$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Test CUT&Tag został wynaleziony, aby zrekompensować niektóre jawne wady ChIPs1. Dwie główne wady ChIP to: 1) stronniczość wynikająca z fragmentacji chromatyny oraz 2) niekompetencja do pracy z niską liczbą komórek. Testy X-ChIP opierają się na sonikacji lub trawieniu MNazy w celu uzyskania fragmentów chromatyny, podczas gdy N-ChIP najczęściej wykorzystuje trawienie MNazy w celu uzyskania nukleosomów. Sonikacja wykazuje skłonność do zrelaksowanych lokalizacji chromatyny, takich jak regiony promotorowe2, i najwyraźniej trawienie MNazy działa również wydajniej na rozluźnione włókna chromatyny. Co więcej, niektórzy stwierdzili, że trawienie MNazy wykazuje również stronniczość zależną od sekwencji DNA3. W związku z tym, na etapie przygotowania danych wejściowych testów ChIP, niemożliwe jest uzyskanie fragmentów chromatyny ze wszystkich rodzajów lokalizacji genomowych w sposób idealnie losowy. Co więcej, testy ChIP zwykle generują wyższe sygnały tła w porównaniu do CUT&Tag i wymagają ponad 10 razy więcej odczytów niż CUT&Tag, aby zaakcentować, gdzie znajdują się szczyty1,4,5. To wyjaśnia, dlaczego eksperymenty ChIP muszą zaczynać się od znacznie większej liczby komórek niż CUT&Tag. Nie stanowi to problemu podczas badania linii komórkowych, ponieważ mogą one być powtarzalnie pasażowane, aby osiągnąć bardzo wysoką liczbę komórek. Jednak test ChIP zdecydowanie nie jest silnym narzędziem epigenetycznym do badania rzadkich lub cennych populacji komórek pierwotnych, chociaż komórki pierwotne mają oczywiście bardziej praktyczne i medyczne implikacje.
Podczas gdy długa i skomplikowana procedura ChIP zniechęca niektórych badaczy do nauki lub korzystania z tej techniki, ludzie czują się bardziej komfortowo z łatwiejszymi testami, takimi jak immunocytochemia (ICC) lub immunofluorescencja (IF). Test CUT&Tag zasadniczo przypomina proces eksperymentów ICC i IF, ale odbywa się tylko w probówce. CUT&Tag nie potrzebuje na początku rozdrobnionej chromatyny, a zamiast tego genom musi być nienaruszony, aby związać przeciwciała1. W pierwszym dniu eksperymentu ChIP badacze zwykle spędzają do 4 godzin na przygotowaniu pofragmentowanych chromatyn z jąder za pomocą sonikacji lub trawienia MNazy, zanim krótkie fragmenty chromatyny będą mogły zostać zmieszane z kulkami przeciwciała4,5. W przeciwieństwie do tego, pierwszy dzień pracy procedury CUT&Tag polega po prostu na unieruchomieniu komórek za pomocą kulek Concanavalin-A, a następnie dodaniu przeciwciała pierwotnego do kulek komórkowych. Wymaga to tylko ~40 min1.
Warto wspomnieć, że Cięcie pod Cele i Uwalnianie za pomocą Nukleazy (CUT&RUN) jest ważną alternatywą dla CUT&Tag. CUT&RUN powstał w oparciu o podobny mechanizm działania jak CUT&Tag. W CUT&Tag przeciwciała kierują transpozazę pA/G-Tn5 do wszystkich miejsc, w których enzym wycina fragment chromatyny, a w międzyczasie znakuje go adapterami tworzącymi bibliotekę, podczas gdy w CUT&RUN rolę pA/G-Tn5 pełni pA/G-MNaza, która wykonuje tylko część tnącą zadania6. W związku z tym, w porównaniu do CUT&Tag, CUT&RUN wymaga dodatkowego etapu, którym jest przyklejenie adapterów bibliotecznych do fragmentaryzowanych fragmentów DNA pA/G-MNase7,8. Ze względu na duże podobieństwa między CUT&Tag i CUT&RUN, badacze zaznajomieni z CUT&Tag z łatwością przystosują się do biegłego wykonywania CUT&RUN. Należy jednak zauważyć, że istnieją pewne drobne różnice między CUT&Tag a CUT&RUN. Protokoły CUT&RUN zwykle wykorzystują fizyczne stężenie soli (~150 mM) na etapach mycia, podczas gdy w CUT&Tag bufor myjący 300-Dig ma wysoką zawartość soli. Dlatego CUT&Tag jest dobry w kontrolowaniu tła podczas profilowania znaczników/wariantów histonów lub czynników transkrypcyjnych, ponieważ białka te bezpośrednio i silnie wiążą DNA1. CUT&Tag może napotkać problemy podczas profilowania czynników związanych z chromatyną, które nie wiążą bezpośrednio DNA i wykazują słabe powinowactwo do chromatyny. Etapy mycia o wysokiej zawartości soli w CUT&Tag mogą usunąć czynniki związane z chromatyną i nie powodować żadnych sygnałów w końcowym wyjściu. Chociaż istnieją udane przypadki, w których CUT&Tag może być używany do profilowania niektórych białek niebędących czynnikami histone/nietranskrypcyjnymi9, nadal zalecamy CUT&RUN zamiast CUT&Tag w celu profilowania słabo związanych białek związanych z chromatyną.
