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Genetics

Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) Histon-Modifikationen von Saccharomyces cerevisiae

Published: December 29, 2017 doi: 10.3791/57080

Summary

Hier beschreiben wir ein Protokoll für Chromatin Immunopräzipitation der geänderten Histone aus der angehende Hefe Saccharomyces Cerevisiae. Immunoprecipitated DNA wird anschließend für die quantitative PCR verwendet, um die Fülle und die Lokalisierung von Histon post-translationalen Modifikationen während des Genoms zu befragen.

Abstract

Histon post-translationalen Modifikationen (PTMs), wie Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung, sind dynamisch geregelt durch eine Reihe von Enzymen, die hinzufügen oder entfernen Sie diese Zeichen in Reaktion auf Signale, die von der Zelle. Diese PTMS sind wichtige Mitwirkende bei der Regulierung von Prozessen wie gen-Expressions und DNA zu reparieren. Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) ist eine instrumentale Ansatz für sezieren die Fülle und die Lokalisierung von vielen Histon PTMs im gesamten Genom als Reaktion auf verschiedene Störungen in der Zelle gewesen. Hier ist eine vielseitige Methode zur Durchführung von ChIP posttranslational modifizierte Histone aus der angehende Hefe Saccharomyces Cerevisiae (S. Cerevisiae) beschrieben. Diese Methode beruht auf der Vernetzung von Proteinen und DNA mit Formaldehyd Behandlung von Hefekulturen, Generierung von Hefe Lysates durch Wulst schlagen, Solubilisierung der Chromatin-Fragmente von micrococcal Nuklease und Immunopräzipitation der Histon-DNA -komplexe. DNA, verbunden mit dem Histon-Zeichen von Interesse ist gereinigt und quantitative PCR-Analysen, seine Anreicherung an mehrere Loci während des Genoms zu bewerten unterzogen. Repräsentative Experimente sondieren die Lokalisierung der Histon-Marken H3K4me2 und H4K16ac in Wildtyp und Mutanten Hefe werden diskutiert, um Datenanalyse und Interpretation zu demonstrieren. Diese Methode eignet sich für eine Vielzahl von Histon PTMs und kann mit verschiedenen mutierte Stämme oder in Gegenwart von verschiedenen Umweltbelastungen, so dass es ein ausgezeichnetes Werkzeug für die Untersuchung von Veränderungen in der Chromatin-Dynamik unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden.

Introduction

Die dynamische Post-translationale Modifikation (PTM) der Histone ist eine wichtige Regulationsmechanismus für viele DNA-templated Prozesse, einschließlich Transkription, Replikation und DNA-Reparatur1,2. Die Fähigkeit, die Fülle und die präzise Lokalisierung der geänderten Histone mit dieser Prozesse zu bestimmen ist daher entscheidend für ihre Verordnung unter verschiedenen Bedingungen in der Zelle zu verstehen. Die Entwicklung von Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) als eine Methode weitgehend entstammte biochemische Untersuchungen der Interaktionen von Proteinen mit DNA, insbesondere in-vitro- Methoden mit chemischen Vernetzer, gepaart mit zu bewerten die Dynamik der Protein-DNA-Wechselwirkungen in Vivo und in bestimmten Regionen des Genoms3,4,5. Die Weiterentwicklung der quantitativen PCR (qPCR) und Sequenziertechnologien hat auch die Fähigkeit zur ChIP-Experimente mit quantitative Vergleiche und in ganzer Genome, so dass es ein leistungsfähiges Werkzeug für DNA-Protein Interaktionen zu sezieren erweitert. mehrere Ebenen.

