によって餌域セグメントに結合された関連するパートナー、から来る間、一つのセグメントは、餌のDNA領域から導出されます。第二の酵素の認識配列は、関連付けられているパートナーのシーケンス（図1c）の最後に表示されます。クローン化されたABL - M1フラグメントは+133,592,306-133,592,399から染色体9q32.4に位置するABL1の領域からのDNAが含まれており、関連するパートナーは+71,869,882-71,870,107から染色体3p13に位置しています。関連するパートナーのアイデンティティがUCSCゲノムブラウザ（2009年2月にリリースさGRCh7/hg19）を使用して、それらの配列をブラストによって発見されています。PROK2は chr3p13座での関連するパートナーとして同定された。 クローンABL - M3は、ABL - 1遺伝子座に近い内染色協会として同定された一方同様に、ABL - M2関連したパートナーは、chr5q21.1に局在していた。 2。 ACTアッセイを用いて有病率の低下長距離相互作用の決定 3Cに基づいて他のアッセイは、我々は図1に及びIGF2 / H19座12で示されているよりも多くの相互作用のパートナーを報告している。我々が概説されていることを方法論は、最も一般的な長距離相互作用を選択します。しかし、PCRのサイクル数を増やすことによって、それがよく（図2）に応じて追加、それほど頻繁にアソシエーションを識別することが可能です。 3。正常組織に比べ癌細胞における長距離相互作用の違い。 ACTアッセイはまた、核の構造と正常細胞とがん細胞（図3）との間の長距離相互作用の違いを識別するために使用することができます。これらの違いは、細胞形質転換時に発生する核のアーキテクチャの変更を反映することができるため、このアッセイは、最終的には診断目的のために適用可能である。正常および癌組織の両方で発生する同様のゲルパターンは、ACTアッセイの信頼性と再現性であることが示された。 ACTアッセイは、長い範囲のDNAのパートナーを識別できますが、そのようなフィッシュ＆チップスアッセイなどのさらなる分析は、、遠い遺伝子座の間に同定されたアソシエーションの存在を確認する必要があります。遺伝学的、生理学的および生化学的研究は、これらの長い範囲のDNA協会の生物学的影響を解明するために実行することができます。 <img src="/files/ftp_upload/2621/2621fig1.jpg" alt="図1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図1"> HL - 60細胞での餌のDNAとして、ABL - 1領域を用いて図1のACTアッセイ 。 A. DNA構造体ABL - 1領域のURE。 ACTアッセイで使用されている最初の制限酵素はBglIIでいました。 PCRの第2ラウンドのためのプライマーも矢印と対応するプライマーの番号によってラベル付けされます。 B. 5パーセント尿素- PAGEにおけるACTアッセイのゲルパターン。プライマーペア4626/2961は、ネステッドPCRでABL - M1クローンを増幅するために使用され、2961分の4630は、クローンABL - M2に使用され、2961分の4636は、クローンABL - M3のために使用されていました。 C.クローンABL - M1のDNA配列。 ABL - 1餌のDNAからDNA断片が赤でラベル付けされている、と関連付けられているDNAのパートナーがシアンでラベル付けされている。 をBgl IIサイト（AGACTC）緑色に標識された、とMSP私のサイトは（CCGG）紫色のラベルが貼られています。 <img src="/files/ftp_upload/2621/2621fig2.jpg" alt="図2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図2"> 図2のPCRサイクルは、ACTアッセイの結果に影響を与える。マウス線維芽細胞における餌のDNAとしてIgf2/H19座でインプリンティング制御領域（ICR）を使用して、別のサイクリングプログラムはACTアッセイのPCRの第1,2ラウンドに分けて適用されていました。 PCRの最初のラウンドで18から20サイクルは、可視化するのに十分な信号を増幅していませんでした。明確なバンドの第二のPCRの結果で二十5サイクル、PCRの第2ラウンドのためにサイクル数を増やしながら、よりバンドに加えて、スミアのパターンを誘導した。 <img src="/files/ftp_upload/2621/2621fig3.jpg" alt="図3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図3"> ACTアッセイの正常な結腸組織と結腸癌組織間の核アーキテクチャの違いを図3検出。A. ACTアッセイのためのDNA IGF2/H19軌跡とIGF2遺伝子におけるICR領域の構造。DPN II部位が標識されている。第二ラウンドPCRに用いるプライマーは、図のパネルBの各レーンに対応するさまざまな色の矢印と数字でラベルが付いています。 B. 5パーセント尿素- PAGEにおけるACTアッセイのゲルパターン。正常な結腸組織MAD03 - 1423および大腸癌組織MAD04 - 149は協調ヒト組織ネットワーク（CHTN）西部事業部から入手した。