Summary

ТРИФОСФАТЫ опосредованной реорганизация структуры хроматина цикла

Published: September 14, 2018
doi:
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Summary

Хроматин цикла играет значительную роль в регуляции генов; Однако были не технологических достижений, которые позволяют для селективного и обратимые изменения хроматина петель. Здесь мы описываем мощную систему для повторной организации хроматина цикла с помощью ТРИФОСФАТЫ dCas9 (CLOuD9), продемонстрировал избирательно и обратимо модуляции экспрессии генов в целевых локусов.

Abstract

Недавние исследования показали, ясно, что на большие расстояния, трехмерные хроматина, цикл взаимодействия играть значительную роль в регуляции экспрессии генов, но ли цикл отвечает за или в результате изменения в экспрессии генов равно неизвестно. До недавнего времени, как хроматина цикл влияет на регулирование активности генов и клеточную функцию был довольно неоднозначной, и ограничения в существующие методы для манипулирования эти структуры не позволяют углубленное изучение этих взаимодействий. Чтобы устранить эту неопределенность, мы инженерии метод для селективного и обратимым хроматина цикл повторной организации с помощью ТРИФОСФАТЫ dCas9 (CLOuD9). Динамизм CLOuD9 системы была продемонстрирована успешной локализации CLOuD9 конструкций целевой геномной локусов для модуляции местных хроматина конформации. Важно отметить, что подтверждено также возможность обратить вспять индуцированных контакт и восстановления конформации эндогенного хроматина. Модуляции экспрессии генов с помощью этого метода устанавливает способности регулировать экспрессию клеточных генов и подчеркивает огромный потенциал для применения этой технологии в создании стабильной de novo хроматина петли, которые существенно влияют на ген выражение в контексте рака и развития.

Introduction

Отношения между хроматина, складывающиеся в ядре и конкретные организации генома собрала значительный интерес в последние годы, как было показано, быть тесно связан с ген выражение1,2. Хотя точные отношения между генной активности и модуляции структуры хроматина остается неясным, было предположить, что взаимодействия между хромосомной контактов в результате динамический трехмерный хроматина Организации служат Джин регуляционная функция3. Действительно такой эффект хорошо продемонстрирована на Локус гена глобина человека, где локус контроля региона (LCR) регулирует активность генов Глобин развивающих определенным образом, создавая петлю хроматина между двумя регионами4. Однако в этом и других регионах, он мутноват ли цикл хроматина причиной или следствием изменения в экспрессии генов.

До сих пор остаются нерешенными проблемы в изучении этого явления. Например другие попытки заставить хроматина петли участие изменения в линейной последовательности ДНК или сложных процедур, требующих обилие фоновых знаний по конкретным элементам, которые облегчают цикл5,,6, 7,8. Кроме того в то время как предыдущие работы предположил, что хроматина петли диск экспрессии генов в контексте конкретных и ограниченных7,8, уровень, на котором хроматина цикл влияет на транскрипции глобально является неопределенным. Хотя постоянно в последние годы вырос интерес в воздействии долгосрочных циклов на экспрессию генов, сохраняются нерешенные вопросы о создании и сохранении хроматина контактов для изменения активности гена.

Технологии, которые мы инженерии использует нуклеиназы кластерных регулярно interspaced короткие палиндром повторяется (ТРИФОСФАТЫ) – ТРИФОСФАТЫ – связанные протеина 9 (dCas9), для широко применимым таргетинга любой геномной локусов9. Эта технология исключает сложные вопросы, связанные с внесением изменений в линейной последовательности ДНК и доступен без существенных предварительных знаний о конкретных циклов компонентов. Прежде всего этот инструмент является универсальным и широко применимые к петли хроматина, признается в области развития, а также различных заболеваний, таких как рак. Доказывается, что власть CLOuD9 обратимого изменения структуры петли для эффективно модуляции экспрессии генов.

