Os neutrófilos são um dos tipos de células imunes mais abundantes e cruciais em vertebrados, constituindo 50% a 70% dos leucócitos humanos1. Os neutrófilos desempenham um papel central na detecção e eliminação de microrganismos nos hospedeiros. Durante a sepse, os neutrófilos maduros estão entre os primeiros a responder2. Eles se mobilizam rapidamente para os locais de infecção via quimiotaxia3, onde combatem patógenos ingerindo microrganismos (fagocitose), produzindo espécies reativas de oxigênio dependentes de NADPH oxidase (explosões respiratórias), secretando grânulos (degranulação) e formando armadilhas extracelulares de neutrófilos (NETs) que capturam e matam bactérias extracelulares assim que chegam ao local da inflamação4. Os neutrófilos imaturos também são rapidamente mobilizados da medula óssea para a circulação periférica por quimiocinas 5,6. Esses neutrófilos atraídos para o sítio infeccioso também liberam citocinas, que estão envolvidas em vários processos fisiológicos, como hematopoiese, angiogênese e cicatrização de feridas 7,8. Pacientes acometidos por doenças congênitas ou adquiridas que resultam em diminuição da contagem de neutrófilos são mais suscetíveis a infecções 9,10. No entanto, a ativação de neutrófilos é uma faca de dois gumes. A ativação excessiva e a liberação de citocinas podem causar danos aos tecidos e órgãos, levando à disfunção de múltiplos órgãos se as infecções não forem prontamente controladas11,12. Além disso, os neutrófilos também contribuem para várias doenças inflamatórias e autoimunes e podem influenciar a progressão e metástase do câncer13,14. Isso ressalta a necessidade de estudar a regulação da atividade dos neutrófilos para equilibrar a resposta imune eficaz e prevenir danos ao hospedeiro.
Nos neutrófilos, a arquitetura da cromatina sofre mudanças distintas e dinâmicas em sua diferenciação, migração e ativação, exercendo papéis regulatórios fundamentais ao longo da vida celular. Essa jornada, do núcleo grande, redondo e rico em eucromatina dos mieloblastos para um núcleo mais recuado em mielócitos e metamielócitos e, em seguida, para células em banda em forma de C ou S e altamente lobuladas com cromatina densamente compactada em neutrófilos polimorfonucleares15,16, é uma prova da complexidade da biologia dos neutrófilos. A configuração especializada da cromatina garante a expressão seletiva de genes essenciais para a função dos neutrófilos, como aqueles envolvidos na produção de grânulos e respostas transcricionais rápidas necessárias para a eliminação eficaz do patógeno17. Quando os neutrófilos são mobilizados para sítios inflamatórios via quimiotaxia, a migração transendotelial pressiona o complexo ligante do complexo nucleoesqueleto/citoesqueleto (LINC), levando à remodelação da cromatina e maior potencial de ativação18. Na sepse, os neutrófilos ativados exibem um "desvio nuclear-esquerdo", com morfologia anormal da cromatina, como núcleos bilobados ou não lobados e condensação da cromatina significativamente mais frouxa19. Isso resulta em maior acessibilidade dentro das regiões gênicas associadas à resposta inflamatória, induzindo assim a expressão significativa desses genes. Se as infecções não forem devidamente controladas, a citrulinação de histonas e a subsequente desconstrução da cromatina são necessárias para formar TNEs20,21. Portanto, entender a arquitetura da cromatina dos neutrófilos é crucial para o avanço da biologia dos neutrófilos e o desenvolvimento de tratamentos para doenças inflamatórias e autoimunes, oferecendo esperança para o tratamento futuro da doença.
A acessibilidade da cromatina serve como uma métrica para a arquitetura da cromatina no nível epigenômico. Indica como as regiões genômicas são fisicamente permissíveis a intensificadores, promotores, isolantes e fatores de ligação à cromatina e como esses elementos influenciam a expressão gênica22. O ensaio para cromatina acessível por transposase com sequenciamento (ATAC-seq) é uma técnica amplamente utilizada para avaliar a acessibilidade da cromatina em todo o genoma23. Não requer conhecimento prévio de elementos regulatórios, tornando-se uma ferramenta potente para pesquisas epigenéticas. Este método envolve o isolamento de núcleos de amostras, fragmentação do DNA genômico pela transposase Tn5 e adição de primers de sequenciamento para preparação de bibliotecas, sequenciamento e análise de dados23. O ATAC-seq tem sido fundamental no estudo do mapeamento de nucleossomos, análise de ligação do fator de transcrição, mecanismos regulatórios em vários tipos de células ou doenças, identificação de novos potenciadores, descoberta de biomarcadores, etc.22,23. Muitas vezes é combinado com outras técnicas, como sequenciamento de RNA, para uma análise abrangente da expressão gênica.
O ATAC-seq avançou nosso conhecimento da biologia dos neutrófilos, descobrindo mecanismos epigenéticos precisos na saúde e na doença. Ele revelou vários fatores-chave de transcrição (ou seja, RUNX1, KLF6, PU.1, etc.) na maturação de neutrófilos e respostas efetoras24 , 25 , descobriu assinaturas específicas de patógenos com potencial de biomarcador na sepse26, elucidou os mecanismos epigenômicos da memória imune inata12 e identificou alvos terapêuticos na leucemia mielóide aguda pediátrica (LMA) 27. No entanto, como um componente celular proeminente na vigilância imunológica, os neutrófilos exibem alta sensibilidade ao seu meio externo e, portanto, representam um desafio para a produção de dados ATAC-seq de alta qualidade. Em circunstâncias fisiológicas, a meia-vida média dos neutrófilos humanos é de 3,8 dias, enquanto a meia-vida média dos neutrófilos de camundongo é de 12,5 h. Vale ressaltar que sua meia-vida é consideravelmente menor quando estudada in vitro28,29. Durante a operação in vitro de neutrófilos isolados, a exposição a microrganismos ou padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), bem como procedimentos experimentais redundantes e operações severas, podem resultar em ativação aberrante de neutrófilos e diminuição da viabilidade celular devido à apoptose ou NETose. As células mortas geralmente abrigam quantidades significativas de DNA não cromatinizado altamente suscetíveis ao Tn5, consequentemente elevando o ruído de fundo do ATAC-seq23.
Aqui, propomos um protocolo escalável para a preparação de bibliotecas ATAC-seq otimizadas para neutrófilos derivados de amostras de medula óssea de roedores. A Figura 1 apresenta uma visão geral gráfica do protocolo, que engloba a separação imunomagnética de neutrófilos da medula óssea, seguida pelo ATAC-seq. A classificação imunomagnética aprimorada garante a viabilidade ideal dos neutrófilos antes de extrair o núcleo para a biblioteca ATAC-seq, garantindo assim a alta qualidade das bibliotecas e facilitando a incorporação de avaliações adicionais de neutrófilos no esquema. A implementação deste protocolo ajudará os pesquisadores a entender as características da arquitetura da cromatina e os mecanismos de reprogramação epigenômica dos neutrófilos quando expostos a vários desafios microambientais. Espera-se que isso tenha amplas aplicações em estudos de imunologia básica e clínica.