Здесь мы представляем быстрый и простой протокол ATAC-seq, который будет реализован в цельном червяче L4-стадии Caenorhabditis elegans с использованием всего 30 мкл червячной гранулы.
Методическая статья
Здесь мы представляем быстрый и простой протокол ATAC-seq, который будет реализован в цельном червяче L4-стадии Caenorhabditis elegans с использованием всего 30 мкл червячной гранулы.
Доступность хроматина играет важную роль в транскрипции, восстановлении ДНК и сегрегации хромосом. Гипердоступные области обычно коррелируют с активными промоторами и энхансерами, способствуя связыванию транскрипционным факторам и регуляционной активности. Анализ доступного для транспозазы хроматина с помощью секвенирования (ATAC-seq) позволяет профилировать доступность хроматина на уровне всего генома с очень малым количеством клеток. Однако его реализация в Caenorhabditis elegans ограничена богатой коллагеновой кутикулой нематоды, которая усложняет клеточную диссоциацию. Здесь представлен оптимизированный протокол для выполнения ATAC-seq в целых червях на стадии L4. Процедура начинается с синхронизированных культур и включает нарушение кутикулы, ферментативную диссоциацию и подготовку суспензии клеток. Затем проникливые ядра подвергаются транспозиции Tn5, затем амплификации полимеразной цепной реакции (ПЦР) и очистке библиотек, готовых к секвенированию следующего поколения (NGS). Этот протокол требует 30 мкл червячных гранул, может быть выполнен за один день и генерирует 5 000–9 000 пиков доступности в эталонном штаме Bristol N2. Этот упрощённый рабочий процесс может быть адаптирован к другим этапам развития или к популяциям клеток, очищенным с помощью FACS. Снижая технические барьеры для ATAC-seq у C. elegans, этот метод расширяет возможности для изучения доступности хроматина по всему геному в ответ на генетические и экологические возмущения в контексте всего организма.
Эукариотические геномы плотно упакованы внутри ядра клетки. Для преодоления пространственных ограничений ДНК плотно обвивает нуклеосомы — мультибелковые комплексы, состоящие из восьми гистонов, которые сохраняются в разныхтипах 1. Паттерны доступности хроматина варьируются в зависимости от состояния клетки ткани и геноспецифическихпаттернов 2,3,4. Доступность нуклеосом тесно коррелирует с активной транскрипцией, особенно в промоторах и дистальных регуляторных областях, таких как энхансеры, которые доступны для транскрипционныхфакторов 5. Открытые хроматиновые области также играют важную роль в репарации, репликации и сегрегации хромосомДНК 3. В отличие от этого, сниженная доступность обычно коррелирует с заглушённым гетерохроматином и повторяющимисяпоследовательностями 6,7.
Картирование доступности хроматина стало мощным подходом к пониманию регуляции генов. Для изучения доступности хроматина применялись различные методы. Среди самых ранних методов для картирования положения нуклеосом и доступности нуклеосом в специфических локусах 8,9 использовались микрококковые нуклеазы (MNase) и DNase I. Позже эти методы были реализованы для общегеномных исследований в сочетании с секвенированием следующего поколения (NGS)10,11. Однако эти методы требуют тщательной калибровки концентрации ферментов и времени реакции, а также значительного количества ячеек для успешной реализации.
В 2013 году лаборатория Greenleaf разработала анализ доступного для транспозазного хроматина с использованием секвенирования (ATAC-seq) для бесшовного картирования доступности хроматина на уровне всего генома с использованием небольшого количестваклеток 12. ATAC-seq использует коммерчески доступную транспозазу Tn5 для предпочтения вставлять короткие последовательности ДНК (то есть штрихкоды) в открытые хроматиновые области, обычно лишённые нуклеосом, и коррелирует с активными промоторами и энхансерами. Протокол требует проницаемости клеток и выделения ядер, после чего следует ограниченная обработка Tn5 для метки гипердоступного хроматина. Позже комплементарные индексы включаются во время ПЦР, что облегчает мультиплексирование выборки доNGS 13. ATAC-seq доказал себя как надёжный протокол, который также позволяет использовать in silico транскрипционный фактор, и был реализован для одноэлементного разрешения14, 15, 16, 17. Помимо образцов мышей и человека, ATAC-seq был реализован в различных системах, включая данио-реро и беспозвоночных, таких как дрозофила, и нематод Caenorhabditis elegans 18,19,20.
