Cromatina consiste de DNA enrolado ao redor de proteínas octamer de histona que formam a partícula nucleosome do núcleo. Regulamento de compactação da cromatina é um mecanismo essencial para a adequada DNA expressão, replicação e reparo1,2,3. Uma maneira em que as células controlam o nível de compactação é através da adição ou remoção de várias modificações de cauda de histona borne-translational. Dois tais modificações incluem acetilação de lisina (1), que é mais comumente associada com a ativação do gene, e metilação de lisina (2), que pode ser associada com ativação do gene ou repressão, dependendo do contexto de aminoácido. A adição das marcas de acetilação e metilação é catalisada por histona acetiltransferases (chapéus) e histona metiltransferases (HMTs), respectivamente, Considerando que a remoção da marca é feita por histona deacetilases (HDACs) e demethylases de histona (HDMs ), respectivamente,4,5. Embora a existência destas proteínas tem sido conhecida há décadas, muitos mecanismos de máquinas como cromatina-modificando obras devidamente regular expressão do gene continuam a ser definido. Uma vez que processos regulatórios de cromatina são prejudicado em muitas doenças humanas, novos insights mecanicistas podem levar a futuras aplicações terapêuticas.
O cromatina na vivo ensaio (CiA) é uma técnica recentemente descrita que usa um indutor químico de proximidade (CIP) para controlar a cromatina-modificando o recrutamento de maquinaria para um locus específico6. Esta tecnologia tem sido costumava estudar uma lista em expansão da dinâmica de cromatina, incluindo proteínas histonas-modificando, empresas de reestruturação da cromatina e transcrição fatores6,7,8,9. CIP-baseado da cromatina tethering de proteínas expressas exogenamente também foi estendido passado CiA para modular loci genéticos não modificado pela utilização com uma proteína associada agrupados regularmente intercaladas curta palíndromo repete CRISPR desativada (dCas9) 10 , 11. no sistema da CiA, mESCs foram modificados para expressar um gene repórter GFP no locus de Oct4 , uma área estritamente regulamentado e altamente expressa do genoma mESC. Anteriormente, este sistema tem sido aplicado para descrever o recrutamento dose-dependente e reversível da proteína de heterocromatina exogenamente expressa 1 (HP1), uma enzima que vincula o H3K9me3 e propaga marcas repressivas (por exemplo, H3K9me3) e DNA metilação de6. Para realizar este tipo de estratégia de recrutamento, os mESCs estão infectados com um plasmídeo que expressa uma proteína de ligação FK506 (FKBP) ligada a um Gal4, que é uma âncora de ADN-proteína que se liga a uma matriz de ligação Gal4 montante do repórter GFP. As células são infectadas também com um domínio de ligação-FKBP-rapamicina (FRB) conectado ao HP1. Quando os mESCs são expostos a concentrações baixas nanomolar do PIC, rapamicina, ambos FRB e FKBP, estão reunidos no locus de alvo. Dentro de dias de tratamento de rapamicina, expressão do gene do alvo é reprimido, como evidenciado por citometria de fluxo e microscopia de fluorescência e acetilação da histona é diminuída, mostrado pelo ChIP e sequenciamento de bissulfito. Enquanto o desenvolvimento e a validação desta abordagem foram significativos avanços no campo da pesquisa de cromatina e regulação, uma desvantagem é a necessária expressão exógena de cromatina-modificando máquinas.
Para tornar a tecnologia baseada no recrutamento de enzimas fisiologicamente relevantes apenas endógenas e fazer um sistema mais modular, projetamos e caracteriza-se novas moléculas bifuncionais, denominadas CEMs (Figura 1)12. Um componente das CEMs inclui FK506 que, semelhante a rapamicina, liga-se firmemente e especificamente para FKBP. Assim, os CEMs ainda serão recrutados para o locus de Oct4 em mESCs da CiA. O outro componente das CEMs é um agrupamento que vincula a maquinaria de cromatina-modificando endógena. Em um estudo piloto, testamos CEMs que contêm inibidores HDAC. Enquanto o conceito de usando um inibidor para recrutar HDACs parece contra-intuitivo, o inibidor, no entanto, é capaz de recrutar atividade HDAC para o gene de interesse. Isso é realizado por (1) redirecionando o HDAC para o locus, liberando a enzima e aumento da densidade das HDACs un-inibidas na área e inibição de HDAC (2) manutenção no locus, mas recrutar complexos repressivos que ligam para as HDACs inibidas, ou (3) uma combinação de ambos. No estudo anterior, mostramos que o CEMs foram capazes de reprimir com sucesso a repórter GFP de forma dose - e tempo-dependente, bem como de uma maneira que era rapidamente reversível (ou seja, dentro de 24 horas)12. Nós caracteriza a capacidade da tecnologia CEM apresentada aqui a expressão de gene de controle usando microscopia de fluorescência, citometria de fluxo e a capacidade para controlar o ambiente de cromatina usando ChIP-qPCR6. Aqui, descrevemos um método para usar e caracterizando os CEMs, que facilitarão a adaptação deste sistema para responder perguntas adicionais relacionadas à biologia da cromatina.