Summary
Nucléosomes ELISA (NU-ELISA) est une méthode sensible et quantitative pour détecter les tendances mondiales de l'modifications post-traductionnelles dans les préparations de maternelle, nucléosomes intacte. Ces modifications incluent méthylations, acétylations, et des phosphorylations au histones spécifiques résidus d'acides aminés, et donc NU-ELISA fournit une analyse globale de protéomique de l'ensemble, les États modification de la chromatine des types cellulaires spécifiques.
Abstract
Le génome des eucaryotes existe comme la chromatine, qui contient à la fois l'ADN et des protéines. L'unité fondamentale de la chromatine est le nucléosome, qui contient 146 paires de bases d'ADN associé à deux chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4 1. Les queues N-terminale des histones sont riches en lysine et l'arginine et sont modifiés après-transcriptionnellement par acétylation, la méthylation, et d'autres modifications post-traductionnelles (PTM). La configuration du PTM nucléosomes peuvent affecter l'activité transcriptionnelle de l'ADN associées, fournissant ainsi un mode de régulation des gènes qui sont de nature épigénétique 2,3. Nous avons développé une méthode appelée nucléosome ELISA (NU-ELISA) pour déterminer quantitativement les signatures PTM mondial de nucléosomes extrait des cellules. NU-ELISA est plus sensible et plus quantitative que western blot, et il est utile d'interroger l'état epiproteomic de types cellulaires spécifiques. Cet article de journal vidéo montre des procédures détaillées pour effectuer les NU-ELISA analyse.
Protocol
1. Culture de cellules mammaliennes
NU-ELISA peut être effectuée sur n'importe quel type de cellules de mammifères qui peuvent être mises en culture. Nous préférons pour préparer modéré à d'importants lots de cellules de sorte que les nucléosomes peuvent être isolés en quantité suffisante pour préparer plusieurs identique chargés plaques ELISA, permettant ainsi des tests avec plusieurs anticorps différents (Abs). Les échelles de culture suivants fournissent un abondant matériel:
Pour les cellules de souris tige embyronic, pousser un ou deux plaques 15 cm de cellules sans cellules nourricières. Pour les fibroblastes, croissance de 5 à 10 15 cm à plaques confluent.
2. Isolement des noyaux
Remarque: Toutes les étapes sont sur la glace avec pré-réfrigérée tampons, sauf comme indiqué.
- Trypsiniser cellules avec 3 ml de trypsine par assiette, mélanger, et ajouter 20 ml de PBS glacé / butyrate. Centrifuger à 1000 rpm pendant 5 min.
- Resuspendre les cellules dans 10 ml de PBS / butyrate et centrifuger à 1000 rpm pendant 5 min.
- Remettre en suspension dans 4 ml avec un tampon de lyse inhibiteurs de la protéase (Sigma-Aldrich P-8340). Dounce homogénéiser les 20 coups de pilon de type B sur la glace.
- Centrifuger à 2000g pendant 10 min à 4 ° C. (Le surnageant contient cytoplasme, ce qui n'est pas nécessaire pour ce protocole, mais il peut être sauvegardé pour d'autres usages si désiré).
- Reprendre le culot dans 2 ml de glace froide tampon de lavage C (avec des inhibiteurs de la protéase).
- Couche le matériel remis en suspension de plus de 5 ml coussin de saccharose à 30%, puis centrifuger à 2400g pendant 5 min dans un rotor swing. Les noyaux vont migrer à travers coussin, et les débris restent à l'interface.
- Retirez tout le volume de liquide soigneusement et remettre en suspension les noyaux de glace de 250 tampons de lavage à froid ul C + inhibiteurs de protéase.
3. Isolement des nucléosomes in situ par des Micrococcal nucléase (MNase) Digestion
Nous utilisons une procédure dans laquelle la chromatine est digérée in situ au sein des noyaux en leur insufflant MNase, suivie d'un traitement hypotonique à conduire sans nucléosomes intacte dans le surnageant.
- Ajouter 3 pi à 0,1 M CaCl 2 à l'échantillon. Mettre en bloc de 37 ° C chaleur. Permettez à assumer 37 ° C de température.
