Summary

Isolamento e coltura dei progenitori neurali seguito da immunoprecipitazione della cromatina di istone 3 lisina 79 Dimethylation Mark

Published: January 26, 2018
doi:

Summary

Presentiamo un metodo efficace e riproducibile per isolare e coltura di cellule progenitrici neurali dal tessuto di cervello embrionale e postnatale per immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) di istone 3 lisina 79 dimethylation (H3K79me2) – un contrassegno dell’istone si trova all’interno del dominio globulare dell’istone 3.

Abstract

Lo sviluppo del cervello è un processo complesso, che è controllato in maniera temporo-spaziale dai gradienti di morfogeni e diversi programmi trascrizionali. Inoltre, modificazioni epigenetiche della cromatina, come metilazione dell’istone, hanno un ruolo importante per stabilire e mantenere destini cellulari specifici all’interno di questo processo. La stragrande maggioranza di metilazione dell’istone si verifica sulla coda dell’istone flessibile, che è accessibile ai modificatori dell’istone, gomme e proteine istoniche lettore. Al contrario, H3K79 metilazione si trova nel dominio globulare dell’istone 3 ed è implicata in diverse funzioni evolutive. H3K79 metilazione è evolutivamente conservata e può essere trovata in una vasta gamma di specie da Homo sapiens di Saccharomyces cerevisiae. La modifica avviene in popolazioni differenti delle cellule all’interno di organismi, comprese le cellule progenitrici neurali. La posizione di metilazione di H3K79 nel dominio globulare dell’istone 3 lo rende difficile da valutare. Qui, presentiamo metodi per isolare e progenitrici corticale cultura cellule (CPCs) dal tessuto cerebrale corticale embrionale (E11.5-e. 14.5) o progenitori del neurone granulare cerebellare (CGNPs) dal tessuto postnatale (P5-P7) e in modo efficiente immunoprecipitate H3K79me2 per PCR quantitativa (qPCR) e sequenziamento del genoma.

Introduction

Le funzioni sensoriali, motorie e cognitive del cervello sono estremamente complessi e sensibili ai cambiamenti fisici ed ambientali. Il cervello è costituito da tre parti generali hind-, mid-e del forebrain, che sono profondamente collegati. All’interno del forebrain, telencefalo può essere diviso in un telencefalo dorsale (DT) e un ventrale telencefalo (VT). Il DT dei topi è costituito da sei strati corticali che si formano tra E11.5 ed E18.5 in un modo “inside-out”1. Il VT comprende le eminenze gangliare in sviluppo, che poi formano i gangli basali2,3. Diversi tipi di cellule possono essere classificati nel sistema nervoso centrale dei mammiferi quali neuroni, astrociti e oligodendrociti4, che si sviluppano in un modo temporo-spaziale5. In primo luogo, le cellule progenitrici neurali (NPC) danno origine a diversi tipi di neuroni, interneuroni nel VT e neuroni di proiezione nella DT e successivamente ai cellule gliali (ad es., gli astrociti6). Durante lo sviluppo corticale, lo strato più superficiale (strato I), che contiene le cellule di Cajal-Retzius, si forma dapprima. Quindi, tra 12.5 ed e 14.5, NPC generano più profondi strati neuronali (VI, V) mentre tra 14,5 e 16,5, progenitori danno origine al livello superiore (IV-II) neuroni7,8. Un neurone identità viene specificata da diversi programmi di transcriptional temporo-spaziale indotta da morfogeno e inoltre da epigenetici programmi2.