各結腸組織をホモジナイズした後、ACTアッセイは、本明細書に記載の手順に従って実施した。レーン1はプライマーペア＃2961andのパネルにピンク色で標識された＃4161を（5' - tctgcgccatcagggcagtgagac - 3'）を用いたPCRの結果を表し、レーン2はプライマーペア＃2961と＃4163（5' - gccgcgcggccacttccgattcc - 3を用いたPCRの結果を表します。 "）パネルで、オレンジ色のラベルが付いて、レーン3は、プライマーペア＃2961と＃5145（5' - gccatgcaggtaggatttgagctg - 3を用いたPCRの結果を表します"パネルに青色でラベルされた）、レーン4はプライマーペア＃2961を用いたPCRの結果を表します。パネルaに緑で標識されたと＃5151（5' - gtctcaaataggggccagctagcttgg - 3'）正常な結腸組織にのみ現れるユニークなバンドは黄色の矢印で表示されています、と大腸癌組織にのみ登場したそれらのバンドは赤色の矢印で表示されています。 ICR、刷り込み制御領域、DMR、異なるメチル化領域。

<ol><li>Dekker, J., Rippe, K., Dekker, M., Kleckner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capturing+chromosome+conformation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Capturing chromosome conformation.</a> Science. 295, 1306-1311 (2002).</li>
<li>Apostolou, E., Thanos, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virus+Infection+Induces+NF-kappaB-dependent+interchromosomal+associations+mediating+monoallelic+IFN-beta+gene+expression%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Virus Infection Induces NF-kappaB-dependent interchromosomal associations mediating monoallelic IFN-beta gene expression.</a> Cell. 134, 85-96 (2008).</li>
<li>Duan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+model+of+the+yeast+genome%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional model of the yeast genome.</a> Nature. 465, 363-367 (2010).</li>
<li>Lomvardas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interchromosomal+interactions+and+olfactory+receptor+choice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Interchromosomal interactions and olfactory receptor choice.</a> Cell. 126, 403-413 (2006).</li>
<li>Murrell, A., Heeson, S., Reik, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+between+differentially+methylated+regions+partitions+the+imprinted+genes+Igf2+and+H19+into+parent-specific+chromatin+loops%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Genet%22%5BJournal%5D)">Interaction between differentially methylated regions partitions the imprinted genes Igf2 and H19 into parent-specific chromatin loops.</a> Nat Genet. 36, 889-893 (2004).</li>