- Ajouter 2 unités MNase (Micrococcal nucléase, Sigma-Aldrich, dissous à 2 dans un tampon de units/10μl MNase), puis incuber pendant à 37 ° C pendant 12 minutes, en mélangeant souvent avec une pointe de pipette.
- Ajouter 6 ul de 0,5 M Na-EDTA, pH 8,0 pour arrêter la réaction. Mis sur la glace.
- Centrifuger à 2000g pendant 4 min, éliminer le surnageant. Reprendre le culot dans 300 pl 0,2 mM Na-EDTA. Store sur la glace pendant 1 h avec pipetage doux occasionnels. (Ces conditions hypotoniques libérer nucléosomes libres de noyaux).
- Centrifuger à 3000 g pendant 4 min à 4 ° C. Enregistrer le surnageant, qui contient des nucléosomes libres, sur la glace.
- Reprendre le culot à nouveau avec 300 pl 0,2 mM Na-EDTA. Store sur la glace pendant 1 h avec pipetage doux occasionnels.
- Centrifuger à 3000g pour 4min à 4 ° C. Conservez le surnageant et de combiner avec le premier surnageant de l'étape 5. Les préparatifs résultant mononucleosome peut être aliquotés et conservés à -80 ° C.
Remarque: Le montant de la chromatine peuvent être grossièrement quantifiée en mesurant l'absorbance à 260 nm d'un échantillon de 10 ul ajouté à 990 pl d'eau. A 260 = 10 (après ajustement pour la dilution 1 / 100) correspond à environ 1mg/ml de la chromatine. En outre, durant la procédure ci-dessus, de petits échantillons peuvent être conservés et, plus tard analysés pour leur contenu en ADN pour contrôler la qualité et l'étendue des digestions MNase, qui devrait surtout contenir de l'ADN de 146 pb de longueur. L'échelonnement est indicatif de la digestion MNase incomplète.
Remarque: Fig.1 contient un résumé schématisés d'isolement nucléaire et les digestions MNase étapes.
4. Nucléosome-ELISA (NU-ELISA)
Nous détectons PTM sur les fractions contenant des espèces autochtones nuclesosomes intacts qui ont été immobilisés sur des plaques de microtitration de 96 puits ELISA. Pour chaque échantillon, nous faisons une série de deux dilutions, et elles sont appliquées sur des puits en triple exemplaire.
- Déposer sur des plaques MaxiSorp nuit à 4 ° C avec 50 ul / puits de nucléosomes dilués dans un tampon de revêtement. Suggestions de dilutions en série de nucléosomes sont préparés à partir de rangée du haut de la rangée du bas en ajoutant 0,1 mg, 0,05 mg, 0,025 mg, 0,0125 g, 0,00625 mg, 0,00313 mg, 0,00156 mg, avec le tampon seul revêtement (0 chromatine mg) dans le fond rangée. (Note: couvre la plaque sont nécessaires pour cette étape.)
- Dans la matinée, se laver les plaques 4 fois avec 200 pl / puits PBS/0.5% Tween-20 à température ambiante (TA) pour un total combiné de 10 min avec un laveur de plaques.
- Bloc 1 h à température ambiante avec 100 ul / puits PBS/0.05% de Tween-20 / 5% de BSA.
- Retirez le tampon de blocage en secouant la plaque inversée brusquementdessus d'un évier. Couvrez et conservez les plaques à -20 ° C, ou aller directement à l'étape suivante.
- Ajouter 1 ° Abs dans un volume de 50 pl / puits dilué 1:1000 (ou au besoin) dans PBS/0.05% de Tween-20 / 5% de BSA, incuber à température ambiante pendant 1 heure sur un agitateur.
- Laver les plaques 4 fois avec 200 pl / puits PBS/0.5% Tween-20 à température ambiante et pour un total combiné de 10 min dans un laveur de plaques.
- Ajouter la peroxydase de raifort (HRP) conjuguée à 2 ° Abs, dilué 1:5000 (ou au besoin) dans PBS/0.05% de Tween-20 / 5% de BSA à température ambiante pendant une heure sur un agitateur.