Derzeit ist ChIP eine gewünschte Methode für jede Forschungsgruppe Chromatin-vermittelte Regulation des Genoms interessiert, da gibt es keine vergleichbaren Methoden für direkt befragen die physikalische Verbindung zwischen eine modifizierte Histon und einer spezifischen genomischen Locus in Vivo. Obwohl Variationen dieser Methode mit der Sequenzierung der nächsten Generation zuordnen Histon Änderungen im gesamten Genom6,7 verfügbar sind, können diese Ansätze richten verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen und deren Umfang, Kosten und technische Ressourcen können für einige Forschungsgruppen zu begrenzen. Darüber hinaus gezielte ChIP-qPCR ist notwendig, diese ergänzen Ansätze durch die Bereitstellung von Methoden, um beide zu optimieren das ChIP-Protokoll vor der Sequenzierung und Ergebnisse aus der epigenomischen-Datasets zu validieren. Massenspektrometrie basierte Ansätze für identifizieren die volle Ergänzung von Histon Marken genomische Regionen zugeordnet auch haben8,9,10,11, doch tauchten diese Ansätze haben einige Einschränkungen in Bezug auf die Regionen des Genoms sondiert werden können und sie erfordern Fachwissen und Instrumentierung, die nicht zur Verfügung, um alle Forschungsgruppen werden. ChIP bleibt daher eine grundlegende Methode für die Analyse, die Fülle und den Vertrieb von Histon-Modifikationen unter unterschiedlichen Bedingungen für alle Forschungsgruppen Epigenetik, Chromatin und die Regulierung der genomischen Funktionen interessiert.

Hier beschreiben wir eine Methode für sein Modell die ChIP mit den angehenden Hefe Saccharomyces Cerevisiae (S. Cerevisiae) um die Verteilung von Histon PTMs im Chromatin zu untersuchen. Dieser Ansatz stützt sich auf eine Reihe von Kernkomponenten des ChIP-Protokolle in Hefe entwickelt und galt auch für diverse Modell Systeme12,13. Wechselwirkungen zwischen geänderten Histone und DNA in der Zelle sind durch Vernetzung mit Formaldehyd konserviert. Nach lysate Vorbereitung sind Chromatin Fragmente in gleichmäßig große Fragmente durch Vergärung mit micrococcal Nuklease solubilisiert. Immunopräzipitation der geänderten Histone erfolgt mit kommerziellen oder Labor erzeugten Antikörper und alle damit verbundenen DNA isoliert und analysiert für die Anreicherung an bestimmten genomische Regionen mit qPCR (Abbildung 1). Für viele Histon-Modifikationen reicht die Menge an DNA erhalten aus diesem Protokoll mehr als 25 verschiedenen genomic Loci von qPCR getestet.

Diese ChIP-Methode ist sehr vielseitig für die Überwachung der Verteilung einer einzelnen Histon-Modifikation über mehrere mutierte Stämme oder Umweltbedingungen oder in Wildtyp-Zellen bei einer Reihe von genomic Loci zu Testzwecken mehrere Histon-Modifikationen. Darüber hinaus sind zahlreiche Komponenten des Protokolls leicht einstellbar, Erkennung von entweder hoch - oder niedrigen-reichlich vorhandene Histon-Marken zu optimieren. Schließlich bietet angehenden Hefe ChIP der geänderten Histone bei die Möglichkeit, wichtige Kontrollen für Antikörperbesonderheit, die weitgehend in andere Systeme nicht verfügbar sind. Nämlich Hefestämme erzeugt werden können, den Punktmutationen in Histon Rückstände zu tragen, die für eine Änderung ausgerichtet sind, und in einigen Fällen gibt es nur ein einziges Enzym, die Änderung auf einen bestimmten Histon-Rückstand katalysiert (zB. Histon Lysin Methyltransferasen). Daher kann ChIP durchgeführt werden, entweder die Histon Mutant oder Enzym Löschung Stämme, inwieweit assay auf die unspezifische Bindung des Antikörpers kann auftreten und falsch positive Ergebnisse generieren. Diese Kontrolle ist besonders wertvoll für die neu entwickelten Antikörper und kann auch verwendet werden, um Antikörper Spezifität für konservierte Histon Änderungen vor ihrer Verwendung in anderen Systemen zu überprüfen. Dieser Ansatz ergänzt andere Methoden um Antikörperbesonderheit zu testen, die Unterscheidung zwischen den verschiedenen Modifikation Staaten (z. B. Mono-, di- und Tri-Methylierung), einschließlich Sondierung Arrays modifizierte Peptide und westliche Flecken der Histone durchführen oder Nukleosomen mit definierten Modifikationen. Insgesamt ist ChIP in der angehenden Hefe eine leistungsfähige Methode für die Bewertung der Dynamik der Histon PTMs im gesamten Genom und sezieren die Mechanismen ihrer Regulierung.