<li>Schoenfelder, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preferential+associations+between+co-regulated+genes+reveal+a+transcriptional+interactome+in+erythroid+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Genet%22%5BJournal%5D)">Preferential associations between co-regulated genes reveal a transcriptional interactome in erythroid cells.</a> Nat Genet. 42, 53-61 (2010).</li>
<li>Spilianakis, C. G., Lalioti, M. D., Town, T., Lee, G. R., Flavell, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interchromosomal+associations+between+alternatively+expressed+loci%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Interchromosomal associations between alternatively expressed loci.</a> Nature. 435, 637-645 (2005).</li>
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<li>Xu, N., Tsai, C. L., Lee, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+homologous+chromosome+pairing+marks+the+onset+of+X+inactivation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Transient homologous chromosome pairing marks the onset of X inactivation.</a> Science. 311, 1149-1152 (2006).</li>
<li>Lieberman-Aiden, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+mapping+of+long-range+interactions+reveals+folding+principles+of+the+human+genome%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome.</a> Science. 326, 289-293 (2009).</li>
<li>Berkum, N. L. van <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hi-C%3A+a+method+to+study+the+three-dimensional+architecture+of+genomes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Hi-C: a method to study the three-dimensional architecture of genomes.</a> J Vis Exp. , (2010).</li>
<li>Ling, J. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CTCF+mediates+interchromosomal+colocalization+between+Igf2%2FH19+and+Wsb1%2FNf1%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">CTCF mediates interchromosomal colocalization between Igf2/H19 and Wsb1/Nf1.</a> Science. 312, 269-272 (2006).</li>
<li>Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+three+%27C%27s+of+chromosome+conformation+capture%3A+controls%2C+controls%2C+controls%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">The three 'C's of chromosome conformation capture: controls, controls, controls.</a> Nat Methods. 3, 17-21 (2006).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