На протяжении десятилетий C. elegans был мощной модельной системой в таких областях, как развитие, клеточная биология и нейронаука, что привело к фундаментальным открытиям, включая идентификацию микроРНК и РНК-интерференции (РНКи)21,22. У него компактный геном площадью 100 МБ с ~20 000 генов, кодирующихбелки 23. Регуляция генов осуществляется за счёт активности промоторов, а также дистальных энхансеров, которые были картированы с помощью ATAC-seq в различных тканях, стадиях развития и точкахстарения 24,18. Таким образом, профилирование доступности хроматина стало ценным инструментом для понимания регуляции генов у C. elegans. Следовательно, ATAC-seq обладает особыми перспективами для изучения эпигенетических ландшафтов в различных условиях окружающей среды или диких изолятах с целью выявления разнообразных транскрипционных реакций. Кроме того, он может дать представление о хроматиновой архитектуре других патогенных и непатогенных нематод.
Одной из основных методологических проблем у C. elegans является наличие богатой коллагеном кутикулы, которую необходимо диссоциировать для получения однородной клеточной суспензии из целыхчервей 25. Для решения этой задачи мы собрали и оптимизировали различные протоколы для дезинтеграции нематод, а затем проведения ATAC-seq у C. elegans18,26. Предпочтительно использовать личиночную стадию L4, так как в этот период развития у животных есть транскрипционно активная зародышевая линия, которая превращается в открытую хроматину, обеспечивая стабильный и информативный источник доступности хроматина в соматических клетках. Здесь мы представляем быстрый и эффективный протокол диссоциации червей и генерации суспензии клеток, позволяющий ATAC-seq у C. elegans. Наш метод оптимизирован для червей L4 стадий и требует всего 30 мкл гранулы червя, с потенциалом адаптации для других стадий развития или для меньших образцов, таких как клетки, очищенные FACS. Этот протокол может выполняться в различных штаммах и условиях C. elegans, что позволяет выявить пики доступности хроматина с 5 000–9 000 хроматинов в эталонном штамме Bristol-N2, что закладывает основу для последующих анализов доступности хроматина.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Рекомендуется всегда носить перчатки.
ПРИМЕЧАНИЕ: День 1: Подготовка синхронизированной популяции червей. Все черви выращивались на пластинах NGM, посеянных E. coli OP50. Необходимые вещи перед началом: (на образец или штамм), одна 90 мм или две 60 мм пластины для взрослых червячей, одна 90 мм или две 60 мм пластины с пищей, M9 стерильныйбуфер 27 (3 г KH2PO4, 6 г Na2HPO4, 5 г NaCl, 1 мл 1 M MgSO4, H20 до 1 L. Стерилизация автоклавированием)
1. Коллекция червей
2. Отбеливание
3. M9 (жидкое) вылупление яиц за ночь
4. День 2: рост червей: восстановление червей L1 .
5. День 3: Подготовка запасных растворов: Следующие растворы должны быть подготовлены для получения свежих решений на 4-й день
ПРИМЕЧАНИЕ: Это можно сделать на второй или третий день.
6. Подготовка раствора
Таблица 1: Запасы для приготовления свежего раствора. Рецепты приготовления бульона для диссоциации нематод и протокола суспензии клеток (разделы 6 и 7). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
7. Диссоциация нематод и протокол суспензии клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Потребуется одна пластина диаметром 90 мм или две 30 мм с синхронизированной популяцией червячей L4.
8. Изоляция ядер и хроматиновая маркировка
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте фильтрованные наконечники с пипеткой. Перед началом: Достаньте буфер Tn5, дайте ему оттаять, установите термоблок на 37 °C, достаните комплект для очистки ПЦР-продукции (таблица материалов), поставьте буфер EB на 37 °C, центрифугирование колонок должно быть проведено на RT.
9. Усиление библиотеки
Таблица 2: Инструкции по первому усилению библиотеки. Рецепт и программа ПЦР для первого усиления библиотеки (раздел 9). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
Таблица 3: Инструкции по окончательному усилению библиотеки ATAC. Рецепт и программа ПЦР для окончательного усиления библиотеки (раздел 9). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
10. Очищение библиотеки
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед началом достаньте бусины выбора размера (AMPure, SPRIselect или самодельные откалиброванные бусы) из холодильника, чтобы они могли приспособиться к комнатной температуре. Тщательно смешивайте бусины с помощью вихря каждый раз перед использованием.