Protocol

1. gRNA дизайн

  1. Выберите стандартный gRNA дизайн инструмент для разработки руководство РНК10. Использование дополнительных пар ранее разработанной конструкции CLOuD99 (то есть, по крайней мере 1 S. aureus (CSA) и 1 S. pyogenes (CSP) построить) для каждого эксперимента.
    1. В пределах выбранной онлайн дизайн инструмента, используйте Protospacer прилегающие мотив (PAM) последовательность «Нг» Руководство длиной 20 bp для CSP и PAM последовательности «NNGRRT» с руководством длиной 21 для CSA.
    2. Выбрать руководства, основанные на специфике Оценка и руководства на обеих стренгах максимизировать шансы получения рабочей руководство по проектированию.
    3. Заказать 2 олигонуклеотиды за руководство от производителя oligo: для вперед oligo, добавить «caccg» до 5′ конца руководство последовательности и для обратного oligo, добавить «aaac» до «c» к концу 3′ и ‘ конец 5 перед заказом.
  2. Первоначально дизайн оформления 3-5 для каждого региона интерес, распространение над 250-1000 bp региона. Оценить gRNA ориентации эффективность следующим образом:
    1. Клон определены оформления в активной Cas9 плазмиду (см. шаг 3) и временно transfect в 293T клетки (см. шаг 4)11.
    2. Рост клеток для 2-3 d в Дульбекко изменение Eagle среднего (DMEM) с 10% плода бычьим сывороточным (ФБС) и 1% пенициллин стрептомицином (ручка стрептококк), а затем урожай и извлечь геномной ДНК12.
    3. Усилить целевых регионах полимеразной цепной реакции (ПЦР). Запуск продуктов на 1,5% агарозном геле и очистить соответствующие полосы.
    4. Выполните пробирного эндонуклеазы T7, как описано в Гущин, и др. протокол13,14.
      Примечание: Эффективного руководства являются те решимости сократить ДНК на целевом сайте.

2. клеточная культура

  1. Сохранить клетки в здоровой и активно деления государства.
    1. Для K562s, культура в Розуэлле парк Мемориальный институт (RPMI) 1640 СМИ с FBS и 1% перо стрептококк 10%.
      1. Растут K562s в колбе скошенный шеи2 25 см для обслуживания и отрегулировать плотность клеток до 400 000 клеток / мл каждый день.
      2. После K562s были преобразованы с CLOuD9 конструкции, добавить 2 мкг/мл puromycin и 100 мкг/мл hygromycin для обслуживания средств массовой информации.
    2. Для 293Ts, культура в Дульбекко изменение Eagle среднего (DMEM) с FBS и 1% перо стрептококк 10%.
      1. Растут 293Ts в 10 см2 пластины и разделить когда вырожденная.

3. плазмида подготовка и gRNA вставки15

Примечание: Плазмида карты доступны в приложении и праймеры, используемых в экспериментах пример доступны в дополнительной таблице 1.

  1. Смешайте 5 мкг лентивирусные ТРИФОСФАТЫ плазмида с 3 мкл BsmBI, 3 мкл щелочной фосфатазы, 6 мкл 10 x буфер и 0,6 мкл свежеприготовленные 100 мм DTT. Довести объем до 60 мкл с ddH2O и инкубировать при 37 ° C за 30 минут, чтобы переварить и dephosphorylate плазмиды.
  2. Гель Очистить переваривается плазмида и элюировать ddH2O.
  3. Смешайте 1 мкл каждого из парных гидов на 100 мкм с 1 мкл 10 x буфер лигирование T4, 6,5 мкл ddH2O и 0,5 мкл T4 ПНК, чтобы достичь 10 мкл общий объем. Инкубировать при 37 ° C в течение 30 мин, затем 95 ° C за 5 мин, затем наращиваться до 25 C ° на 5 ° C/мин.
    Примечание: Это будет отжига пара направляющих.
  4. Разбавьте 1: 200 отожженная направляющие (от шага 3.3) в ddH2O.
  5. Смешайте 1 мкл переваривается плазмида с шагом 3.2 с 0.5 мкл разбавленного перевязаны гидов из шага 3.4, 2,5 мкл 2 x буфер, 1 мкл ddH2O и 0,5 мкл лигаза, чтобы сделать 5.5 мкл общая реакция. Инкубируйте это при комнатной температуре за 10 мин до перевязать направляющие плазмида BsmBI переваривается.
  6. Превратить недавно перевязаны плазмида с шагом 3.5 в Stbl3 бактерий и усилить с помощью любого метода подготовки плазмиды.

