Neste trabalho, fornecemos um fluxo de trabalho experimental de como os intensificadores ativos podem ser identificados e validados experimentalmente.
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Artigo de método
* These authors contributed equally
Neste trabalho, fornecemos um fluxo de trabalho experimental de como os intensificadores ativos podem ser identificados e validados experimentalmente.
O desenvolvimento embrionário é um processo de múltiplos passos que envolve a activação e de repressão de muitos genes. elementos intensificadores no genoma são conhecidos por contribuir para o tecido e tipo celular específico regulação da expressão do gene durante a diferenciação celular. Assim, a sua identificação e posterior investigação é importante, a fim de compreender como o destino celular é determinada. A integração de dados de expressão de genes (por exemplo, microarray ou ARN-SEQ) e os resultados de imunoprecipitação da cromatina (ChIP) -based estudos de todo o genoma (ChIP-SEQ) permite a identificação de grande escala dessas regiões reguladoras. No entanto, a validação funcional de potenciadores específicos do tipo de célula requer mais in vitro e em procedimentos experimentais in vivo. Aqui descrevemos como potenciadores activos podem ser identificados e validados experimentalmente. Este protocolo prevê um fluxo de trabalho passo-a-passo, que inclui: 1) identificação de regiões reguladoras por análise de dados do chip-seq, 2) clonagem e expervalidação imental de potencial regulador putativo das sequências genómicas identificados num ensaio de repórter, e 3) A determinação da actividade potenciadora in vivo através da medição do nível transcrito de ARN potenciador. O protocolo apresentado é detalhado o suficiente para ajudar alguém a criar esse fluxo de trabalho no laboratório. Importantemente, o protocolo pode ser facilmente adaptado e utilizado em qualquer sistema de modelo celular.
O desenvolvimento de um organismo multicelular requer a expressão regulada com precisão de milhares de genes nos tecidos em desenvolvimento. A regulação da expressão gênica é realizada em grande parte por intensificadores. Os intensificadores são elementos curtos de DNA não codificantes que podem ser ligados a fatores de transcrição (TFs) e agir à distância para ativar a transcrição de um gene alvo1. Os intensificadores são geralmente de ação cis e mais frequentemente encontrados logo a montante do local de início da transcrição (TSS), mas estudos recentes também descreveram exemplos em que os intensificadores foram encontrados muito mais a montante, no 3 'do gene ou mesmo dentro dos íntrons e éxons2.
Existem centenas de milhares de potenciadores potenciais nos genomas dos vertebrados1. Métodos recentes baseados na imunoprecipitação da cromatina (ChIP) fornecem dados de alto rendimento de todo o genoma que podem ser usados para análise de intensificadores3-9. Embora os dados obtidos por experimentos ChIP-seq aumentem muito a probabilidade de identificar intensificadores específicos de células e tecidos, é importante ter em mente que os locais de ligação detectados não identificam necessariamente a ligação direta ao DNA e/ou intensificadores funcionais. Assim, uma análise funcional adicional de intensificadores recém-identificados é indispensável. Neste trabalho, apresentamos um processo básico de três etapas de identificação e validação de potenciadores ativos putativos. Isso inclui: 1) seleção de locais de ligação do fator de transcrição putativos por análise de bioinformática de dados ChIP-seq, 2) clonagem e validação dessas sequências regulatórias em construtos repórteres, e 3) medição de RNA intensificador (eRNA).
A exposição de células-tronco embrionárias (ES) ao ácido retinóico (AR) é freqüentemente usada para promover a diferenciação neural das células pluripotentes 10. A AR exerce seus efeitos ligando-se aos receptores AR (RARα, β, γ) e aos receptores retinóide X (RXRα, β, γ). RARs e RXRs em uma forma de heterodímero se ligam a motivos de DNA chamados elementos de resposta RA, que normalmente são organizados como repetições diretas da sequência AGGTCA (chamada de meio sítio) e regulam a transcrição. Experimentos de tratamento com ligantes permitiram a identificação de vários genes regulados pelo ácido retinóico em células ES 11,12. No entanto, elementos potenciadores para muitos desses genes ainda não foram descritos. Para demonstrar como o fluxo de trabalho aqui descrito pode ser usado para identificação e validação de potenciadores, mostramos passo a passo a seleção e caracterização de dois intensificadores dependentes de ácido retinóico em células-tronco embrionárias.
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1. Selecção Enhancer Com base na análise das microplacas-SEQ
Ensaio 2. Reporter
NOTA: O sistema luciferina / luciferase é utilizadacomo um ensaio de repórter muito sensível para a regulação da transcrição. Dependendo da enzima luciferase actividade potenciadora é produzido que irá catalisar a oxidação da luciferina para oxiluciferina, resultando em bioluminescense, que pode ser detectado. Como um primeiro passo, sequências potenciadoras putativos identificados devem ser subclonada num vector repórter (eg, luciferase TK-22, ou pGL3 NanoLuc).