Il cervelletto, che è implicato nella coordinazione motoria, si trova del hindbrain e si sviluppa tra E10 e approssimativamente P20 in topi9. Esso contiene la corteccia cerebellare ed i nuclei cerebellari10. La corteccia cerebellare adulta è costituito da tre strati, lo strato molecolare più esterno, lo strato delle cellule di Purkinje e lo strato granulare più interno che contiene neuroni granulari10. Le cellule cerebellari del granello sono i neuroni più piccoli e rappresentano circa l’80% di tutti i neuroni nel cervello dei vertebrati11. Sviluppano da precursori che si trova nella zona germinale esterna e migrano attraverso lo strato di cellule di Purkinje al loro destinazione12. Come nel telencefalo, lo sviluppo del cervelletto è regolato da diversi importanti morfogeni, che hanno funzioni specifiche e spazio-temporale e avviare definiti programmi trascrizionali10.

Lo sviluppo degli strati corticali e cerebellari è controllato dall’espressione trascrizionale di specifici morfogeni e, quindi, dallo stato della cromatina del DNA. In una vista semplificata, gli Stati della cromatina è divisibile in euchromatin come trascrizionalmente attiva e l’eterocromatina come regioni transcriptionally silenziose. Il nucleosoma come unità di base della cromatina contiene due copie di ogni istone core H2A, H2B, H3 e H4, circondato da 147 paia di basi di DNA13. Gli istoni sono altamente traduzionalmente modificati di metilazione, acetilazione, fosforilazione, ubiquitinazione, sumoilazione, ADP-ribosylation, deaminazione e prolina isomerizzazione14,15. Metilazione dell’istone lisina è considerata il più stabile modifica dell’istone che controlla la trascrizione, replica, ricombinazione16, DNA-danno risposta17e imprinting genomico18. Lisine possono essere mono-, di- o tri-metilato19 e appaiono non solo sulle code degli istoni accessibile, ma anche all’interno del dominio globulare di istoni20. Iperomocisteinemici specifici alle H3K4 e H3K36 sono associate principalmente l’eucromatina, specifici iperomocisteinemici H3K9, H3K27 o H4K20 si trovano principalmente in regioni eterocromatiche, anche se tutti i residui sono situati entro l’istone coda14, 19,21. La metilazione di H3K79 si trova all’interno del dominio globulare istone ed è stata associata con l’attività trascrizionale, ma anche con regioni genomiche trascrizionalmente inerte22. La modifica è evolutivamente conservata poiché è stato osservato in lievito, timo di vitello, pollo e umano23. H3K79 mono, di e trimethylation (H3K79me1, me2, me3) sono catalizzate dalle istone metiltransferasi DOT1L24,25 e il nucleare SET dominio-contenente della proteina 2 (Nsd2)26. DOT1L è implicato nella proliferazione e riparazione del DNA cellulare riprogrammazione27. Perdita di Dot1l in topi porta ad una morte prenatale intorno la fase inerente allo sviluppo e 10.528,29. Durante lo sviluppo del cuore e nella differenziazione dei myocardiocyte, DOT1L è essenziale per gene espressione regolamento30. Nel sistema nervoso centrale, DOT1L funzione potrebbe essere implicato nel tubo neurale sviluppo31, è coinvolto nella soppressione Tbr1-espressione nel proencefalo sviluppo32e potrebbe funzionare nella regolazione di sforzo di ER geni di risposta33. Il contesto-dipendente attivando o reprimere azione di H3K79me, soprattutto con situazioni in vivo come lo sviluppo del sistema nervoso centrale, è ad oggi solo parzialmente capito32. Poiché H3K79 metilazione si trova nel dominio globulare dell’istone 3, è stericamente meno accessibile rispetto alle modifiche sui code istoniche flessibile23. Per comprendere la funzione di metilazione di H3K79, sono necessari metodi di analisi affidabili e riproducibili per determinare la sua posizione e ambiente genomica. In questa carta di metodi, presentiamo metodi di isolamento di diversi progenitori neurali (CPC per la corteccia) e CGNPs per il cervelletto, efficace trattamento dell’inibitore di DOT1L e un metodo di ChIP per analizzare la metilazione H3K79 via qPCR o sequenziamento in tempi diversi punti durante lo sviluppo corticale e cerebellare. Per una panoramica del protocollo e delle sue possibilità, Vedi Figura 1.