4. Лентивирусы производство

  1. Всего 750 000 293T клеток на хорошо для шести ну пластины с помощью Горяева и семян их в среде DMEM с FBS и 1% перо стрептококк 10%. Использование одной скважиной для каждой конструкции.
  2. 24 ч после посева, изменить СМИ на свежие DMEM антибиотик свободный с 10% FBS.
  3. В одной из труб разбавляют 11 мкл Реагента липидных трансфекции с 150 мкл OptiMEM среды, в реакции11.
  4. В отдельном трубку развести 2 мкг CLOuD9 лентивирусные вектор плазмиды от шаг 3,6, 0,35 мкг pMDLg/pRRE, 1 мкг pRSV-Rev и 0,65 мкг pMD2.G с 150 мкл OptiMEM среды, в реакции11.
  5. Для каждой реакции добавьте смеси разреженных лентивирусные плазмида разреженных липидных трансфекции реагента в соотношении 1:1 и проинкубируйте 5 мин11.
  6. Добавьте весь объем каждого смешанных комплекс из шага 4.5 в соответствующих скважины антибиотик бесплатная 293T клеток из шага 4.2.
  7. 48 ч позже, собирать вирусный производства СМИ, дозирование в свежий трубки и спин вниз на 300 g x 5 мин. После центрифугирования переместите супернатант свежие трубки для удаления остатков клеток мусора.
  8. Сразу использовать вирусный производства СМИ для трансдукции клеток-мишеней или заморозить при температуре-80 ° C для использования в будущем.

5. человека трансдукции клеток

  1. Добавьте 250 мкл каждого вирусный конструкции интерес (состоит из взаимодополняющих CLOuD9 плазмид) 15 мл конические трубка, содержащая 80000 клетки для CLOuD9 приложения.
  2. Довести общий объем средств массовой информации в каждом коническая 1 мл с антибиотиками свободных СМИ и добавить Полибрен в конечной концентрации 1-8 мкг/мл (максимальная концентрация Полибрен допускается использовать тип ячейки нужно будет определить экспериментально).
  3. Спиновые клетки на 800 x г за 30 мин при комнатной температуре, затем Ресуспензируйте, закупорить без удаления вирусный супернатант. Перемещение всей ячейки подвеска к пластине культуры клеток.
  4. 24 ч после трансдукции, клетки спин вниз на 300 g x 5 мин при комнатной температуре.
  5. Аспирационная вирусный супернатант и Ресуспензируйте клетки в регулярные клетки культуры средств массовой информации.
  6. На следующий день добавьте puromycin (1 мкг/мл для 293T клеток) и hygromycin (25 мкг/мл для 293T клеток) клеток питательной среды для выбора вдвойне transduced клеток. Экспериментально определите соответствующие концентрации puromycin и hygromycin для заданной ячейки типа до начала экспериментов.
  7. Держите клетки в средствах массовой информации выбор для по крайней мере 3 d перед любой течению эксперименты и поддерживать в выбор носителя для продолжительности всех экспериментов.

6. ячейки димеризации и промывают

  1. Добавьте 1 мм абсцизовой кислоты (АБА) или эквивалентный объем диметилсульфоксида (ДМСО) для элементов управления в культуре клеток к dimerize CLOuD9 выбран и преобразованы клетки. Использование ABA в течение 6 месяцев с даты получения, держать холодной и защитить его от света на протяжении использования. 2 мм ABA может использоваться при необходимости.
    1. Изменения средства массовой информации ежедневно предоставлять свежие Аба (или ДМСО для элементов управления) на время экспериментов.
      Примечание: Нет ограничений на длину димеризации еще не наблюдалось.
  2. Обратный димеризации путем удаления СМИ содержащие Аба и мытья клетки с достаточно фосфат буфер солевой (PBS) для покрытия поверхности пластины, дважды. После этого культуры клеток в АБА свободных СМИ поддерживать ООН димерной состояние.

7. иммунопреципитации и Co-immunoprecipitations

Примечание: Сделать все буферы свежие и сразу перед использованием.

  1. После завершения экспериментов димеризации собирать и спин вниз клетки, а затем удалить супернатант.
  2. Crosslink и замораживания вниз клетки
    1. Сделать свежий запас 1% формальдегида в PBS при комнатной температуре с использованием свежих материалов. Для каждого 2 миллионов клеток нежно ресуспензируйте с 1 мл 1% формальдегида при комнатной температуре ровно 10 мин, при вращении.
      Примечание: Используйте минимальный объем 10 мл для сшивки менее чем 10 миллионов клеток.
    2. Утолите сшивки с добавлением Глицин в конечной концентрации 0,125 м, следуют инкубации за 5 мин при комнатной температуре, при вращении.
    3. Спин вниз клетки и вымыть 1-2 x с ледяной PBS. Гранулы ячейки может быть оснастки заморожены в жидком азоте и хранятся при температуре-80 ° C или использованы немедленно.
      Примечание: Жара изменит формальдегида сшивки. Если бросился, клетки могут храниться непосредственно в-80 ° C, без замораживания оснастки.
  3. Подготовить Конъюгат антител/бисера
    Примечание: Оптимизация условий для выбранной антитела (т.е., тестирование различных лизис буферы для лизиса клеток и выполнении IP) могут быть стоит. Два общих буферов, буфера lysis Фарнхам и буфер RIPA изменения, может иметь существенное влияние на эффективность IP и sonication эффективность. Все композиции буфера можно найти в Таблице материалов. Кроме того, имейте в виду, что хроматина sonication может занять несколько часов.
    1. Ресуспензируйте бусы, vortexing кратко в зависимости от выбранной антитела.
    2. Передать соответствующее количество шариков для эксперимента 1,5 мл. Как отправной точки используйте 20 мкл бусы для каждого 1 мкг антител. Не добавляйте антитела.
      Примечание: Используйте 10 мкг антитела с 200 мкл бусы для 1 мг общего lysate как отправной точки, если известно, что антитела более или менее эффективно, чем это будет означать. Для низких изобилие белков этот коэффициент может потребоваться скорректировать.
    3. При использовании буфера lysis Farnham, мыть 3 x в IP буфером для разбавления проб. При использовании буфера lysis RIPA, мыть 3 x RIPA литического буфера.
    4. Ресуспензируйте бусины в окончательный объем же буфера от шага 7.3.3 (IP разрежения или Буфер RIPA) которые > 1 x и < 5 x первоначального объема. т.е. Для 100 мкл первоначальный шарик тома используйте между 100 и 500 мкл окончательный ресуспендирования тома.
    5. Добавьте антитела промывают бусины теперь в соответствующей концентрации. Для хорошей га или флаг антитела к IP CLOuD9 конструкции, используйте антител 1:50 (мкг белка: мкг белка lysate) и инкубировать между 8 + h и на ночь при 4 ° C, при вращении. Кроме того проинкубируйте 2-4 ч при комнатной температуре.
    6. Удалить супернатант из бисера и отбросить.
    7. Мыть бисер 3 x с буфером мыть.
    8. Ресуспензируйте в минимальный объем буфера для ночи инкубации с антителом (IP разрежения или Буфер RIPA). Держите холодной до тех пор, пока в сочетании с белком лизатных.
  4. Sonicate Chromatin
    1. Первый Лизируйте клетки с добавлением отек буфера ячейка окатышей на льду за 10 мин, стряхивая клетки каждые несколько минут для предотвращения урегулирования.
      Примечание: Как правило, 500 мкл отек буфер добавляется 25 миллионов клеток и масштабируется от там, но делать не использовать меньше, чем 500 мкл буфера для < 25 миллионов клеток.
    2. Dounce вручную по часовой стрелке и против часовой стрелки, 13 x каждый.
    3. Ядер спин вниз на 4 ° C за 5 мин на 1500 x g. аспирационная супернатант полностью и повторить, чтобы удалить оставшиеся супернатанта, затем взвесить Пелле клеток в мг.
    4. Добавить ингибитор протеазы буфера lysis ядер (Фарнхем буфер или RIPA буфера, выше, выбрать один).