- Laver les plaques 4 fois avec 200 pl / puits PBS/0.5% de Tween-20. Chaque lavage est à température ambiante et pour un total de 10 minutes avec un laveur de plaques.
- Développer les plaques en ajoutant 50 pl de substrat TMB dans chaque puits pendant 10 min à température ambiante. Arrêter la réaction en ajoutant 50 pl / puits de 2N H 2 SO 4 et de lire les plaques de 450 nm. (Astuce: Centrifuger à 1500 rpm pendant 2 min à l'aide d'un rotor plaque à dissiper les bulles d'air dans le puits avant la lecture absorbances).
- Exporter les lectures de fichiers tableur pour des analyses quantitatives et statistiques.
Réactifs
| PBS / butyrate |
| 135 mM de NaCl |
| 2,5 mM de KCl |
| 8 mM Na 2 HPO 4 |
| 1,5 mM KH 2 PO 4 |
| 10 mM de Na-butyrate |
| Lysis Buffer |
| 250 mM de saccharose |
| 10 mM Tris-HCl, pH 7,4 |
| 10 mM de Na-butyrate |
| 4 mM de MgCl2 |
| 0,1% de Triton X-100 |
| Laver le tampon C |
| 250 mM de saccharose |
| 10 mM Tris-HCl, pH 7,4 |
| 10 mM de Na-butyrate |
| 4 mM de MgCl2 |
| Coussin de saccharose |
| 30% (p / v) de saccharose dans le tampon de lavage C |
| Microccocal nucléase Tampon |
| 5 mM NaPO 4 tampon, pH 7,0 |
| 0,025 mM CaCl 2 |
| Tampon de revêtement |
| Solution 80ml 170ml Solution A + B + 250ml dH 2 O |
| Solution A: 0,2 M Na 2 CO 3 |
| Solution B: 0,2 M de NaHCO 3 |
5. Les résultats représentatifs
En utilisant la méthode ELISA-NU, une série de plusieurs plaques identiques sont préparés qui peuvent être chargés avec la chromatine préparées sous la forme d'mononucleosomes. Nous préparent habituellement série de plaques à l'identique-chargés afin que chacun peut être sondé avec différents anti-PTM anticorps spécifiques (Abs). Nous avons également toujours préparer une plaque qui peut être sondé avec un Ab qui détecte les histones, sans égard à leur état de modification de chargement chromatine contrôle total. Ce contrôle est indispensable pour pouvoir ensuite comparer quantitativement le contenu du PTM nucléosomes préparés à partir d'échantillons différents. Pour quantifier les niveaux de PTM dans un échantillon donné, nous chromatine corriger les valeurs d'absorbance brutes en utilisant cette approche: d'abord, nous soustrayons tout signal de fond en utilisant les valeurs obtenues à partir de puits de contrôle ne contenant pas de chromatine (fond est généralement négligeable). Nous avons ensuite normaliser PTM signaux spécifiques aux NU-ELISA résultats obtenus à partir d'une plaque identique chargé qui a été dosé avec un Ab qui détecte nucléosomes indépendamment de leur état de modification. (Nous avons utilisé des anticorps polyclonaux dirigés spécifiques des histones H2A ou H2B à cet effet). Nous avons ensuite déterminer les moyens et les écarts pour chaque dilution de la chromatine, et utiliser les données obtenues à partir de la portion linéaire du test ELISA. Des exemples détaillés de NU-ELISA analyses mathématiques et statistiques ont été rapportés précédemment 4
Figure 1. Schéma Diagam des NU-ELISA étapes. A. Cellules mammifères sont récoltés; Noyaux B. sont séparés de cellules par Dounce homogenization, C. Perturbation cellules sont chargées sur le dessus d'un coussin de saccharose p / v 30%, D. Après centrifugation, les noyaux sont déposés dans le culot; E, F. chromatine sont digérées in situ à prédominance mononucleomes par MNase; G, H , je. mononucleosomes solubles sont extraites par un traitement hypotonique et centrifugation répétée de matières nucléaires résiduelles. Mononucleosomes juge à partir d'échantillons différents (SAMP étiquetés. 1 et 2 dans ce cas) sont enduits sur des puits de microtitration en série de manière identique-chargé avec des plaques et interrogé Le PTM-spécifiques Abs et PTM-Abs indépendante pour déterminer le chargement chromatine totale. Représentation des niveaux K. signal différentiel de détection dans deux échantillons qui diffèrent dans leur contenu PTM, mais ont les mêmes contenus chromatine globale, à en juger par les anti-H2B immunoréactivité.
