August 14th, 2020
ゲノム全体のタンパク質結合位置の正確な決定は、遺伝子調節を理解するために重要です。ここでは、クロマチン免疫沈降DNAをエキソヌクレアーゼ消化(ChIP-exo)に続けてハイスループットシーケンシングで処理するゲノムマッピング方法について説明します。この方法は、哺乳類ニューロンにおける近接塩基対マッピング分解能および高いシグナル対雑音比を用いてタンパク質とDNAの相互作用を検出する。
当社のChIP-exo法の主な利点は、従来のクロマチン免疫沈降法と比較して、細胞内のタンパク質DNA相互作用のマッピング分解能が向上することです。ChIP用のプロテインG磁気ビーズを調製するには、磁気ビーズを均一になるまで混合します。次に、25マイクロリットルの磁気ビーズを2ミリリットルのタンパク質低結合チューブに加えます。
ビーズに1ミリリットルのブロッキング溶液を追加します。ピペッティングでよく混合し、チューブを磁気ラックに1分間置きます。上清が透明になったら、取り除きます。
次に、ビーズに1ミリリットルのブロッキング溶液を追加します。チューブを摂氏4度のロッキングプラットフォームに置き、10分間揺さぶった後、チューブを短時間回転させます。チューブを磁気ラックに置き、上清を取り除きます。
磁気ビーズに500マイクロリットルのブロッキング溶液を追加します。Islet-1に対する抗体を短時間遠心し、磁気ビーズを含むチューブに4 μgの抗体を加えます。磁気ビーズとIslet-1抗体が入ったチューブを摂氏4度のロッキングプラットフォームに置き、6〜24時間揺さぶります。
クロマチン免疫沈降を開始するには、抗体でコーティングしたビーズを1ミリリットルのブロッキング溶液で洗浄します。抗体でコーティングしたビーズの入ったチューブを、摂氏4度のロッキングプラットフォームに5分間置きます。短時間回転させた後、チューブを磁気ラックに置き、上清を取り除きます。
抗体でコーティングしたビーズを50マイクロリットルのブロッキング溶液に再懸濁します。1ミリリットルの超音波処理したライセートを抗体コーティングビーズに加え、次いで4°Cのロッキングプラットフォーム上でサンプルを一晩インキュベートする。サンプルを一晩インキュベートした後、チューブを短時間回転させてキャップから液体を回収し、チューブを磁気ラックに置きます。
そして1分後、ピペットで上清を慎重に取り除きます。次に、次のように一連の洗浄を行います。CPIを含む1ミリリットルのコールドウォッシュバッファーをサンプルに加えます。
サンプルを摂氏4度のロッキングプラットフォームで5分間混合します。サンプルチューブを短時間回転させてから、磁気ラックに置きます。1分後、ピペットで上清を取り除きます。
最初の酵素反応と修復、およびDAテーリングでは、38マイクロリットルのオートクレーブ二重蒸留水をサンプルに加え、次にエンドプレップ反応ミックスとエンドプレップ酵素ミックスを加えます。チューブの内容物をピペッティングで混合し、サンプルを摂氏20度で30分間インキュベートします。次に、前述のように、サンプルビーズを高塩洗浄バッファー、塩化リチウム洗浄バッファー、および10ミリモルトリス塩化水素バッファーで洗浄します。
インデックスアダプターライゲーションを行うには、27マイクロリットルの冷たく10ミリモルのTris塩化水素緩衝液をサンプルに加えます。次に、インデックスアダプター、ライゲーションエンハンサー、およびリガーゼマスターミックスを追加します。サンプルを摂氏20度で15分間インキュベートします。
再度、サンプルビーズを高塩分洗浄バッファー、塩化リチウム洗浄バッファー、および 10 ミリモルの Tris 塩化水素バッファーで洗浄します。次に、47マイクロリットルの冷たい10ミリモルトリス塩化水素緩衝液をサンプルに加えます。ホスホジエステル結合の欠落に起因するDNAの傷を修復するには、11.1マイクロリットルの充填混合物をサンプルに加えます。
サンプルを摂氏30度で20分間インキュベートします。一連の洗浄の後、50マイクロリットルの冷たいオートクレーブ二重蒸留水をサンプルに加えます。ChIP DNAをファイブプライムからスリープライムの方向に消化するには、ラムダエキソヌクレアーゼバッファーとラムダエキソヌクレアーゼを添加し、ピペッティングでサンプルを混合します。