    5. Добавить 10 x размер буфера lysis ядер для гранулированных ядер для Ресуспензируйте (например, добавить 1 мл буфера lysis ядер в Пелле 0,100 g). Кратко вихря и лизируют для 10 мин на льду.
      Примечание: Имейте в виду размер sonication трубки. Идеальный объем является часто < 1 мл, поэтому образцов может потребоваться разделить Если гранулы очень велики.
      1. Для IP-Co sonicate ядер кратко чтобы солюбилизировать последнего материала и утолить SDS до уровня, который позволяет иммунопреципитации с 2-3 тома буфера для разведения, а затем переходите к шагу 7.4.6. Для очень чувствительных антител добавьте больше буфером для разбавления проб для дальнейшего снижения концентрации SDS.
        Примечание: Остановить sonication когда lysate очищает; она будет меняться от непрозрачный/полупрозрачный белый полностью прозрачным. Храните образцы так холодно, как можно и не более sonicate.
      2. Для чипа тщательно sonicate ДНК для получения фрагментов ДНК bp 150-1000, а затем переходите к шагу 7.4.6.
    6. Спиновые нерастворимый материал на максимальной скорости на 10 мин при 4 ° C.
    7. Передавать растворимых материал свежий трубки.
    8. Для Co-IP измерять концентрацию белка и приступить к выпадающих на шаге 7.5.
    9. Для чипа, удалите 10 мкл Алиготе из очищено lysate и добавить 40 мкл IP Элюирующий буфер и 6 мкл 5 М NaCl, для в общей сложности 56ul. Варить 15 мин при температуре 95 ° C, 5-10 мкл 3 M NaOAc рН 5 и очистить вверх по столбцу очистки ПЦР. Измерение концентрации ДНК путем измерения оптической плотности на 260 Нм и стандартизировать в образцы. Затем переходите к выпадающих на шаге 7.5.
      Примечание: Загородный lysate можно привязать замороженные при температуре-80 ° C и используется в более позднее время, но наилучшие результаты получаются от lysate свежие. Если заморозки, не замораживания/оттаивания lysate более чем один раз.
  5. В раскрывающемся
    1. Передать соответствующее количество белка lysate свежие трубки. При использовании буфера lysis Farnham, развести в 2.1 тома IP буфером для разбавления проб (см. выше).
    2. Отложите 100 мкл супернатант для элемента управления вводом и хранить при 4 ° C до следующего дня.
    3. Добавьте шарик/антителами конъюгата из шага 7.3.8 образцы сейчас.
    4. Повернуть образцы на 4 ° C на ночь и убедитесь, что имеется достаточный объем для жидких движения в 1,5 мл пробирок.
  6. Вымойте и элюировать
    1. После ночи вращение сохраните супернатанта как рекомендательный дроби. Затем вымойте бисер 3-5 x в IP буфером для разбавления проб.
    2. Подготовьте IP Элюирующий буфер при комнатной температуре, без ингибиторов.
    3. Элюировать комплексы с 50 мкл Элюирующий буфер потряс на вихрь на 67 ° C для элюции передачи 15 мин к новой трубки и повторите с другой 50 мкл. объединить их как для всего элюции 100 мкл.
      Примечание: Если есть слишком много фон от этой процедуры элюции, тепла может быть сокращены или устранены во время инкубации и тряски. Это обычно уменьшает доходность целевого белка, но существенно снизить фон.
  7. Обратный сшивки при нагревании на 67 ° C > 4 h.
    Примечание: Это не является строго необходимым для совместного IPs, но может быть полезным.
    1. Для Co-IP обеспечить полное димеризации между объектом интереса, запустите элюаты геля SDS-page и зонд с антителами против HA тега или флаг тега, как указывается, все в 1:1000. Затем перейдите к шагу 8.
    2. Для чип ПЦР для обеспечения правильной локализации и ориентации каждого компонента ТРИФОСФАТЫ dCas9, чистый продукт элюции на столбце и элюировать в 10 мкл. выполнять в реальном времени количественные полимеразной цепной реакции (ПЦР) очищенная ДНК. Грунты, используемых в представленных данных доступны в дополнительной таблице 1. Затем перейдите к шагу 8.