Protocol

Comitati di benessere degli animali delle autorità locali e Università di Friburgo ha approvato tutti gli esperimenti sugli animali (G12/13, G16/11) menzionati nel protocollo seguente. 1. preparati Preparazioni per l’isolamento del CPCs Impostare tempo accoppiamento per ottenere embrioni a diversi stadi di sviluppo della corteccia (tra E11.5 ed e 14.5). Utilizzare i topi del ceppo NMRI (Naval Medical Research Institute), che sono almeno 8 settimane di vi…

Representative Results

Schema generale di isolamento progenitrici neurali, coltivazione, metodi di analisi H3K79me2 ChIP e ChIP: La figura 1 Mostra un diagramma di flusso per eseguire H3K79me2 ChIP di cellule progenitrici corticale in diversi momenti durante lo sviluppo embrionale del cervello o dei progenitori del neurone granulare cerebellare nelle fasi post-natale. Come primo passo, il cervello deve essere isolato e il telencefalo (tra E11.5 ed e 14.5) o del cer…

Discussion

Ci sono due modi principali per eseguire immunoprecipitazione della cromatina per rilevare l’occupazione genomica di modificazioni istoniche, fattori di trascrizione, i lettori di codice dell’istone, scrittori o gomme. Uno è il metodo di ChIP nativo usando nucleasi digerita, nativo della cromatina per immunoprecipitazione, e l’altro è il metodo presentato utilizzando la cromatina PFA-fisso, tranciata, in cui i nucleosomes e altre proteine DNA-collegato sono covalentemente al DNA 39. ChIP nativo …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo Henriette Bertemes per aver contribuito a stabilire il protocollo di coltivazione CGN all’interno del laboratorio. Questa carta di metodo era sostenuta dall’epigenetica medica CRC992 DFG-finanziato dai finanziamenti alla TV. Gli autori riconoscono il supporto del Team Galassia Freiburg: Pavankumar Videm, Björn Grüning e Prof. ssa Rolf Backofen, bioinformatica, Università di Friburgo, in Germania, finanziato dal centro ricerca collaborativo 992 epigenetica medica (grant DFG SFB 992/1 2012) e Ministero federale tedesco dell’istruzione e della ricerca (BMBF grant 031 A538A RBC (de. NBI)).