Po osiągnięciu przez ssaki wieku dorosłego, ich tkanki mięśni szkieletowych nadal zawierają komórki macierzyste mięśni. Podczas urazu mięśni te komórki macierzyste mogą być aktywowane i ulegać ekspansji i różnicowaniu liczby komórek w celu regeneracji uszkodzonych włókien mięśniowych10. Te komórki macierzyste są znane jako komórki macierzyste mięśni / satelitarne (MuSC). Po wyizolowaniu MuSC od zwierząt lub aktywacji przez uszkodzenie mięśni, zaczynają się namnażać i stają się mioblastami.
Aby uzyskać MuSCs z trawienia mięśni szkieletowych myszy, często używane są markery powierzchniowe MuSC, takie jak Vcam1 (Cd106), Cd34 i α7-integryna (Itga7) pojedynczo lub w kombinacjach do wzbogacania MuSC podczas sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS)11. Wykazano, że Cd31-/Cd45-/Sca1-/Vcam1+ jest prawdopodobnie najlepszą kombinacją markerów, aby uzyskać >95% czystych MuSCs12. FACS może wyizolować czyste MuSC zaraz po strawieniu świeżych mięśni. Jeśli jednak projekt eksperymentalny nie wymaga czystych MuSC bezpośrednio w momencie ich izolacji, wstępne posiewy są bardziej opłacalne niż FACS w celu uzyskania >90% czystych mioblastów (potomstwo MuSC).
MuSCs świeżo wyizolowane od myszy nie namnażają się efektywnie w pożywce F10 Hama uzupełnionej płodową surowicą bydlęcą (FBS). Aby lepiej zwiększyć liczbę komórek MuSC i uzyskać wystarczającą ilość mioblastów, zamiast FBS należy stosować bydlęcą surowicę wzrostu (BGS). Jeśli jednak BGS nie jest dostępny, pełne podłoże F10 Hama (zawierające około 20% FBS) można zmieszać z równą objętością pożywki warunkowej komórek T, aby radykalnie przyspieszyć ekspansję mioblastów13. W związku z tym protokół ten będzie również opisywał przygotowanie pożywek MuSC kondycjonowanych pożywkami z komórek T.
Najważniejsze, ten protokół dostarcza kompletnego przykładu przeprowadzania testów H3K4me1 CUT&Tag na mysich mioblastach wyizolowanych z mięśni kończyn tylnych myszy. Należy pamiętać, że protokół ten dotyczy również innych typów komórek oraz znaczników histonów i wariantów histonów, a czytelnicy muszą jedynie zoptymalizować liczbę komórek lub ilości przeciwciał dla swoich przypadków w oparciu o wzbogacenie określonych znaczników histonów lub wariantów, które badają.
Aby można było użyć w CUT&Tag lub CUT&RUN, Tn5 lub MNaza musi być połączona z białkiem A lub białkiem G, aby wytworzyć pA-Tn5, pG-Tn5, pA-MNazę lub pG-MNazę. Wygląda na to, że zarówno białko A, jak i białko G mogą być łączone z tymi enzymami w tym samym czasie, aby wytworzyć pA/G-Tn5 lub pA/G-MNazę. Białko A i białko G wykazują zróżnicowane powinowactwo do IgG różnych gatunków. Dlatego całkowite połączenie białka A i białka G z enzymem może przezwyciężyć ten problem i sprawić, że enzym będzie kompatybilny z przeciwciałami wielu gatunków.