8. РНК добыча и количественного PCR

  1. Расследовать CLOuD9-индуцированные изменения в экспрессии генов, во-первых, изолировать и очистить всего РНК от управления ячейки окатышей и гранулы димерной клеток.
  2. Сделать из очищенного РНК комплементарной ДНК — (cDNA кДНК) обратной транскрипции17 и выполнять анализ ПЦР. Праймеры доступны в дополнительной таблице 1.

9. хромосомы конформации Assay захвата

  1. Чтобы наблюдать изменения частоты контактов геномной локусов, вызванных CLOuD9, выполнять хромосома конформации захвата (3C) assays8.
  2. Количественно 3C продуктов перешнуровки в двух сетах дубликаты для каждой из трех биологических реплицирует по количественной ПЦР в реальном времени. Нормализовать образцы на 3C сигналы от locus тубулина. Праймеры доступны в дополнительной таблице 1.

Representative Results

Discussion

The Most критические шаги в CLOuD9 хроматина циклических являются: 1) проектирование или с использованием правильного оформления, 2) изменение средств массовой информации ежедневно на преобразованы CLOuD9 клетки, включая ABA или ДМСО, 3) поддержание свежесть Аба и 4) выполнения точной и тщательной оценки Хроматин конформации.

Пределы CLOuD9 главным образом проживают в способность разработать руководства к целевой области выбора. Руководство РНК выполняют важную задачу по локализации dCas9 компоненты в целевых регионах ДНК, чтобы быть димерной и эффективность руководства основаны на их конкретной целевой сайт. Без надлежащего gRNA компонентов CLOuD9, система не сможет сформировать обратимо индуцированной петли. Таким образом путем разработки нескольких руководств для каждого региона интерес и распространение руководства над регионом 250-1000 bp, по крайней мере один успешный гид будет обеспечиваться. Руководство Расположение также является неотъемлемой частью точные результаты. Важно избежать направляющие расположены в сайтов связывания фактор транскрипции или других критических регионов для предотвращения фон эффекты, такие как вверх или вниз регуляции транскрипции. Кроме того точное местоположение CLOuD9 конструкции слегка может повлиять транскрипции гена целевого объекта. Это подчеркивает важность тестирования нескольких пар руководств для каждого целевого региона, для выявления наиболее надежный пару для экспериментальных целей. Кроме того в каждой паре целевых регионах, CSA конструкции должны быть ориентированы с оформления для S. aureus, и CSP конструкции должны быть ориентированы с оформления для S. pyogenes для ориентации специфичности.

Чтобы обеспечить точные результаты и правильный димеризации, важно также поддерживать свежесть клеточной среды после трансдукции CLOuD9 конструкций. Ежедневно средства массовой информации изменения и добавлением свежей dimerizer (или управления) гарантирует, что дополнительные конструкции останется в близости и сохранить измененные хроматина конформации. Кроме того важно гарантировать ABA свежие и хранился надлежащим образом по данным производителя протокол (открыт в течение 6 месяцев, холодный, хранится защищенный от света) для получения достоверных результатов.

В частности ABA dimerizer для CLOuD9 был использован с ABI и пыль димеризации белков, вместо того, чтобы более широко использовать FRB и FKBP системы. Необходимость rapalog для FRB/FKBP системы будет ограниченную применимость CLOuD9, из-за токсичности для раковых клеток. Альтернативные системы ABI/PYL обойти это ограничение, эффективно позволяя CLOuD9 быть более широко усваиваемый.

Коллективно мы разработали CLOuD9, уникальные и надежные технологии, которая может принудительно но обратимо создать контакты между дальней цели геномной локусов. Через склонение хроматина петли, мы также продемонстрировать, что CLOuD9 могут быть использованы для изменения экспрессии генов в соответствующем контексте сотовой. Адаптируемость технология позволяет неограниченное исследование взаимодействия между любые два геномной локусов, без необходимости предварительного знания циклов регионов или зацикливание механизмов. Кроме того CLOuD9 уникальный продемонстрировали обратимости позволяет дальнейшее изучение механизмов циклы заболеваний и развития. Хотя было четко продемонстрировали на цель эффекты хроматина циклов, есть еще быть данных, предлагая понимание эффекты пробить циклов и последующее воздействие на петлях на целевой.

Наши данные показывает только несколько приложений для этого инструмента, но подразумевает крупные идею что хроматина соглашение свидетельствует о экспрессии генов. Наша технология может использоваться для изучения и раскрыть нюансы структуры хроматина в регуляции генов, тем самым улучшение общего понимания роли хроматина, складывающиеся в транскрипции генов. Лучше понять тонкости транскрипционный анализ динамики может возглавить процесс исследования и лечения рака, наследственных заболеваний и врожденных расстройств, в котором собственный хроматина Ассамблея несомненно изменяет выражение гена в20, 21,,2223. Последующие работы, используя технологию CLOuD9 будет освещать дальнейшие сведения о расположении и динамика доменов хроматина и как они управляют, складные для поддержания стабильной ген выражение как развития, так и болезни.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Materials