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Protocol

1. Pre-binden Sie Antikörper gegen magnetische Beads

  1. Das Protein A/G magnetische Beads gut mischen und 20 µL des magnetischen Kügelchen je ein Immunopräzipitation (IP) Probe auf einem 1,5 mL-Tube übertragen.
    Hinweis: Wenn Perlen pipettieren, verwenden Sie weite Bohrung, Low Retention Spitzen.
  2. Legen Sie das Rohr mit Perlen in einem Magnetstativ und ermöglichen Sie Perlen zu sammeln auf Seite des Rohres zu. Den Überstand zu entfernen.
  3. Waschen Sie die Perlen 3 Mal mit 1 mL kalte Tris gepufferte Kochsalzlösung (TBS) (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl).
  4. Perlen und entsprechende Menge des Antikörpers 200 µL des TBS hinzufügen. Drehen Sie bei 8 u/min bei 4 ° c über Nacht
    Hinweis: Für viele Histon-PTM-Antikörper reicht 1 bis 3 µg des Antikörpers pro IP. Titration Experimente werden jedoch empfohlen, um angemessene Konzentrationen festzustellen. Empfohlenen Konzentrationen gut charakterisierten, kommerzielle Histon-PTM-Antikörper sind oft genau und finden Sie in den veröffentlichten Berichten oder Produkt-Literatur.
  5. Die Perlen in einem Magnetstativ und Entfernen des Überstands. Waschen Sie sie mit 1 mL TBS.
  6. Aufschwemmen der Perlen 20 µL des TBS pro IP Probe plus eine zusätzliche 5 µL (Pipettier Fehlerfall) TBS.
    Hinweis: Die Perlen können kurzfristig bei 4 ° C bis zum Gebrauch gespeichert werden.

(2) Hefezellen wachsen

  1. 10 mL YPD (10 % Hefeextrakt, 20 % Pepton und 20 % Traubenzucker) mit einer einzigen Kolonie der entsprechenden Sorte zu impfen und bei 30 ° C über Nacht in einem schütteln Inkubator bei 220 u/min zu wachsen.
  2. Messung die optische Dichte bei 600 nm (OD600) die Hefekultur mit einem Spektralphotometer. Verdünnen Sie die Kultur, die eine OD600 = 0,2 in 100 mL YPD in eine neue Flasche.
  3. Wachsen die Zellen bei 30 ° C in einem schütteln Inkubator bei 220 u/min, bis sie Mitte des Log-Phase erreichen (OD600 = 0,6-0,8).

3. in-Vivo -Vernetzung von Proteinen, DNA

  1. Wenn Kulturen Mid Log-Phase erreichen, hinzugeben Sie 2,7 mL 37 % Formaldehyd direkt auf das Medium für eine Endkonzentration von 1 % Formaldehyd. Übertragen Sie den Kolben auf einen Shaker bei 25 ° C (oder Raumtemperatur) und 50 u/min für 15 min schütteln.
  2. Das Medium 5 mL 2,5 M Glycin hinzufügen und weiter Schütteln bei 50 u/min bei Raumtemperatur für 5 min um das Formaldehyd zu stillen.
  3. Transfer der Zellen, um die Zentrifuge Flaschen und drehen Sie die Zellen bei 5800 X g für 5 min bei 4 ° C. Dekantieren Sie überstand.
    1. Waschen Sie die Zellen mit der resuspending sie in 45 mL kaltem TBS und übertragen Sie die Aussetzung in ein 50 mL konische Röhrchen. Drehen Sie das Rohr auf 2800 X g für 3 min bei 4 ° C. Den Überstand zu entfernen.
    2. Waschen Sie die Zellen in 10 mL kalten Lysis Puffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl, 1 mM Ethylenediaminetetraacetic Säure (EDTA), 1 % Nonidet Octyl Phenoxypolyethoxylethanol (NP-40) Chip, bei 4 ° C gelagert).
    3. Drehen Sie die Zellen bei 2800 X g für 3 min bei 4 ° C. Den Überstand zu entfernen.
      Hinweis: Zellen können mit flüssigem Stickstoff eingefroren und bei-80 ° C bis zur Weiterverarbeitung gelagert.

