С момента своего открытия эпигенетическая регуляция в клетках млекопитающих получает все большее признание1, учитывая, что понимание таких механизмов обеспечит ключевую информацию не только в клеточной биологии, но и в биологии болезней и опухолей. Кроме того, инфекционные агенты могут также вызывать эпигенетические изменения хозяина 2, тогда как механизмклетки-хозяина может также влиять на хроматин патогенов, таких как персистирующие ДНК-вирусы 3,4. Это взаимодействие хозяина и патогена, по-видимому, играет роль в персистенции инфекции. 2
Благодаря обратимой ассоциации с ДНК гистоновые белки образуют комплекс, называемый нуклеосомой. Нуклеосомы, в свою очередь, достигают более высокого уровня организации, известного как хроматин. Известно, что ремоделирование хроматина жестко регулирует экспрессию генов, предоставляя или отказывая в доступе к транскрипционным факторам (TF)5. Эти факторы могут либо запускать, либо блокировать рекрутирование РНК-полимеразы II (PolII) на промоторы генов, влияя на синтез мРНК из матрицыДНК 6. Гистоновые белки содержат хвосты7, фланкирующие оба конца гистоновой складки, которые могут подвергаться посттрансляционным модификациям (PTM), обеспечивая жесткую регуляцию транскрипции гена структурными изменениями хроматина. Большинство гистоновых PTM расположены на хвостовом N-конце, причем ацетилирование и метилирование являются наиболее изученными PTM, хотя также сообщалось о фосфорилировании8, убиквитинировании9 и рибозилировании10 . Характеристика и изучение таких белков необходимы для глубокого понимания регуляции генов.
В настоящее время существует несколько хорошо зарекомендовавших себя методов и инструментов для изучения прямых взаимодействий ДНК с белками: электрофоретический анализ сдвига подвижности (EMSA), одногибридный анализ дрожжей (Y1H) и следы ДНК11. Однако эти методы сами по себе сосредоточены на единичных взаимодействиях ДНК-белка и неприменимы для полногеномных исследований. Другим ограничением этих методов является отсутствие ассоциации гистонов с исследуемыми сегментами ДНК. Таким образом, такие подходы не предназначены для отражения сложности транскрипционного механизма in vivo и не учитывают важные структурные изменения12 или другие необходимые ферменты/кофакторы13 , которые могут влиять (либо способствуя, либо ингибируя) связывание белка с ДНК.
Идея о том, что фиксация клеток с помощью таких агентов, как формальдегид (FA), может обеспечить in vivo снимок взаимодействий белка и ДНК, создала основу для разработки анализов иммунопреципитации хроматина (ChIP)14. Это, наряду с доступностью технологии количественной ПЦР (кПЦР) и высокоспецифичных антител, позволило разработать анализы ХИП-кПЦР. Впоследствии, появление методов секвенирования следующего поколения (NGS), стоимость которых становится все более доступной, позволило объединить эксперименты ChIP с подходами NGS (ChIP-seq), тем самым предоставив исследователям новые мощные инструменты, позволяющие исследовать регуляцию хроматина. В этих анализах изолированные или культивируемые клетки фиксируются с помощью дисукцинимидилглутарата (DSG) и/или FA, ядра выделяются, хроматин затем фрагментируется и осаждается интересующим антителом. Далее ДНК очищается и анализируется с помощью подходов ПЦР или NGS. В отличие от EMSA, Y1H и отпечатков ДНК, анализы ChIP способны обеспечить глобальный снимок взаимодействия белка с ДНК в клетке. Это обеспечивает гибкость и позволяет анализировать несколько локусов в одном образце. Однако, из-за характера анализа, ХИП может, в конечном итоге, обнаруживать не только прямые, но и косвенные взаимодействия, не предлагая точности вышеупомянутых методов, когда речь идет о прямых взаимодействиях белка с ДНК.
Протоколы получения хроматина из материала клеточной культуры хорошо зарекомендовали себя15 и обладают высокой воспроизводимостью, что позволяет пользователю получить хроматин, подходящий как для кПЦР, так и для NGS-подходов, за 1-2 рабочих дня. Тем не менее, получение высококачественного хроматина из целых тканей по-прежнему представляет собой проблему из-за необходимости диссоциации клеток внутри ткани при достижении оптимальной фиксации и сдвига хроматина. Кроме того, состав и морфология различных типов тканей варьируются, что требует корректировки существующих протоколов16,17. Использование криоконсервированной ткани создает дополнительные проблемы по сравнению со свежими образцами. Это связано с трудностью получения одноячеистой суспензии без обширных материальных потерь. Это приводит к неправильной резке, что затрудняет последующее применение. Тем не менее, доступ к замороженным образцам тканей, а не к свежим аналогам, не только повышает гибкость работы, но и может представлять собой единственный вариант для исследователей, работающих с образцами, полученными в результате продольных или сравнительных исследований. Было опубликовано несколько протоколов приготовления хроматина для замороженных тканей. Они в основном основаны на размораживании образца с последующим измельчением, ручной/машинной диссоциацией или измельчением жидким азотом на этапах18,19,20.
Здесь мы описываем оптимизированный методполучения хроматина 15 для замороженных нефиксированных образцов печени, который сочетает измельчение ткани в жидком азоте с гомогенизацией пестика для достижения воспроизводимого сдвига хроматина, подходящего для подходов X-ChIP, направленных на анализ как вирусных, так и хост-геномов.