Sinds de ontdekking heeft epigenetische regulatie in zoogdiercellen steeds meer erkenning gekregen1, aangezien het begrip van dergelijke mechanismen belangrijke inzichten zou opleveren, niet alleen in de celbiologie, maar ook in de ziekte- en tumorbiologie. Bovendien kunnen infectieuze agentia ook epigenetische veranderingen van de gastheer veroorzaken2, terwijl de machinerie van de gastheercel ook het chromatine van pathogenen kan beïnvloeden, zoals persisterende DNA-virussen 3,4. Dit gastheer-pathogeen samenspel lijkt een rol te spelen bij de persistentie van infecties. Arabisch cijfer
Door een omkeerbare associatie met DNA vormen histoneiwitten een complex dat nucleosoom wordt genoemd. Nucleosomen bereiken op hun beurt een hoger organisatieniveau dat bekend staat als chromatine. Van chromatine-remodellering is bekend dat het genexpressie strak reguleert, waarbij toegang tot transcriptiefactoren (TF's) wordt verleend of geweigerd5. Deze factoren kunnen de rekrutering van het RNA-polymerase II (PolII) op genpromotors activeren of blokkeren, waardoor de mRNA-synthese van de DNA-sjabloon6 wordt beïnvloed. Histoneiwitten bevatten staarten7, flankerend aan beide uiteinden van de histonplooi, die kunnen worden onderworpen aan posttranslationele modificaties (PTM's), waardoor een strakke regulatie van de gentranscriptie door structurele chromatineveranderingen mogelijk is. De meeste histon PTM's bevinden zich aan de staart N-terminus, waarbij acetylering en methylatie de best bestudeerde PTM's zijn, hoewel fosforylering8, ubiquitinatie9 en ribosylatie10 ook zijn gemeld. Het karakteriseren en bestuderen van dergelijke eiwitten is dan essentieel om een diep inzicht te krijgen in genregulatie.
Momenteel is er een handvol gevestigde methoden en hulpmiddelen beschikbaar om directe DNA-eiwitinteracties te bestuderen: Electrophoretic mobility shift assay (EMSA), Yeast one-hybrid assay (Y1H) en DNA footprinting11. Deze methoden richten zich echter per se op interacties tussen één DNA en eiwit en zijn niet toepasbaar voor genoombrede studies. Een andere beperking van die technieken is het ontbreken van histonassociatie met de onderzochte DNA-segmenten. Dergelijke benaderingen zijn dus niet bedoeld om de complexiteit van de transcriptionele machinerie in vivo weer te geven en houden geen rekening met belangrijke structurele veranderingen12 of andere vereiste enzymen/cofactoren13 die de eiwitbinding aan het DNA kunnen beïnvloeden (bevorderen of remmen).
Het idee dat het fixeren van cellen met middelen zoals formaldehyde (FA) een in vivo momentopname van eiwit-DNA-interacties zou kunnen bieden, creëerde de basis voor de ontwikkeling van chromatine-immunoprecipitatietests (ChIP)14. Dit, samen met de beschikbaarheid van de kwantitatieve PCR (qPCR) technologie en van zeer specifieke antilichamen, maakte de ontwikkeling van ChIP-qPCR assays mogelijk. Vervolgens gaf de komst van next-generation sequencing-technieken (NGS), waarvan de kosten betaalbaarder worden, toe om ChIP-experimenten te koppelen aan NGS-benaderingen (ChIP-seq), waardoor onderzoekers nieuwe krachtige hulpmiddelen kregen die onderzoek naar chromatineregulatie mogelijk maken. In deze testen worden geïsoleerde of gekweekte cellen gefixeerd met disuccinimidylglutaraat (DSG) en / of FA, kernen worden geïsoleerd, chromatine wordt vervolgens gefragmenteerd en neergeslagen door het antilichaam van belang. Hierna wordt DNA gezuiverd en geanalyseerd door PCR- of NGS-benaderingen. In tegenstelling tot EMSA, Y1H en DNA footprinting, hebben ChIP-assays de mogelijkheid om een globale momentopname te bieden van eiwit-DNA-interactie in de cel. Dit biedt flexibiliteit en maakt de analyse van meerdere loci binnen hetzelfde monster mogelijk. Vanwege de aard van de test kan ChIP uiteindelijk echter niet alleen directe interacties detecteren, maar ook indirecte, die niet de precisie van de bovengenoemde methoden bieden, wanneer ze geïnteresseerd zijn in directe eiwit-DNA-interacties.
Chromatinevoorbereidingsprotocollen uit celkweekmateriaal zijn goed ingeburgerd15 en zeer reproduceerbaar, waardoor de gebruiker chromatine kan verkrijgen die geschikt is voor zowel qPCR- als NGS-benaderingen in 1-2 werkdagen. Het verkrijgen van chromatine van hoge kwaliteit uit hele weefsels vormt echter nog steeds een uitdaging vanwege de noodzaak om de cellen in het weefsel te dissociëren en tegelijkertijd optimale fixatie en afschuiving van het chromatine te bereiken. Bovendien variëren de samenstelling en morfologie van verschillende soorten weefsels, waardoor aanpassing van bestaande protocollen vereistis 16,17. Het gebruik van gecryopreserveerd weefsel biedt extra uitdagingen in vergelijking met verse monsters. Dit komt door de moeilijkheid om een suspensie met één cel te verkrijgen zonder uitgebreid materiaalverlies. Dit leidt tot onjuist afschuiven, waardoor downstream-toepassingen worden belemmerd. Niettemin verhoogt de toegang tot ingevroren weefselmonsters in plaats van de verse tegenhanger niet alleen de werkflexibiliteit, maar het kan ook de enige optie zijn voor onderzoekers die werken met monsters die afkomstig zijn van longitudinale of vergelijkende studies. Een handvol chromatinebereidingsprotocollen voor bevroren weefsel zijn gepubliceerd. Deze zijn meestal gebaseerd op het ontdooien van monsters, gevolgd door gehakt, handmatige / machinale dissociatie of vloeibare stikstofverpulveringsstappen18,19,20.
Hier beschrijven we een geoptimaliseerde chromatinebereidingsmethode15 voor bevroren niet-gefixeerde levermonsters, die weefselverpulvering in vloeibare stikstof combineert met stamperhomogenisatie, om een reproduceerbare chromatineschering te bereiken die geschikt is voor X-ChIP-benaderingen die gericht zijn op het analyseren van zowel virale als gastheergenomen.