4. machen Sie Hefe Lysates

  1. Die Zellen in 1 mL kalte ChIP Lysis Puffer mit 1 mM Phenylmethylsulfonyl Fluorid (PMSF) und 1:1,000 Verdünnung der Hefe-Protease-Inhibitor cocktail aufzuwirbeln. Übertragen Sie die Aussetzung auf eine 2,0 mL-Schraubverschluss-Röhrchen mit 200 µL von Glasperlen.
  2. Übertragen Sie die Zellen auf eine Perle schlagen Apparat für high-Speed-Agitation bei 4 ° C und Wulst beat 6 Mal für 30 s. Halten Sie die Zellen auf Eis für mindestens 1 Minute zwischen jede Perle zu schlagen.
  3. Übertragen Sie auf einer 1,5 mL-Tube mit Gel laden Tipps der lysate. Zentrifugieren der lysate 15.500 x g für 20 min bei 4 ° C.
  4. Den Überstand verwerfen und erneut das Pellet in 250 µL MNase Verdauung Puffer (10 mM Tris-HCl pH 7,5, 10 mM NaCl, 3 mM MgCl2, 21 mM CaCl2, 1 % NP-40, bei 4 ° C gelagert) durch sanft auf und ab pipettieren.
  5. Die Reaktionen 2,5 µL MNase hinzufügen. Mischen Sie sie sanft durch invertieren 4-6 Mal und es sofort im Wasserbad 37 ° C für 20 min inkubieren.
    Hinweis: Digest Bedingungen sollten optimiert werden, wenn eine neue Aktie der MNase verwendet wird. Siehe Schritt 10 des Protokolls.
  6. Legen Sie die Rohre sofort auf Eis, um die Reaktion zu stoppen, und fügen Sie 5 µL 0,5 M EDTA für eine Endkonzentration von 10 mM EDTA. Mischen Sie sie sanft durch Umkehrung.
  7. Zentrifugieren Sie die Reaktion bei 15.500 x g für 15 min bei 4 ° C und übertragen Sie den Überstand auf eine neue 1,5 mL Tube.
    Hinweis: Lösliche (verdaut) Chromatin werden im Überstand. Die Tablette enthält alles unverdaut und unlöslichen Zellenrückstand.

5. Immunoprecipitate (IP) modifiziert Histone

  1. Bestimmen Sie die Konzentration des Proteins der einzelnen MNase veröffentlicht Chromatin-Fraktionen mit einem Bradford-Assay. Fügen Sie 1 mL der Bradford-Reagenz zu jedem der 8 verfügbaren Küvetten plus 1 zusätzliche Küvette für jedes Protein Sample getestet werden.
    1. Bereiten Sie eine Stammlösung von 2 mg/mL Rinderserumalbumin (BSA).
    2. Fügen Sie das entsprechende Volumen um die folgenden Konzentrationen von BSA in 1 mL der Bradford-Reagenz zu erreichen: 0 μg/mL, 0,5 μg/mL, 1 μg/mL, 2 µg/mL, 4 μg/mL, 6 μg/mL, 8 μg/mL und 10 μg/mL. Die zusätzliche Küvetten 2 μL des Bruches MNase veröffentlicht Chromatin hinzufügen.
    3. Decken Sie die Spitze der einzelnen Küvette mit einem kleinen Stück Parafilm und invertieren die Küvetten 4-6 Mal die Lösung gut mischen. Inkubieren Sie die Küvetten bei Raumtemperatur für 15 min.
    4. Mit einem sichtbaren Licht Spektralphotometer messen die Extinktion bei 595 nm für die Standardkurve und experimentellen Proben.
      Hinweis: Verwenden Sie die Küvette ohne BSA (0 μg/mL), das Spektrophotometer vor der ersten Messung leer.
    5. Zeichnen Sie eine Standardkurve über die Extinktion-Werte für die unterschiedlichen Konzentrationen von BSA auf Software verbunden mit dem Spektralphotometer oder Tabellenkalkulations-Software. Anhand der Standardkurve und den Verdünnungsfaktor verwendet (1: 500), verwenden Sie die Absorption Werte um die Proteinkonzentration für jede der Chromatin Bruchteil Proben zu berechnen.
  2. Fügen Sie für jede IP 50 µg Gesamt-Protein aus der MNase veröffentlicht Chromatin-Fraktion auf ChIP Lysis Puffer zu einem Endvolumen von 1 mL zu erreichen hinzu.
    Hinweis: Wenn mehr als eine IP-Adresse pro lysate einrichten, um ein master-Mix von der lysate und ChIP Lysis Puffer und aliquoten 1 mL zu einzelnen Rohre für die IP-Adresse.
  3. Entfernen Sie 100 µL aus der IP-Mix, als das Eingabesample zu verarbeiten. Fixieren Sie das Eingabesample bei-20 ° C bis Schritt 7.1.
    Hinweis: Alle verbleibenden Chromatin-Probe kann auch bei-20 ° C eingefroren und bei Bedarf für eine spätere IP verwendet.
  4. Fügen Sie 20 µL des magnetischen Protein A/G Perlen mit Antikörper gegen jede IP-Probe bereits gebunden.
Drehen Sie die Probe mit 8 u/min für 3 h (Standard) oder über Nacht (falls gewünscht) bei 4 ° C.

6. Waschen Sie IPs und eluieren Sie Histon-DNA-komplexen

  1. Die Röhren in einem Magnetstativ und lassen Sie Perlen auf der Seite der Röhre zu sammeln. Entfernen Sie den Überstand mit einer Pipette. Waschen Sie die Perlen nacheinander mit 1 mL eines jeden der Puffer unten.
    1. Führen Sie jedem Waschgang indem drehen bei 8 u/min für 5 min bei 4 ° C, Perlen in einem Magnetstativ, überstand entfernen und Hinzufügen von nächste Puffer: 2 X - ChIP Lysis Puffer, 2 X - hohe Salz Waschpuffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 500 mM NaCl, 1 mM EDTA 1 % NP-40, bei 4 ° C gelagert), 1 X - LiCI/Reinigungsmittel Waschpuffer (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 250 mM LiCI, 1 mM EDTA, 1 NP-40 %, 1 % Natrium Deoxycholate, bei 4 ° C gelagert), 1 X - TE (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 1 mM EDTA, bei 4 ° C gelagert) und 1 X - TE.
    2. Übertragen Sie mit letzten TE waschen Perlen auf eine neue Röhre mit 0,5 mL TE, übertragen die meisten Perlen, dann eine weitere 0,5 mL TE zu waschen das Rohr und übertragen die restlichen Perlen.
  2. Fügen Sie 250 µL frisch zubereiteten ChIP Elution Buffer (1 % SDS, 1 mM Nahco33). Wirbel die Lösung kurz. Drehen Sie die Proben bei 8 u/min für 15 min bei Raumtemperatur.
  3. Rohr in einem Magnetstativ und sammeln Sie die Perlen zu. Sorgfältig übertragen Sie den Überstand zu, zu einem neuen Schlauch und vermeiden Sie die Perlen.
    Hinweis: Das Eluat enthält Immunoprecipitated Proteine und damit verbundenen DNA.
  4. Hinzu kommt eine weitere 250 µL ChIP Elution Buffer Perlen. Drehen Sie die Proben bei 8 u/min für 15 min bei Raumtemperatur.
  5. Übertragen Sie den Überstand sorgfältig auf das Röhrchen mit der ersten Elution. Entfernen Sie ggf. ein kleineres Volumen (240 µL) für alle IPs zu vermeiden, die Perlen zu stören.

7. rückwärts Protein-DNA vernetzt

  1. Die Eingabesamples Auftauen und 400 µL ChIP Elution Buffer zu jeder Eingabe hinzufügen.
  2. Eingang und IP-Proben fügen Sie 20 µL 5 M NaCl 5 µL von 20 mg/mL Glykogen und 12,5 µL von 20 mg/mL Proteinase K. Mix gut durch invertieren oder Rohre streichen hinzu. Über Nacht inkubieren Sie die Proben im Wasserbad 65 ° C.

8. reinigen und DNA zu konzentrieren

  1. Am Eingang und IP-Proben 10 µL von 10mg/mL RNase A hinzufügen. Inkubieren Sie die Proben im Wasserbad 37 ° C für 30 min.
  2. Die wässrige Lösung 600 µL Phenol: Chlorofrom:isoamyl Alkohol (25:24:1 PCI) hinzufügen und gut mischen. Drehen sie mit 15.500 x g für 5 min bei Raumtemperatur.
    1. Entfernen Sie die wässrige Schicht zu einem neuen Schlauch. 600 µL des PCI-Standards hinzufügen und gut mischen. Drehen Sie das Rohr auf 15.500 x g für 5 min bei Raumtemperatur. Übertragen Sie die wässrige Schicht auf einen neuen Schlauch.
      Achtung: Arbeiten in der Dunstabzugshaube und tragen geeigneten persönlichen Schutzausrüstung bei der Arbeit mit PCI. Flüssige und feste Abfälle zu entsorgen, wie institutionelle Richtlinien angewiesen.
  3. Fügen Sie 0,1 X Volumen von 3M Natriumacetat und 1 mL kalte 100 % Ethanol, die DNA auszufällen. Invertieren den Schlauch 4 - 6 Mal die Lösung gut mischen. Über Nacht bei-20 ° C inkubieren.
    1. Drehen Sie das Rohr auf 15.500 x g für 20 min bei 4 ° C. Entfernen Sie vorsichtig den Überstand mit einer Pipette.
    2. Gewaschen Sie das Pellet in 1 mL kaltem 70 % igem Ethanol werden. Drehen sie bei 15.500 x g für 10 min bei 4 ° C. Entfernen Sie vorsichtig den Überstand mit einer Pipette.
    3. An der Luft trocknen Sie die Pellets in der Haube für ca. 20 min (bis es komplett trocken). IP-Proben in 50 µL Nuklease-freies Wasser Aufschwemmen und Eingabesamples in 100 µL Nuklease-freies Wasser Aufschwemmen. Lagern Sie die DNA-Proben bei-20 ° C bis zur Durchführung qPCR.

9. Quantitative PCR (qPCR) erkennen bereichert genomische Regionen

  1. Machen Sie einen qPCR-master-Mix für jeden Satz von Primern. Eine mögliche Reaktion enthält 5 µL 2 X qPCR-Mix, 0,25 µL 20 µM vorwärts Grundierung und 0,25 µL 20 µM-rückwärts-Primer.
    Hinweis: Die richtige Grundierung Gestaltung und Prüfung für qPCR Experimente sind an anderer Stelle beschrieben14,15,16.
  2. DNA-master Mix für jede DNA-Probe zu machen. Eine mögliche Reaktion enthält 0,5 µL DNA und 4.0 µL Nuklease-freies Wasser.
  3. Jede Vertiefung auf einer qPCR 384-Well-Platte 5,5 µL der entsprechenden Grundierung-master-Mix und 4,5 µL der entsprechenden DNA-master-Mix hinzufügen.
    Hinweis: Starten Sie mit dem Hinzufügen von 5,5 µL der Primer-Mix in jede Vertiefung. Drehen Sie die Platte 200 X g für 1 min bei Raumtemperatur vor dem Hinzufügen von 4,5 µL DNA-Mix.
  4. Die Dichtung an der Platte und Spin 200 X g für 1 min bei Raumtemperatur zu halten.
  5. QPCR mit einem Echtzeit-qPCR-System mit den folgenden Bedingungen durchzuführen: 95 ° C für 3 min; 40 Zyklen von 95 ° C für 10 s, 55 ° C für 30 s; schmelzenden Kurve 65 ° C bis 95 ° C in 0,5 ° C-Schritten, 5 s.
  6. Für jede Primerpaar berechnet die prozentuale Eingabe der IP-Probe im Vergleich zu den 5 % Eingabesample in der qPCR verwendet. Nutzen Sie Mittel der technischen PCR-Triplicates, um die Berechnungen durchzuführen.
    Hinweis: Wenn erhebliche Unterschiede in der PCR Triplicates eingehalten wird, ist es am besten, die qPCR mit Augenmerk auf master-Mix Zusammensetzung, Pipettieren Fehler und Kreuzkontaminationen zwischen Brunnen in 384-Well-Platte zu wiederholen.
    1. Passen Sie die Cq Werte für die Eingabe zu 100 % durch die Anzahl der Zyklen, die Vertretung des Verdünnungsfaktor von Cq-Rohwerte subtrahieren.
      Hinweis: Fünf Prozent Eingang steht ein Verdünnungsfaktor 20-fache, das 4,32 Zyklen entspricht (log2 20 = 4.32).
    2. Berechnen Sie den Eingang als 2 Prozent ^ (CqEingang - CqIP) multipliziert mit 100.