Materials

Anti-GAPDH Abcam ab8245 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: Immunoblot dilution 1:5000
Anti-H3 Abcam ab1791 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: Immunoblot dilution 1:3000
Anti-H3K79me2 Diagenode pAb-051-050 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: ChIP antibody
Anti-H3K79me2 Abcam ab-051-050 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: Immunoblot dilution 1:1000
Anti-rabbit-IgG Diagenode C15410206 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: ChIP Ctrl antibody
Anti-Tubulin alpha Abcam ab108629 Category: Antibody
Abbreviation/Comment: Immunoblot dilution 1:3000
Apo-Transferrin (1 mg/ml) Sigma-Aldrich T1147 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
B27 Supplement (50x) Life Technologies 17504044 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
Bioanalyzer Agilent technologies G2940CA Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For analysis of sheared chromatin
Bioruptor NextGen Diagenode B01020001 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: Ultrasonicator
Boric acid pH 8.4 Sigma Aldrich B6768 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CPC culturing
CFX Connect RT PCR Detection System Bio-Rad 1855201 Category: ChIP Analysis
Abbreviation/Comment: Detection system for qPCR
DMEM-F12 Life Technologies 11320-033 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CGM
Dynabeads Protein A Invitrogen 10001D Category: ChIP
Abbreviation/Comment: Magnetic beads, for ChIP
EPZ-5676 Selleckchem S7062 Category: DOT1L inhibition
Abbreviation/Comment: For DOT1L inhibition in cell culture
Ethylenediamine tetraacetic acid SERVA 39760.01 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: EDTA
Fetal Bovine Serum 10% (v/v) Gibco 10082147 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CPC isolation and CGM
Glucose Sigma-Aldrich G5767 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CGNP isolation
Glutathione (1.25 mg/ml) Sigma-Aldrich G4251 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
Glycine Carl Roth 3187 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For cell fixation
GoTaq mastermix Promega A6002 Category: ChIP Analysis
Abbreviation/Comment: DNA polymerase master mix for qPCR
Hank’s Balanced Salt Solution Life Technologies 14025-100 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: HBSS
L-glutamine (200 mM) Life Technologies 25030081 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
Laminin Sigma-Aldrich L2020 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CPC culturing
Lithium chloride Sigma-Aldrich L4408 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: LiCl
N2 supplement Life Technologies 17502048 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CGM
NanoDrop 3300 Thermo Fisher 3300 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: Fluorospectrometer for DNA quantification
NEB Next Ultra DNA Library Prep Kit for Illumina NEB E7645S Category: ChIP Analysis
Abbreviation/Comment: Kit for Library preparation
NEBNext Multiplex Oligos for Illumina NEB E7335 Category: ChIP Analysis
Abbreviation/Comment: Oligos for Library preparation
Neurobasal medium Gibco 21103049 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
NP-40 Alternative Calbiochem 492016 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP buffer
Paraformaldehyde Carl Roth 335 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: PFA, for cell fixation
Penicillin-Streptomycin-Neomycin 1% (v/v) Life Technologies 15640055 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: PSN, for CCM and CGM
Phosphate buffered saline Life Technologies 10010023 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: PBS, for CPC isolation
PicoGreen Kit Thermo Fisher P11496 Category: ChIP Analysis
Abbreviation/Comment: Visualizing dye for DNA quantification
Poly-D-lysine Sigma-Aldrich P6407 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CGNP isolation
Poly-L-ornithine hydrobromide Sigma Aldrich P3655 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CPC culturing
Potassium chloride Thermo Fisher AM9640G Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: KCl, for CGM
Protease inhibitor Roche 4693159001 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP
Proteinase K Sigma-Aldrich 3115879001 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP
Qiagen MinElute Qiagen 28004 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: Kit for DNA purification
RNAse Sigma-Aldrich R6513 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP
SGC0946 Selleckchem S7079 Category: DOT1L inhibition
Abbreviation/Comment: For DOT1L inhibition in cell culture
Sodium bicarbonate Carl Roth 8551.1 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: for Elution buffer
Sodium chloride Carl Roth 9265 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: NaCl, for ChIP buffer
Sodium deoxycholate Sigma-Aldrich 30970 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP
Sodium dodecylsulfate Carl Roth 183 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: SDS, for ChIP
Sonic hedgehock (SHH) Sigma-Aldrich SRP6004 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CGNP isolation
Superoxide dismutase (1mg/ml) Sigma-Aldrich S7571 Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CCM
Tris(hydroxymethyl)aminomethane Carl Roth 9090 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: TRIS, for ChIP buffer
Triton X-100 Carl Roth X100 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For ChIP buffer
Trypsin-EDTA 0,05% (w/v) Sigma Aldrich 59417C Category: Cell culture
Abbreviation/Comment: For CPC isolation
Tween20 Carl Roth 28320 Category: ChIP
Abbreviation/Comment: For bead preparation
Other Lab devices: Neubauer counting chamber, Incubator, Rotator, Shaker, Disection set, Water bath
CCM: Cortical cell medium
CGM: CGNP cell culture medium

References

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Bovio, P., Roidl, D., Heidrich, S., Vogel, T., Franz, H. Isolation and Cultivation of Neural Progenitors Followed by Chromatin-Immunoprecipitation of Histone 3 Lysine 79 Dimethylation Mark. J. Vis. Exp. (131), e56631, doi:10.3791/56631 (2018).

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