$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Jako dowód koncepcji, ChIP-Seq został ukończony dla sześciu ludzkich dawców z trzema zestawami typów komórek odpornościowych: naiwnymi limfocytami T CD4 (CD4), klasycznymi monocytami (MO) i komórkami NK (NK), wzbogaconymi przez sortowanie FACS, jak opisano wcześniej13. Podkreślona procedura składa się z dziewięciu odrębnych procedur przedstawionych w Rysunek 1.

Rysunek 1: Ogólny schemat blokowy procedury. (A) Rysunek przedstawiający całą procedurę (wygenerowany w BioRender). (B) Schemat blokowy dla wszystkich głównych etapów protokołu oraz szacowany czas pracy praktycznej i całkowity związany z każdym dniem. Sekwencjonowanie może nastąpić pod koniec dnia 5 lub później z wieloma rundami. Oś czasu może być również rozłożona w czasie, przy czym sekwencyjne dni 3-4 mogą być wykonywane wiele razy w tygodniu, aby wygenerować 48 próbek ChIP. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Po izolacji komórek za pomocą cytometrii przepływowej13, posortowane komórki zostały odwirowane, a komórki naprawione i przechowywane w sposób opisany powyżej. Po zebraniu wszystkich próbek, próbki poddano lizie i przygotowano do ścinania chromatycznego w partiach po 12 sztuk, jak opisano powyżej. Dla każdej próbki wykonano liczbę cykli do osiągnięcia optymalnej sonikacji10. Pomiary ilościowe, jak również pomiary wielkości ściętych fragmentów chromatyny wykazały dużą powtarzalność naszej metody na trzech zestawach komórek odpornościowych (Rysunek 2A). Różne ludzkie komórki odpornościowe poddano sonikacji w oddzielnych partiach i uzyskano bardzo konsekwentnie z > 70% próbki w zakresie 100 - 500 pz przez 14 cykli (16 s włączenia, 32 s przerwy na cykl). W tym momencie próbki z dużymi fragmentami po sonikacji (< 70% próbki między 100 - 500 pz) uznano za niezaliczone. Próbki te mogły być poddawane sonikacji przez 1-2 dodatkowe cykle lub były odrzucane i zastępowane później komórkami z innego osadu. Nasza metoda wykazała, że żadna z próbek nie wymagała większej sonikacji ani nie została wyeliminowana, co sugeruje absolutną solidność procedury.

Rysunek 2: Przykłady kontroli jakości przed sekwencjonowaniem. (A) 1,2% żele agarozowe wykazują odtwarzalność sonikacji. Próbki sonikacyjne dla 6 dawców w trzech typach komórek: naiwne limfocyty T CD4 (CD4), klasyczne monocyty (MO) i komórki NK (NK). Próbki poddano sonikacji przez 14 cykli (16 s ON, 32 s OFF na cykl). Dla każdej próbki około 200 ng usieciowanej chromatyny załadowano na 1% żel agarozowy. Próbki uznano za dobre, jeśli więcej niż 70 % fragmentów mieści się w zakresie 100-500 pz. (B) Góra - Analiza krzywych amplifikacji qPCR w celu określenia optymalnej liczby cykli amplifikacji (Ct, gdzie występuje 1/2 maksymalnej intensywności). Idealne próbki mają Ct około 15, a amplifikacja może być zakończona do 2 cykli więcej mierzonego Ct. Strzałka jest przykładem złego przykładu, w którym Ct jest większe niż 18. Dół - Pokazano przykład ubogiego zestawu próbek, które mają Ct większe niż 18. Próbki te wykazywały również niższą intensywność fluorescencji. (C) Po lewej - Ślady elektroforezy analizatora fragmentów pokazały rozkład końcowych oznakowanych bibliotek po amplifikacji i doborze rozmiaru. Za dobre próbki uznano próbki, w których ponad 85% biblioteki fragmentów mieści się w przedziale 200-1000 pz. Pomiar szczytowej intensywności fluorescencji jest również uważany za ważny parametr kontroli jakości, w rzeczywistości, jeśli sygnał jest niski, jest mało prawdopodobne, aby próbka dobrze zsekwencjonowała. Po prawej — pokazano przykłady próbek dodatnich w CD4, MO i NK. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Po kwantyfikacji, próbki zostały przeprowadzone na urządzeniu do obsługi cieczy ChIP z przeciwciałami H3K27ac, a następnie oznaczone enzymem transpozazy Tn5. Aby określić odpowiednią liczbę cykli amplifikacji metodą qPCR, wykorzystano 10% oznakowanych próbek. W celu określenia liczby cykli amplifikacji próbek znajdujemy cykl, w którym intensywność próbki jest połową średniego maksimum dla oznaczania cyklu (Rysunek 2B). Próbki o wartościach Ct większych niż 18 nie wypadały dobrze po sekwencjonowaniu, a zatem ich wartość Ct wskazywała na nieudaną próbkę ChIP. Próbki te na ogół dawały również mniejszą ilość DNA po amplifikacji. Próbki (100 000 komórek) o wartości Ct równej lub mniejszej niż 15 były idealne, a próbki między 15 a 18 były akceptowalne, ale mniej spójne po sekwencjonowaniu. W przypadku próbek zawierających mniej niż 100 000 komórek wejściowych wartości Ct znajdowały się zwykle między 15 a 18, ale nie wymagały więcej niż 18 cykli, aby uzyskać wystarczającą ilość produktu do sekwencjonowania.