Discussion
NU-ELISA fournit une méthode pour déterminer l'état mondial des PTM nucléosome présents dans un type cellulaire particulier. NU-ELISA études ont montré que mondiale états de modification du nucléosome diffèrent dans les comparaisons de types de cellules divergentes 4. En outre, les NU-ELISA profils PTM changer lorsque les cellules sont exposées à des agents modulateurs épigénétiques comme trichostatine-A ou lorsque les cellules de souris tige embyronic sont différenciées 4. La méthode a également été appliquée avec succès pour étudier la chromatine des cellules ES humaines 5. Il est important de noter la NU-ELISA, dans sa forme actuelle, ne peuvent détecter la signature composite de PTM présents dans la somme totale de l'épigénome cellulaire. Cela diffère nettement de l'ensemble du génome immunoprécipitation de la chromatine, qui peut déterminer la distribution d'un PTM spécifiques à travers des loci génétiques spécifiques.
Les étapes initiales de la procédure NU-ELISA sont adaptés à partir des méthodes précédentes pour isoler mononucleosomes à partir des noyaux de mammifères 6,7. Ces méthodes adaptées fournissent un moyen rapide d'obtenir de haute qualité mononucleosomes intacts de cellules de mammifères, et les fractions obtenues sont complètes dans leur contenu de la chromatine, mais contiennent beaucoup de matières nucléaires supplémentaires. Depuis Abs spécifiques sont utilisées, contaminent non nucléosomiques matériel est bien toléré dans le test ELISA-NU, à la différence de masse-spec approches qui nécessitent une plus grande pureté. Toutefois, NU-ELISA est plus sensible et plus quantitative que western blot 4, offrant ainsi de bonnes alternatives à des westerns et spectrométrie de masse pour la détection de PTM nucléosomes.
Disclosures
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Acknowledgments
Développement de la méthode ELISA-NU a été soutenue par NIH RO1AG023687.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Micrococcal Nucleae | Sigma-Aldrich | N3755 | Make aliquots of 2 U/10μl buffer, stored at -20°C |
| Nunc MaxiSorp Microtiter Plates | Fisher Scientific | 12-565-135 | Adhesive plate covers can also be ordered through Fisher |
| Automated Plate Washer | |||
| 1-Step TMB-ELISAsubstrate | Pierce, Thermo Scientific | 34028 | Store at 4°C pre-warm to RT before use or as directed on the specification sheet |
| Microtiter Plate Reader | Bio-Rad | Most colorimetric plate reader models are suitable |
References
- Luger, K., Mader, A. W., Richmond, R. K., Sargent, D. F., Richmond, T. J. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution. Nature. 389, 251-260 (1997).
- Jenuwein, T., Allis, C. D. Translating the histone code. Science. 293, 1074-1080 (2001).
- Turner, B. M. Histone acetylation and an epigenetic code. Bioessays. 22, 836-845 (2000).
- Dai, B., Rasmussen, T. P. Global epiproteomic signatures distinguish embryonic stem cells from differentiated cells. Stem Cells. 25, 2567-2574 (2007).
- Tanasijevic, B. Progressive accumulation of epigen etic heterogeneity during human ES cell culture. Epigenetics. 4, 330-338 (2009).
- Thomas, J. O. Isolation and fractionation of chromatin and linker histones. Chromatin: a practical approach. Gould, H. , Oxford University Press. Oxford. 12-14 (1998).
- Thorne, A. W., Cary, P. D., Crane-Robinson, C. Extraction and separation of core histones and non-histone chromosomal proteins. Chromatin: a practical approach. Gould, H. , Oxford University Press. Oxford. 38-39 (1998).