サンプルを摂氏37度で30分間インキュベートします。消化が完了したら、最後に3回の洗浄を繰り返します。ビーズからChIPサンプルを溶出するには、サンプルを75マイクロリットルのChIP溶出バッファーおよびインキュベーターに再懸濁し、摂氏65度で15分間、130倍G.サンプルに20ミリグラム/ミリグラムのプロテイナーゼKを2.5マイクロリットル加えます。
サンプルを短時間ボルテックスし、摂氏65度で一晩インキュベートします。サンプルを短時間回転させ、磁気ラックに置きます。1分後、上清を新しい1.5ミリリットルのチューブに移します。
DNAを精製して溶出します。溶出したDNAを精製した後、抽出したDNAサンプル16マイクロリットルをPCRチューブに移します。1.2マイクロリットルの変性およびプライマーアニーリング混合物をサンプルに加えます。
原稿の表6に記載されているプログラムを使用して、テンプレートDNAのプライマーを変性およびアニールします。3マイクロリットルのプライマーエクステンションミックスをサンプルに加え、原稿の表7に記載されているPCRプログラムを実行します。4.1マイクロリットルのDAテーリングミックスをサンプルに加え、原稿の表8のPCRプログラムを使用してサンプルを分析します。
次に、21.5マイクロリットルのユニバーサルアダプターライゲーションミックスをサンプルに加え、摂氏20度で15分間インキュベートします。29マイクロリットルのLM-PCRミックスをサンプルに加え、原稿の表10のプログラムを使用してサンプルを実行します。LM-PCRを18サイクル行った後、マウス運動ニューロン由来のChIP-exoサンプルを1.5%アガロースゲル上で電気泳動しました。
ChIP-exo Islet-1の結果は、約200〜400塩基対の増幅されたDNAライブラリを示し、ChIP-exoライブラリがLM-PCRによって正常に増幅されたことを示しています。約100塩基対のバンドは、アダプターとPCRプライマーからのアーティファクトを表しています。抗体なしコントロールは、ラムダエキソヌクレアーゼ処理によって非特異的なバックグラウンドDNAが消化されたことを示しています。
ChIP-exoおよびChIP-seqを用いて、Islet-1の結合位置を同定した。ChIP-exoシグナルは、Islet-1結合部位に高度に焦点を合わせ、複数のクラスター化されたIslet-1転写因子結合パターンを検出しました。ChIP-seq信号は、Islet-1のChIP-exoがChIP-seqよりも高いマッピング分解能を示したことを示す、より広範な信号を示しました。
複数の転写因子は、タンパク質-DNA複合体としてDNAを隣り合って結合することがよくあります。ChIP-exoは、複数の転写因子が標的DNAをどのように認識し、制御するかを研究することを可能にします。
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この研究は、哺乳類のニューロンにおけるタンパク質-DNA相互作用の解像度を向上させるゲノムマッピング法を提示します。クロマチン免疫沈降DNAをエキソヌクレアーゼ処理し、その後ハイスループットシーケンシングを行うことで、この方法は塩基対レベルのマッピング解像度を実現します。
High-resolution mapping of protein-DNA interactions enables precise target validation in early discovery by clarifying transcription factor binding sites with near base-pair accuracy. This reduces mechanistic ambiguity in gene regulation studies and supports predictive confidence in lead identification for neurological disease models. The method enhances de-risking of therapeutic hypotheses by distinguishing specific from non-specific genomic signals.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing to lead identification by delivering precise genomic binding data that informs target selection and prioritization.