Po amplifikacji DNA, biblioteki zostały oczyszczone i dobrane pod względem rozmiaru, aby uzyskać idealny rozkład rozmiarów, od 200 do 1,000 pz, dla sekwencjonowania NextGen. Ocena rozkładu wielkości w każdej z bibliotek została zakończona, ponieważ najlepsze dane sekwencjonowania uzyskano, gdy ponad 85% fragmentów DNA mieściło się w zakresie od 200 do 1000 pz (Rysunek 2C). Warto zauważyć, że gdy załadowano tę samą ilość DNA (mierzoną za pomocą kwantyfikacji fluorescencji), zauważono, że próbki o niższej intensywności fluorescencji na ogół były słabo sekwencjonowane (Rysunek 2C).
Po sekwencjonowaniu zastosowano standardowe kontrole jakości oparte na wytycznych ENCODE ChIP-Seq5,14,15.

Rysunek 3: Odtwarzalność próbek komórek odpornościowych. (A) Ścieżki H3K27ac (UCSC Genome Browser, maksymalna intensywność, funkcja wygładzania 4, wszystkie z równomiernie skalowaną osią Y) dla 6 dawców (100 000 komórek na replikę) w każdym typie komórki (CD4, MO i NK). Pokazano cztery przykładowe loci, dwa z locus (IL2RA i PTPRC) i dwa bez wzbogacenia dla H3K27ac (CCR4 i MS4A1). (B) Korelacja Pearsona między dawcami a odpowiadającymi im wykresami korelacji wygenerowanymi przy użyciu rozszerzenia 300 pz i okna 500 pz w pakiecie MEDIPS dla każdego z typów komórek replicates16. (C) Scalone pliki dawców dla każdego typu komórki pokazujące ślady H3K27ac (maksymalna intensywność UCSC Genome Browser, funkcja wygładzania 4) w regionach specyficznych dla typu komórki (IL17R dla CD4, CCR2 dla MO i KLRC1 dla NK) oraz gen utrzymania domu B2M, obecny we wszystkich typach komórek. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Do wizualnej kontroli jakości przygotowano ścieżki wzbogacania H3K27ac do wyświetlenia w przeglądarce genomu UCSC. W przypadku czterech loci genów indywidualne ścieżki dla każdej próbki wykazały wysoką jakość mapowania i stosunek sygnału do szumu, co odzwierciedla wysoką spójność i solidność naszego testu (Rysunek 3A). Dwa loci po lewej stronie zawierają dobrze wyrażone geny w tych typach komórek, podczas gdy geny w dwóch loci po prawej stronie nie są wyrażane i służą jako kontrole tła13 (Figura 3A). Co więcej, pakiet analizy MEDIPS został wykorzystany jako zmienna po sekwencjonowaniu do oceny wskaźnika korelacji między powtórzeniami technicznymi (Rysunek 3B)5,16,17, ustalając stopień korelacji dla poziomu wzbogacenia odczytów dla 500 bp bins16. W przypadku większości porównań parami, wskaźniki korelacji Pearsona wykazały ponad 90% korelację, co sugeruje wysoki poziom spójności między replikami biologicznymi (Rysunek 3B). Rekompilacje z akceptowalną korelacją połączono w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu. Podczas gdy loci specyficzne dla typu komórki wykazywały wysokie wzbogacenie w odpowiednich komórkach, gen utrzymania domu (B2M) wykazywał bardzo spójną modyfikację histonów (Figura 3C). Na potrzeby analizy łączenie ścieżek z kontrprób zwiększy wzbogacenie, wzmocni specyficzny sygnał, w tym dla ważnych wzmacniaczy specyficznych dla typu komórki, i zmniejszy zmienność międzyosobniczą nieodłącznie związaną z próbkami ludzkimi5.