3. Caracterização de ARN Enhancer
NOTA: Um indicador mais direta da atividade potenciador emergiu recente genoma-wide estudos que identificaram muitas RNAs não-codificantes curtas, que variam em tamanho de 50 a 2000 nt, que são transcritas a partir de intensif icadores, e são denominados RNAs estimuladoras (Ernas) 16,25,26 (Figura 4). indução Erna altamente correlacionada com a indução de genes codificadores de exões adjacentes. Assim, a actividade intensif icador dependente de sinal pode ser quantificado in vivo por meio da comparação da produção Erna entre várias condições por RT-qPCR.
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Foi utilizado um anticorpo RXR pan-específico, a fim de identificar quais genes regulados por RA genome-wide tem enriquecimento receptor em sua proximidade. Análise bioinformática de dados do chip-SEQ RXR obtidos a partir de células ES tratadas com ácido retinóico revelaram o enriquecimento da metade sítio do receptor nuclear (AGGTCA) sob a RXR ocupada locais (Figura 1). Utilizando um algoritmo de bioinformática que mapeada para trás o resultado da pesquisa para o motivo...
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Nos últimos anos, os avanços na tecnologia de sequenciamento permitiram previsões em larga escala de intensificadores em muitos tipos de células e tecidos 7-9. O fluxo de trabalho descrito acima permite realizar a caracterização primária de intensificadores candidatos escolhidos com base em dados ChIP-seq. As etapas e notas detalhadas ajudarão qualquer pessoa a configurar uma validação de intensificador de rotina no laboratório.
A etapa mais crítica no ensaio repórter de luciferase ...
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Os autores não têm nada a divulgar.
Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Bence Daniel, Matt Peloquin, Dr. Endre Barta, Dr. Balint L Balint e membros do laboratório Nagy pelas discussões e comentários sobre o manuscrito. L.N é apoiado por doações do Fundo Húngaro de Pesquisa Científica (OTKA K100196 e K111941) e cofinanciado pelo Fundo Social Europeu e pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional e Programa Húngaro de Pesquisa do Cérebro - Grant No. KTIA_13_NAP-A-I/9.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Polimerase Merck Millipore | 71085-3 do | ADN de KOD | para a amplificação do PCR do realçador do sangue & do gDNA |
| DNeasy Kit de lenços de papel | Qiagen | 69504 | para isolamento de DNA genômico |
| QIAquick kit de purificação de PCR | Qiagen | 28106 | para purificação de produtos de PCR |
| Kit de extração de gel | Qiagen | 28706 | para extração de gel se houver mais produto de PCR |
| HindIII | NEB | R3104L | enzima de restrição |
| BamHI | NEB | R3136L | |
| enzima de restrição FastAP | Thermo Scientific | EF0651 | liberação de grupos 5 '- e 3'-fosfato do DNA |
| T4 DNA ligase | NEB | M0202 | para ligação |
| QIAprep Kit Spin Miniprep | Qiagen | 27106 | para isolamento de plasmídeo |
| DMEM | Gibco | 31966-021 | ES mídia |
| FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES mídia |
| MEM Aminoácido Não Essencial | Sigma | M7145 | ES mídia |
| Penicilina-Estreptomicina | Sigma | P4333 | ES mídia |
| Beta Mercaptoetanol | Sigma | M6250 | ES media |
| FuGENE HD | Reagente de transfecção | Promega | E2311 |
| Opti-MEM® I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-062 | para transfecção |
| Ácido retinóico totalmente trans | Sigma | R2625 | ligante, para ativação de placa transparente de RAR/RXR |
| 655101 | 96 poços | para | beta galactosidase |
| Placa branca de 96 poços | Greiner | 655075 | para ensaio de luciferase |
| D-luciferina, sal de potássio | Goldbio.com | 115144-35-9 | para o sal |
| Sigma | A7699-1G | ATP | luciferase para o ensaio |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | para ensaio de luciferase |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | para ensaio de luciferase |
| Na2HPO4 • 7H2O | Sigma | 431478-50G | para ensaio de beta-galactosidase |
| NaH2PO4 • H2O | Sigma | S9638-25G | para ensaio de beta galactosidase |
| MgSO4• 7H2O | Sigma | 230391-25G | para ensaio de beta galactosidase |
| KCl | Sigma | P9541-500G | para ensaio de beta galactosidase |
| ONPG (o-nitrofenil-β-D-galactosidase) | Sigma | N1127-1G | para ensaio de beta galactosidase |
| TRIzol® | Life Technologies | 15596-026 | Isolamento de RNA |
| Kit de Transcrição Reversa de cDNA de Alta Capacidade | Life Technologies | 4368814 | transcrição reversa de eRNA |
| Dnase livre de | Rnase Promega | M6101 | Tratamento Dnase |
| SsoFast Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR mastermix |
| CFX384 Touch™ Sistema de detecção de PCR em tempo real | qPCR | BioRad | |
| microplacas BioTek Synergy 4 | Contador luminescente BioTek |
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