デッカーら二つのゲノム遺伝子座1の間の相互作用の頻度を検出するために染色体のコンフォメーションキャプチャ（3C）のアプローチを開発し、3Cは、哺乳類細胞内の2つの既知のDNA領域2間のイントラ染色体と間染色体の関連を調査するために広く用いられている-9。新開発のHi - Cの方法論は、ゲノムワイドなDNA関連の研究に適用することができますが、ACTアッセイは、まだ遺伝子座特異的DNA相互作用10-11の研究のための有効な手法です。我々は、培養マウスとヒトの細胞（図1）の既知のDNA領域に関連付けられている未知のDNA領域を識別するために、このアプローチを変更しました。それは私たちに知られている標的DNA領域12に関連付ける新規の未知のDNAのパートナーを識別するために、信頼性と再現性のある方法を提供するように我々は、関連する染色体のトラップ（ACT）アッセイは、このメソッドの名前。適切なコントロールを備えた成功3Cアッセイは、ACTアッセイ13の小説の側面を実行する前に実行されます。できるだけ多くの関連するDNA領域としてtofindためには、それは第1および第2の制限酵素の様々な組み合わせを使用する必要があります。それは、最初の3Cライゲーションのステップを実行するためのCpGメチル化へと小文字を区別しない制限酵素を使用することが特に重要です。タンパク質の結合とDNAメチル化はまた、制限酵素消化の効率に影響を与えることができますし、特定の制限酵素消化のために関連するDNA領域のライゲーションの失敗につながることができます。イントラまたはインター染色ライゲーションの発生は、タンパク質- DNA架橋と関連するDNA領域の両方の適切な物理的な地図に依存する。このように、いくつかの予備実験では、ACTアッセイで実用的な効果的なホルムアルデヒドの濃度と処理時間を確立するために不可欠です。ホルムアルデヒド（from1.5％〜2％）の最終濃度の範囲は、アッセイ7,9の3C部分の間にいくつかのラボで使用されている。また、リンカーとして使用されるオリゴヌクレオチドは、2番目の制限酵素によって切断付着末端と一致するように設計することができます。我々はPCRの第2ラウンドのPCR 20〜25サイクルの最初のラウンドで18から20サイクルが明確なバンドを提供することができることがわかったが、それはそれぞれの実験（図2）のための最高のPCR条件を確立することが必要です。イントラ分子DNA鎖はPCRで発生する可能性の5&#39;末端および3&#39;末端の相補アダプター配列の間のアニーリング、それは、DNA分子とのアニーリングアダプター特異的プライマーを阻害し、最初の数サイクルではるかに低い増幅効率が得られた。ターゲットDNAがサイクルで増幅した後、その量は、これらの非特異的反応よりもはるかに大きくなる可能性、およびターゲットDNA分子にアニーリングプライマーの競争を促進するかもしれない。これは、我々はバックグラウンドの増幅が表示されることがあります理由もあり、なぜ最初のラウンドのPCR産物は、バックグラウンドのamplification.Itを減少させるために希釈する必要があると、PCRの第2ラウンドでバックグラウンドを減少させるためにPCR反応からの過剰なプライマーを除去することが重要です。すべてのPCRベースの実験のように、それはヒトとマウスのDNAの大部分を構成する反復配列領域に位置されていないプライマーを設計することが不可欠です。新開発のHi - Cの方法論は、ゲノムワイドなDNA関連の研究に適用することができますが、ACTアッセイは、まだ遺伝子座特異的DNA相互作用の研究のための有効な手法です。

<table><tbody><tr><td>RPMI1640培地</td><td>Invitrogen</td><td>22400-105</td><td></td></tr><tr><td>アクリルアミド</td><td>Invitrogen</td><td>15512-023</td><td></td></tr><tr><td>ATP溶液, 10mM</td><td>Invitrogen</td><td>AM8110G</td><td></td></tr><tr><td>胎児ウシ血清</td><td>Invitrogen</td><td>16000-044</td><td></td></tr><tr><td>ペニシリン-ストレプトマイシン</td><td>Invitrogen</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>1M Tris pH8.0</td><td>Invitrogen</td><td>AM9856</td><td></td></tr><tr><td>RNase A</td><td>Invitrogen</td><td>12091-039</td><td></td></tr><tr><td>SDS</td><td>Invitrogen</td><td>15525-017</td><td></td></tr><tr><td>尿素</td><td>Invitrogen</td><td>15505-035</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;BamH&lt;/em&gt; I</td><td>New England Biolabs</td><td>R0136T</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Bgl&lt;/em&gt; II</td><td>New England Biolabs</td><td>R0144M</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Dpn&lt;/em&gt; II</td><td>New