Chociaż do tego badania użyto 100 000 komórek, stwierdzono wysoką powtarzalność już dla 10 000 komórek w ludzkiej hodowli linii komórek T (HUT78). Analiza korelacji między zestawem danych ChIP-Seq przeprowadzona z próbek zawierających mniej niż 100 000 komórek wykazała wysoką odtwarzalność i korelację do 10 000 komórek (Rysunek 4A).

Rysunek 4: Odtwarzalność próbek o niskiej wartości wejściowej. (A) Przykłady konsystencji H3K27ac ChIP-Seq dla komórek od 100 000 do 10 000 w komórkach HUT-78 (linia komórkowa chłoniaka z komórek T). Ścieżki (UCSC Genome Browser, maksymalna intensywność, funkcja wygładzania 4, wszystkie z równomiernie skalowaną osią Y) pokazują locus IL4. (B) Korelacje Pearsona powtórzeń przy użyciu rozszerzenia 300 pz i okna 500 pz w pakiecie MEDIPS16. (C) Korelacje Pearsona między różnymi grupami numerów komórek (100 000, 50 000 i 10 000 komórek) przy użyciu tych samych parametrów MEDIPS, co w (B)16. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Analiza korelacji Pearsona wykazała wysoki wskaźnik korelacji (83% do 92%), co sugeruje utrzymanie sygnału w próbkach o niskiej liczbie komórek. Jednak wraz ze zmniejszeniem liczby komórek nastąpiło zwiększenie tła, a także spadek współczynników korelacji (Rysunek 4B). Aby utrzymać niskie sygnały tła, połączono techniczne duplikaty i przetestowano korelację między grupami (Rysunek 4C).
powiedział:
pkt.
pkt.
pkt.
| 10-krotny bufor do utrwalania komórek | |
| związek | Stężenie końcowe |
| Roztwór formaldehydu | 11% |
| Zawartość NaCl | 100 mM |
| EDTA, pH 8,0 | 1 mM |
| EGTA, pH 8,0 | 0,5 mM |
| HEPES, pH 7,5 | 50 mM |
| Kompletny bufor do lizy | |
| związek | Stężenie końcowe |
| Tris-HCI, pH 8,0 | 50 mM |
| EDTA, pH 8,0 | 10 mM |
| Sds | 0.25% |
| Maślan sodu | 20 mM |
| Koktajl inhibitorów proteazy | 1X |
| Krótkotrwały bufor do lizy | |
| związek | Stężenie końcowe |
| Tris-HCI, pH 8,0 | 50 mM |
| EDTA, pH 8,0 | 10 mM |
| Sds | 0.25% |
| Mieszanka tagów | |
| związek | Stężenie końcowe |
| Tris-HCI, pH 8,0 | 10 mM |
| MgCl2 | 5 mM |
| N,N-dimetyloformamid | 10% |
| Enzym znakujący Illumina | 1:24 obj. |
| CtD Mix | |
| związek | Na próbkę (μl) |
| NextEra Index Primer A (25 μM) | 0,275 |
| NextEra Index Primer B (25 μM) | 0,275 |
| 2X KAPA HiFi HotStart Gotowy Mix | Godzina 2,75 |
| 1:1000 SYBR Zielony barwnik | 0,11 |
| Barwnik pasywny ROX | 0,11 |
| Woda | Napełnienie do 4 μl |
| Miks AMP | |
| związek | Na próbkę (μl) |
| 2X KAPA HiFi HotStart Gotowy Mix | 27,5 |
| Woda | Napełnienie do 31 μL |
Tabela uzupełniająca 1: Receptury.
Tabela uzupełniająca 2: Korelacje próbek Spearmana i Pearsona dla 6 dawców i każdego typu komórek. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.