RPMI 1640&nbsp; mediaLife Technologies11875-119For K562 cell culture
DMEM mediaLife Technologies11995-0651X, for 293T cell culture
lentiCRISPR v2Addgene plasmid#52961For CLOuD9 plasmid development
pRSV-RevAddgene plasmid#12253For lentivirus production
pMD2.GAddgene plasmid#12259For lentivirus production
pMDLg/pRREAddgene plasmid#12251For lentivirus production
Lipofectamine 2000Thermo Fisher Scientific11668-019For lentivirus production
anti-HA antibodyCell Signaling3724For immunoprecipitation
anti-Flag antibodySigmaF1804For immunoprecipitation
DNeasy Blood and Tissue KitQiagen69504For DNA extraction
TRIzolLife Technologies15596-018For RNA extraction
RNeasy KitQiagen74106For RNA extraction
Superscript VILOLife Technologies11754-050For cDNA&nbsp;
SYBR Green I MasterMixRoche4707516001For qPCR analysis
Light Cycler 480IIRocheFor qPCR analysis
anti-H3K4me3 antibodyAbCamab8580For ChIP-qPCR
anti-RNA Pol-II antibodyActive Motif61083For ChIP-qPCR
EDTA free protease inhibitorRoche11873580001For protein extraction
4-12% Tris Glycine gelBioradAny size, For western blot
anti-Rabbit HRP antibodySanta Cruzsc-2030For western blot
anti-mouse HRP antibodyCell Signaling7076SFor western blot
K562 and H3K293 ChIP-Seq dataEncodeENCSR000AKUFor ChIP-seq analysis
K562 and H3K293 ChIP-Seq dataEncodeENCSR000APEFor ChIP-seq analysis
K562 and H3K293 ChIP-Seq dataEncodeENCSR000FCJFor ChIP-seq analysis
K562 and H3K293 ChIP-Seq dataGEOGSM1479215For ChIP-seq analysis
Dynabeads Protein A for ImmunoprecipitationThermo Fisher Scientific10001DFor immunoprecipitation
Dynabeads Protein G for ImmunoprecipitationThermo Fisher Scientific10004DFor immunoprecipitation
RNA Clean &amp; Concentrator-5Zymo ResearchR1015For RNA purification
Pierce 16% Formaldehyde Methanol-freeThermo Fisher Scientific28908For crosslinking
PX458 PlasmidAddgene48138Suggested active Cas9 plasmid for gRNA cloning, but any active Cas9 plasmid will do
QIAquick PCR Purification KitQiagen28104For PCR purification
FastDigest BsmBIThermo Fisher ScientificFD0454For cloning guide RNAs
FastAPThermo Fisher ScientificEF0651For cloning guide RNAs
10X FastDigest BufferThermo Fisher ScientificB64For cloning guide RNAs
QIAquick Gel Extraction KitQiagen28704For cloning guide RNAs
10X T4 Ligation BufferNEBB0202SFor cloning guide RNAs
T4 PNKNEBM0201SFor cloning guide RNAs
2X Quick Ligase BufferNEBB2200SFor cloning guide RNAs
Quick LigaseNEBM2200SFor cloning guide RNAs
<strong>Buffers</strong>
Farnham lysis buffer1% Tris-Cl pH 8.0, 1% SDS, 1% protease inhibitor water solution (non-EDTA), and 1 mM EDTA in water
Modified RIPA buffer1% NP40/Igepal, 0.5% sodium deoxycholate, 0.1% SDS, 1 mM EDTA, and 1% protease inhibitor water solution (non-EDTA) in PBS pH 7.8 or 7.4
IP dilution buffer0.01% SDS, 1.1% Triton-X 100, 1.2 mM EDTA, 16.7 mM Tris-HCl pH 8.0, 167 mM NaCl, 0.1x protease inhibitor
Wash buffer100 mM Tris pH 9, 100 mM LiCl, 1% NP-40, and 1% sodium deoxycholate
Swelling buffer0.1 M Tris pH 7.5, 10 mM potassium acetate, 15 mM magnesium acetate, 1% NP-40
Dilution buffer0.01% SDS, 1.1% Triton X-100, 1.2 mM EDTA, 16.7 mM Tris pH 8 and 167 mM NaCl
IP elution buffer1% SDS, 10% NaHCO<sub>3 </sub>&nbsp;