England Biolabs</td><td>R0543T</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Msp&lt;/em&gt; I</td><td>New England Biolabs</td><td>R0106S</td><td></td></tr><tr><td>dNTPs</td><td>New England Biolabs</td><td>N0447L</td><td></td></tr><tr><td>プロテアーゼK</td><td>New England Biolabs</td><td>P8102S</td><td></td></tr><tr><td>T4 DNAリガーゼ</td><td>New England Biolabs</td><td>M0202T</td><td></td></tr><tr><td>37% ホルムアルデヒド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F8775</td><td></td></tr><tr><td>ビス-アクリルアミド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>146072</td><td></td></tr><tr><td>ジチオスレイトール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>43815</td><td></td></tr><tr><td>グリシン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>50046</td><td></td></tr><tr><td>PMSF</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>93482</td><td></td></tr><tr><td>プロテアーゼ阻害剤</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8830</td><td></td></tr><tr><td>Nonidet P-40</td><td>Roche Group</td><td>11754599001</td><td></td></tr><tr><td>KlenTaq1</td><td>Ab peptides</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>dCTP alpha P32</td><td>PerkinElmer, Inc.</td><td>BLU513H250UC</td><td></td></tr><tr><td>PTC-100 サーマルサイクラー</td><td>MJ Research</td><td>mjptc100</td><td></td></tr><tr><td>電源装置</td><td>Bio-Rad</td><td>164-5056</td><td></td></tr><tr><td>OmniPAGE Maxi</td><td>Aurogene Life Science</td><td>VS20D</td><td></td></tr><tr><td>Typhoon 9400</td><td>GE Healthcare</td><td>63-0055-78</td><td></td></tr></tbody></table>

ロングレンジdnaの相互作用を識別するための関連する染色体のトラップ

Associated Chromosome Trap for Identifying Long-range DNA Interactions

DNAによりコードされる遺伝情報は、複雑かつ高度に規制クロマチン構造に編成されています。各染色体は、開発や細胞周期の段階に応じて変更される可能性がある特定の地域を、占めている。遺伝子発現は、同じ染色体上に離れて別の染色体上に存在するかことができるDNAセグメントの共局在につながるクロマチンのセグメントは、様々な染色体の地域からループアウトすることが、専門的な転写工場で発生することができます。関連する染色体のトラップ（ACT）アッセイは、染色体のコンフォメーションキャプチャ技術を拡張し、変更することで、公平な方法でこれらの長期的なDNAの関連付けを識別するための効果的な方法論を提供します。 ACTのアッセイは、私たちはトランスの転写調節のメカニズムを調査することが可能になります、そして通常の生理機能および疾患状態における遺伝子発現への核のアーキテクチャの関係を説明するのに役立ちます。

関連する染色体のトラップ（ACT）アッセイは、長距離DNA相互作用を同定するための新たな方法です。長い範囲のDNAの相互作用の特徴付けは、私たちは両方の通常の生理機能と疾患状態における遺伝子発現への核アーキテクチャの関係を判別することができます。

ロングレンジDNAの相互作用を識別するための関連する染色体のトラップ

DNAにコードされた遺伝情報は、複雑で高度に制御されたクロマチン構造の中に組織化されています。それぞれの染色体は特定のテリトリーを占めており、...