11. Распределение размеров фрагментов
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Контроль качества после маркировки обеспечивает точную подготовку библиотеки
В ходе протокола важно уделять особое внимание qPCR, проводимому после хроматиновой маркировки (раздел 9), так как это важный этап для оценки качества ДНК и эффективности эксперимента. На рисунке 1A показаны две кривые усиления; Левая (меньше 15 циклов) представляет собой качественный материал, который показывает, что до этого момента всё было успешно, так что можно продолжать. Кривая справа (
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь мы описываем оптимизированный протокол профилирования доступности хроматина по всему геному с помощью ATAC-seq у целых L4-стадных червей Caenorhabditis elegans . Доступность хроматина напрямую влияет на экспрессию генов, репликацию, репликацию и рекомбинацию генов, и хотя ATAC-seq стал стандартным подходом для образцов клеток и тканей, его применение к целостным организмам создаёт уникальные технические сложности, особенно у нематод с непроницаемой, богатой коллагеном кути...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов. При написании, анализе или подготовке этой рукописи генеративный ИИ не использовался.
Х. Херш-Гонсалес получил докторскую стипендию от Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías, CONAHCYT (ныне Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, SECIHTI) (#CVU 846476). Дж. Херш-Гонсалес получил поддержку стипендией CONAHCYT (ныне SECIHTI) (788519). Этот проект был поддержан грантом PAPIIT-UNAM IN217824 и грантом SECIHTI CBF-2025-I-2275 для VJV. В IFC мы благодарим UBM: Лауру Онгай-Лариос, Гвадалупе Кодис Уэрту и Минерву Мору Кабреру; UBMI: Аугусто Сезар Пут-Эрнандес и Карлос Перальта Альварес; а также Unidad de Cómputo, Imagenología, Taller и Biblioteca. Мы с благодарностью выражаем признательность Центру генетики Caenorhabditis (CGC) за предоставление штаммов, используемых в этой работе. CGC финансируется Офисом программ исследовательской инфраструктуры NIH (P40 OD010440).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 250 мл, 0,22 µм PES | Ultra Curz | sc-200253 | |
| Агар | BD | 214010 | |
| Agencourt AMPURE XP | Nalgene | A63886 | |
| Белок сыворотки быка | Maplica | 200100 | |
| Хлорид кальция | Sigma | C5670-100G | |
| CellTrics 20 µм | Sysmex | 04-0042-2315 | |
| Холестерин | Sigma | C8503-25G | |
| Дигитонин | Sigma | D141-500 мг | |
| Одноразовые перчатки | Microflex | 94-243 | |
| DL-Дитиотреитол | sigma | D0632-10G | Вредно |
| Этиловый спирт, чистый | Sigma | 1003661421 | |
| Фетальный бычий сывороточный | biowest | S181S-500 | |
| HEPES | Sigma | H3375-250 G | |
| Illumina Tagment DNA Enzyme and Buffer (большой набор) | Illumina | 20034211 | |
| Kapa Syber 50 мл | Sigma | KK4618 | |
| Среда L-15 (Leivobitz) | sigma | L4386-10L | |
| Безводно хлористое магний | Sigma | M8266-100G | |
| Гептагидрат сульфата магния | Sigma | M1880-500G | |
| Гептагидрат сульфата магния | Sigma | M1880-500G | |
| Набор для очистки PCR MinElute (50 приготовлений) | Qiagen | 28004 | |
| NEBNext® High-Fidelity 2X PCR Master Mix | NEB | M0541S | |
| Неонил P40 заменитель | Sigma | 74835-1L | |
| Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Пептон | BD | 211677 | |
| Петри чаша 60 мм | Tritech | T3308 | |
| Петри чаша 90 мм | Interlux | C9015-2C | |
| Наконечники для пипеток 10 µл, с фильтром | Cellpro | 800108 | |
| Наконечники для пипеток 20 µл, с фильтром | Cellpro | 800708 | |
| Наконечники для пипеток 200 µл, с фильтром | Cellpro | 800608 | |
| Хлорид калия | Sigma | P9541 -500G | |
| Двуосновный фосфат калия в порошке | J.T. Baker | 3252-01 | |
| Одноосновный фосфат калия, кристаллы | J.T. Baker | 3246-01 500G | |
| Хлорид натрия | JT Baker | 3624-01 | |
| Додециловый сульфат натрия | sigma | L4509-100G | |
| Гидроксид натрия | Macron | 7708-10 | |
| Гипохлорит натрия | Cloralex | 544394479 | |
| Двуосновный фосфат натрия 7-гидратированный кристалл | J.T. Baker | 3824-01 | |
| SPRIselect | Beckman | B23318 | |
| Сахароз | Sigma | S0389-500G | |
| Фильтр шприца PVDF 0,22 µм | Ultra Curz | Sc-358812 | |
| База тризмы | Sigma | T1503 1KG | |
| Tween 20 | Sigma | P9416-50ML |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение