$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
U organizmów eukariotycznych duplikacja genomu inicjuje się z wielu miejsc zwanych początkami replikacji, gdzie kompleks rozpoznawczy pochodzenia (ORC) wiąże się i inicjuje mechanizm rekrutacji białka, w tym helikazę CMG, aby zainicjować replikację DNA1. Mechanizm odpowiadający w każdym punkcie punktu początkowym replikacji tworzy dwa rozwidlenia replikacyjne, które poruszają się dwukierunkowo 2,3. Podwójne widły replikacyjne replikują dwie macierzyste nici DNA poprzez ciągłą syntezę wiodącej nici oraz nieciągłą syntezę opóźniającej nici. Ze względu na asymetryczny charakter każdej widełki replikacyjnej, komponenty replikacyjne, w tym polimerazy DNA na wiodącej i opóźnionej nici, są różne. Wcześniejsze analizy genetyczne oparte na mutantnych polimerazach DNA wykazały, że DNA Pol ε i DNA Pol δ są głównymi polimerazami odpowiedzialnymi za replikację wiodących i opóźnionych nici, odpowiednio 4,5. Opracowano kilka metod wykrywania preferencji nici polimerazy DNA, w tym Pu-seq 6,7, HydEn-seq8 oraz emRiboSeq lub RiboSeq 9,10. Te metody genetyczne do analizy specyficzności nici ograniczają się do polimeraz DNA i wymagają wprowadzenia mutacji na każdym białku 4,5,11,12. Śledzenie powiązania dowolnego docelowego białka z wiodącymi i opóźniającymi się łańcuchami replikacji DNA dostarczy cennych informacji na temat replikacji DNA. W ramach tych działań najpierw opracowaliśmy technikę eSPAN (wzbogacanie i sekwencjonowanie DNA powiązanego z białkiem, Rysunek 1) w komórkach drożdży. Jako badanie dowodu zasady najpierw wykazaliśmy, że δ Pol i δ Pol są wzbogacane odpowiednio na nici prowadzące i opóźnione. Odkryliśmy także preferencje nici kluczowych komponentów replikacji DNA, w tym helikazy replikacyjnej DNA, białka wiążącego DNA z pojedynczą nicią (białko replikacyjne A) oraz lampy proliferającego antygenu jądrowego komórki (PCNA) i jej czynnika replikacyjnego ładowającego C (RFC)13. Co ważne, my i inni wykorzystywaliśmy tę metodę do odkrywania mechanizmów transferu histonów przez rodziców, procesu, który przez ponad 4 dekady był trudny do rozwiązania(14,15,16,17).
Metoda eSPAN obejmuje dwa kolejne etapy: wzbogacenie docelowego białka o ChIP18 lub CUT&Tag19 oraz wzbogacenie powstającego DNA związanego z białkiem poprzez immunoprecipitację BrdU. W standardowym szczepie drożdży (W303 lub S288C) zewnętrzny BrdU lub EdU nie może wniknąć do komórek i włączyć się do chromosomów. Te szczepy nie mają odpowiedniego transportera nukleozydowego do pobierania tymidyny oraz kinazy tymidynowej potrzebnej do fosforylacji tymidyny do TMP, która przekształca BrdU (lub EdU) w BrdUMP (EdUMP). Ekspresja ludzkiego równoważącego transportera nukleozydowego 1 (hENT1) oraz kinazy tymidynowej wirusa opryszczki pospolitej (HSV-TK) zwiększa pobieranie tymidyny oraz konwersję BrdU (lub EdU) do BrdUMP (EdUMP)20. Dlatego, aby przeprowadzić eksperyment eSPAN na drożdżach, szczepy musiały zostać wprowadzone ze strukturą BrdU-Incorporating (BrdU-Inc) (HSV-TK i hENT1)13,21.
Wcześniej dostarczaliśmy protokół eSPAN dla białek replikacji DNA u drożdży22. Niedawno zintegrowaliśmy metodę CUT&Tag z protokołem eSPAN w komórkach ssaków, aby rozwiązać technicznie wymagające etapy wymagające optymalizacji, takie jak sieciowanie, ścinanie chromatyny oraz zminimalizować liczbę komórek początkowych17,23. Tutaj udostępniliśmy histonowy eSPAN do wizualizacji przy użyciu komórek drożdży (Rysunek 2). Metoda ta jest przede wszystkim stosowana do analizy rozkładu zmodyfikowanych form histonów na replikujących się niciach DNA. Podczas testowania kilku znaków histonowych użyliśmy H3K4me3, znaku na histonie rodzicielskim H3, jako przykład. Aby przeanalizować niektóre składniki i czynniki zaangażowane w naprawę DNA na rozwidlach replikacyjnych, zalecamy rozcięcie chromatyny na małe fragmenty za pomocą sonikacji, jak opisano w naszej pierwszej publikacji22. Dla komórek ssaków przyjęliśmy zmodyfikowane procedury Cut&Tag, aby zastąpić krok ChIP opisany u drożdży23. Ta modyfikacja zmniejsza ilość materiału wyjściowego (komórek) i, co najważniejsze, umożliwia generowanie bibliotek eSPAN do sekwencjonowania bez użycia zestawów do przygotowania jednoniciowego DNA. W przypadku protokołu drożdżowego zdecydowaliśmy się nie stosować metody Cut&Tag, ponieważ ilość materiału startowego była wystarczająca. Co ważniejsze, odkryliśmy, że procedury Cut&Tag nie były konsekwentnie skuteczne dla komórek drożdży w naszych dłoniach.