本実験の全体的な目的は、長距離の相互作用を持つDNAパートナーを探索し、同定することである。まず、固定化、細胞溶解、および1番目の制限酵素によるDNA消化を行い、続いてライゲーションを行うことで、相互作用する2つの遺伝子由来のセグメントから構成されるキメラDNAを作成する。次に、2番目の制限酵素消化の後、キメラDNAにリンカーを付加する。増幅を容易にするため、リンカーおよびベイトDNA特異的プライマーを用いてPCR増幅を行い、相互作用するDNA断片を十分な量で回収する。得られた増幅DNA断片の配列解析に基づき、ベイトDNAと長距離の相互作用を持つDNAパートナーを特定する。クロームソン確認キャプチャ（3C）などの既存の手法に対する本手法の主な利点は、A-C-T-S-Aを用いて未知の長距離共役DNAパートナーを効果的に同定できる点にあります。対して3Cは、以前から疑われていた相互作用の検証のみを目的として開発されました。本プロトコルの開始にあたり、ヒト細胞を37 °C、5% CO₂環境下のインキュベーターで、コンフルエンスが80～90%になるまで培養します。このデモンストレーションでは、ヒト前骨髄球性急性白血病細胞を使用します。細胞を50 milliliterのNOCチューブに注いで回収し、1200 RPMで15分間遠心分離します。遠心分離後、培地を吸引して除去します。5 mLの培地を加えて、細胞ペレットを再懸濁します。ヘモサイトメーターで細胞数を計測した後、約1×10⁷個の細胞を、10% FBS含有RPMI 1640培地を用いて40 mLに希釈します。次に、1.7 mLの37% ホルムアルデヒドを加えて、希釈したクロマチンを固定します。サンプルを室温で10分間、緩やかに振とうしながらインキュベートします。インキュベーション後、2 Mのグリシン2.4 mLを加えて反応を停止させます。次に、サンプルを1200 RPM、4 °Cで15分間遠心分離します。上清を除去した後、ペレットを40 mLの氷冷PBSで1回洗浄し、遠心分離して洗浄後の細胞ペレットを回収します。得られたペレットを、プロテアーゼ阻害剤と0.1 mM PMSFを添加したばかりの40 mLの氷冷ライシスバッファーに再懸濁し、コールドルームで回転混和させながら90分間インキュベートします。最後に、サンプルを2,500 RPMで15分間遠心分離し、上清を除去して単離した核を得ます。核を0.5 mLの1X NEB Buffer 3に再懸濁し、15 µLの10% SDSを添加します。サンプルを37 °Cで1時間振盪しながらインキュベートします。次に、SDSを捕捉するために20% Triton X 100を45 µL加え、再び37 °Cで1時間振盪しながらインキュベートし、1 × 10⁶個ずつ分注します。制限酵素消化には、核溶液55 µLあたり約15 µgの核を使用します。1X NEB buffer 3を433 µL、BGL IIを12 µL加えます。総消化反応液量を500 µLとし、反応液を37 °Cで一晩インキュベートします。翌日、10% SDSを95 µL加えて制限酵素を不活化し、65 °Cで20分間加熱して酵素を変性させます。ウォーターバス内で、1xライゲーションバッファー 7 mLと20% Triton X 100を 360 µL加えます。サンプルを37 °Cで1時間インキュベートします。温度を16 °Cに下げ、400 units/µLを 50 µL加えます。T4 DNAリガーゼを加え、ライゲーション反応を16 °Cで4時間、その後室温で30分間インキュベートします。ライゲーション完了後、300 µgのプロテイナーゼKを加え、65 °Cで一晩インキュベートします。次に5 µgのRNAAを加え、37 °Cで30分間インキュベートします。フェノール・クロロホルム抽出によってDNAを精製し、イソプロパノールでDNAを沈殿させ、沈殿したDNAを150 µLの滅菌蒸留水に溶解させます。キメラDNAにリンカーを付加するために、まず2 µgの精製DNAを5 unitsのMspIとともに37 °Cで4〜6時間インキュベートしてDNAを消化します。消化後、65 °Cで10分間加熱し、MspIを不活性化させます。次に、5 mg/mL のグリコーゲンを 1 µL 加えて、エタノールで DNA を沈殿させます。得られた DNA ペレットを 50 µL の滅菌蒸留水に溶解させます。続いて、MSP1 処理済みの DNA 50 µL に、20 µM のリンカーオリゴヌクレオチド L を 2 µL と 20 µM のオリゴヌクレオチド S を 1 µL 混ぜ合わせ、さらに滅菌蒸留水 1 µL と 10X T4 DNA Ligase buffer 6 µL を加えます。混合液を液体ワックスで覆います。オリゴヌクレオチドを50 °Cで1分間加熱して変性させ、1分間に0.5 °Cの勾配で10 °Cまで徐々に冷却します。サーマルサイクラーを用いて、400 units/µLのT4 DNAリガーゼを1 µL加え、反応液を15 °Cで一晩インキュベートします。翌日、Kaya Quick PCR精製キットを用いてリンカーライゲーション後のDNAを精製し、50 µLの滅菌蒸留水で溶出させます。次に、長距離相互作用を調査するDNAの特定領域に対するプライマーを選択します。この例では、Abelをプライマー（ベイト）として使用します。