References

  1. Krivega, I., Dean, A. Chromatin looping as a target for altering erythroid gene expression. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1368, 31-39 (2016).
  2. Matharu, N., Ahituv, N. Minor loops in major folds: Enhancer-promoter looping, chromatin restructuring, and their association with transcriptional regulation and disease. PLoS Genet. 11, e1005640 (2015).
  3. Dekker, J., Martí-Renom, M. A., Mirny, L. A. Exploring the three-dimensional organization of genomes: interpreting chromatin interaction data. Nat. Rev Genet. 14, 390-403 (2013).
  4. Kim, A., Dean, A. Chromatin loop formation in the b-globin locus and its role in globin gene transcription. Mol Cells. 34, 1-5 (2012).
  5. Petrascheck, M., et al. DNA looping induced by a transcriptional enhancer in vivo. Nucleic Acids Res. 33, 3743-3750 (2005).
  6. Ameres, S. L., et al. Inducible DNA-loop formation blocks transcriptional activation by an SV40 enhancer. EMBO J. 24, 358-367 (2005).
  7. Deng, W., et al. Controlling Long-Range Genomic Interactions at a Native Locus by Targeted Tethering of a Looping Factor. Cell. 149, 1233-1244 (2012).
  8. Deng, W., et al. Reactivation of developmentally silenced globin genes by forced chromatin looping. Cell. 158, 849-860 (2014).
  9. Morgan, S. L., et al. Manipulation of Nuclear Architecture through CRISPR-Mediated Chromosomal Looping. Nature Communications. 8, (2017).
  10. Haeussler, M., et al. Evaluation of off-target and on-target scoring algorithms and integration into the guide RNA selection tool CRISPOR. Genome Biol. 17 (1), 148 (2016).
  11. . . Lipofectamine 2000 Reagent. , (2013).
  12. . . DNeasy Blood & Tissue Kit Handbook. , (2006).
  13. . . Determining Genome Targeting Efficiency using T7 Endonuclase I (M0302). , (2016).
  14. Guschin, D. Y., et al. A rapid and general assay for monitoring endogenous gene modification. Methods Mol Biol. 649, 247-256 (2010).
  15. Shalem, O., Sanjana, N. E., et al. Genome-scale CRISPR-Cas9 knockout screening in human cells. Science. , 83-87 (2014).
  16. . . RNeasy Mini Handbook. , (2012).
  17. . . SuperScript VILO cDNA Synthesis Product Information Sheet. , (2015).
  18. Theunissen, T. W., et al. Systematic identification of culture conditions for induction and maintenance of naive human pluripotency. Cell Stem Cell. 15, 471-487 (2014).
  19. Mokry, M., et al. Integrated genome-wide analysis of transcription factor occupancy, RNA polymerase II binding and steady state RNA levels identify differentially regulated functional gene classes. Nucleic Acids Res. 40, 148-158 (2012).
  20. Drier, Y., et al. An oncogenic MYB feedback loop drives alternate cell fates in adenoid cystic carcinoma. Nat Genet. 48, 265-272 (2016).
  21. Ryan, R. J. H., et al. Detection of enhancer-associated rearrangements reveals mechanisms of oncogene dysregulation in B-cell lymphoma. Cancer Discov. 5, 1058-1071 (2015).
  22. Montavon, T., et al. A regulatory archipelago controls Hox genes transcription in digits. Cell. 147, 1132-1145 (2011).
  23. Lupianez, D. G., et al. Disruptions of topological chromatin domains cause pathogenic rewiring of gene-enhancer interactions. Cell. 161, 1012-1025 (2015).
CRISPR-Mediated Reorganization of Chromatin Loop Structure

Play Video

Cite This Article
Morgan, S. L., Chang, E. Y., Mariano, N. C., Bermudez, A., Arruda, N. L., Wu, F., Luo, Y., Shankar, G., Huynh, S. K., Huang, C., Pitteri, S. J., Wang, K. C. CRISPR-Mediated Reorganization of Chromatin Loop Structure. J. Vis. Exp. (139), e57457, doi:10.3791/57457 (2018).

View Video