精製DNA 1 µLに、20 µM の able 1 特異的プライマー（46 56）1 µLと、20 µM のリンカー特異的プライマー（29 63）1 µLを合わせて、第1ラウンドPCR用の精製DNAを準備します。次に、書面プロトコルに従って 32 P-D-C-T-P をあらかじめ混合した 3x ClinTech DNAポリメラーゼIカクテル 3 µLを加え、続いて滅菌蒸留水 3 µLを加えます。PCRサイクル完了後、書面プロトコルに記載されているホットスタートPCRサーマルサイクルを用いてPCR増幅を行います。kaya quick PCR purification kitを用いて、1回目のPCR産物を精製します。滅菌蒸留水30 µLで溶出してください。100倍に希釈した1回目のPCR産物を1 µL用い、20 µMのable 1特異的プライマー（46 26）1 µLと、20 µMのリンカー特異的プライマー（29 61）1 µLを添加して、ネステッドプライマーによる2回目のPCRを行います。さらに、3 µLの3x ClinTech DNA polymerase ワンコックテールと3 µLの滅菌蒸留水を加えます。95 °Cで20秒、67 °Cで40秒、72 °Cで1分間のサイクルを25回繰り返すサーマルサイクリングスケジュールを用いて、2回目のPCRを実施し、最後に72 °Cで5分間の伸長反応を行います。5% ureaページゲルを泳動し、露光後のスクリーンをフォスフォイメージャーでスキャンして、PCR産物を視覚化します。各PCRバンドは、ゲルストリップを60 µLの滅菌蒸留水を含むエッペンチューブに溶解し、95 °Cで5分間インキュベートすることでゲルから回収できます。溶解したゲル産物を10,000 RPMで10秒間、短時間遠心分離します。すべてのサンプルを回収します。プライマー修復を伴うPCRに使用するDNAテンプレートとして、1 µLを分注します。29 61 46 26。上述した条件を用いて精製後、オンラインツールを用いてシーケンス解析を行い、染色体上の位置を決定することができます。ゲノムバイオインフォマティクスのサイトにアクセスし、「blatt」をクリックして新しいウィンドウを開き、DNA配列をペーストします。DNA配列を送信すると、BLATTの検索結果が表示されます。100%の一致を示すヒット箇所でブラウザをクリックし、DNA配列の位置を確認します。long-range DNA相互作用を決定するため、able one領域をベイトとして使用しました。ACTアッセイのために、2箇所のBgl IIサイトと1箇所のBam HIサイトを選択しました。2回目のPCRプライマーセットにおいて、46 26 29 61を用いてable M1を、46 30 29 61を用いてable M2を、そして46 36 29 61を用いてable M3を増幅しました。一般的なゲルパターンでは、ここに示すable M1、able M2、およびable M3のように、1つまたは数本のバンドが現れます。クローンable M1のDNA配列を以下に示し、ACTアッセイによる各断片が、2つの結合したDNAセグメントで構成されていることを証明します。一方のセグメントはベイトDNA領域に由来し、もう一方は関連するパートナーに由来します。各セグメントは、1番目の制限酵素認識配列によって互いに結合されています。2番目の酵素認識 sequence は、関連するパートナー配列の末端に現れます。クローニング可能な M1 フラグメントには、染色体 9q32.4 に位置する ABLE1 の領域からの DNA が含まれており、関連するパートナーは proc2 として同定された染色体 3p3 に位置しています。同様に、able M twoの関連パートナーは染色体5番のQ 21.1に局在していましたが、クローンable M threeは、3Cアッセイとは対照的に、ABLE one遺伝子座付近の染色体内会合として同定されました。このビデオで概説する手法では、最も一般的である長距離相互作用が選択されます。しかし、PCRのサイクル数を増やすことで、より頻度の低い追加の会合を同定することも可能です。マウス線維芽細胞におけるIGF two H 19遺伝子座のインプリンティング制御領域（ICR）をベイトDNAとして使用し、ACTアッセイの第1ラウンドと第2ラウンドのPCRで異なるサイクリングプログラムを適用しました。A CTアッセイは、正常細胞とがん細胞の間における核構造および長距離相互作用の差異を特定するためにも利用できます。正常な結腸組織と結腸がん組織をホモジナイズし、本稿に記載の手順に従ってA CTアッセイを実施しました。ここでは、IGF2/H19遺伝子座におけるICR領域およびIGF2遺伝子のDNA構造を示しています。A CTアッセイの2つの部位について、2回目PCRで使用される標識プライマーを、色分けされた矢印と番号で示しています。A CTアッセイのゲルパターンは、プライマー29 61を、プライマーペア 41, 61、41 63、51 45、および51 51のいずれかと組み合わせて使用したPCRの結果を示しています。正常大腸組織のみに現れる特有のバンドを黄色の矢印で、開発後に大腸がん組織のみに現れたバンドを赤色の矢印で示しています。この手法は、マルケット生物学分野の研究者が、核構造と遺伝子調節を三次元的に探索するための道を切り開くものです。

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