10. Bedingungen Sie MNase Digest (empfohlen vor dem ersten vollen ChIP Experiment)

  1. Führen Sie die Schritte 2.1 bis 4.4 des vorhergehenden Protokolls. Scale-up des Protokolls, genug für mehrere Proben von MNase Verdauung des Pellet-Chromatin-haltigen lysate zu generieren. Bei Schritt 4.4 Aufschwemmen der Pellets in 1,25 mL MNase Verdauung Puffer. Aliquot zu 5 Proben Rohre so, dass jeder enthält 250 µL des Chromatins Pellet-Nukleinsäuretablette in MNase Verdauung Puffer.
  2. Fügen Sie 0, 1,5, 2,5 oder 5 µL MNase für jedes Rohr. Mischen Sie sie sanft durch invertieren 4-6 Mal und sofort die Rohre im Wasserbad 37 ° C für 20 min inkubieren.
  3. Stopp-Reaktionen sofort Rohre auf dem Eis und Hinzufügen von 5 µL 0,5 M EDTA für eine Endkonzentration von 10 mM.
Mischen Sie durch Umkehrung der Lösung vorsichtig.
  • Schläuche am 15.500 x g für 15 min bei 4 ° C zentrifugiert und den Überstand auf eine neue 1,5 mL Tube übertragen.
  • 1 % Endkonzentration (25 µL der Stammlösung 10 %) und Nahco33 bis 0,1 M Endkonzentration (25 µL der Stammlösung 1 M) zu den Beispielen in den 1,5 mL Röhrchen SDS hinzufügen.
  • Die Proben in den 1,5 mL Röhrchen 20 µL 5M NaCl 5 µL von Glykogen und 12,5 µL 20mg/mL Proteinase K hinzugefügt werden. Inkubieren sie bei 65 ° C über Nacht.
  • Fügen Sie 10 µL 10 mg/mL RNaseA. Bei 37 ° C für 30 min inkubieren.
  • Die wässrige Lösung 300 µL des PCI-Standards hinzufügen und gut mischen. Drehen Sie mit 15.500 x g für 5 min bei Raumtemperatur.
    1. Entfernen Sie wässrige Schicht zu einem neuen Schlauch. 300 µL des PCI-Standards hinzufügen und gut verrühren. Drehen Sie mit 15.500 x g für 5 min bei Raumtemperatur. Übertragen Sie wässrige Schicht auf einen neuen Schlauch.
  • Fügen Sie 0,1 X Volumen von 3 M Natriumacetat (in der Regel ~ 30 µL) und 1 mL kalte 100 % Ethanol, die DNA auszufällen. Invertieren den Schlauch 4 - 6 mal gut mischen. Über Nacht inkubieren Sie das Rohr bei-80 ° C für 1 h oder-20 ° C.
    1. Drehen Sie das Rohr auf 15.500 x g für 20 min bei 4° C. Überstand mit einer Pipette vorsichtig zu entfernen.
    2. Gewaschen Sie die Pellets in 1 mL kaltem 70 % igem Ethanol werden. Drehen Sie mit 15.500 x g für 10 min bei 4 ° C.
    3. Lassen Sie die Pellets in die Haube ca. 20 min (oder bis es komplett trocken) an der Luft trocknen. Die Pellets in 30 µL Nuklease-freies Wasser Aufschwemmen.
  • Fügen Sie die DNA loading Dye und laufen 20 µL auf ein 2 % Agarose Gel visualisieren verdaut DNA.
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    Representative Results

    Ein wesentlicher Bestandteil dieses Protokolls wird die Konzentration der micrococcal Nuklease (MNase) verwendet, um das Chromatin in lösliche Fragmente zu verdauen, wie in Schritt 10 beschrieben optimiert. Dies ist wichtig für den Erhalt der hochauflösenden Daten über die Verteilung der Histon-Modifikationen an genomischen Regionen von Interesse. Ein MNase Titration sollte durchgeführt werden, um festzustellen, die am besten geeignete Konzentration in erster Linie Mono-Nukleosomen mit einer kleineren Menge von di-Nukleosomen in der löslichen Chromatin-Fraktion zu erreichen. Dies kann sichtbar gemacht werden durch die Extraktion der DNS nach MNase Verdauung des Pellet-Chromatin-haltigen und Durchführung Agarose gel Elektrophorese (Abbildung 2). Bei der Erstellung des hier verwendeten MNase 2,5 µL Enzym bei 20 Einheiten/µL produziert überwiegend Mono-Nukleosomen, und deshalb wurde dieser Betrag für den ChIP verwendet.

    Zwei Sätze von repräsentative Ergebnisse sind für diese ChIP-Prozedur (Abbildung 3) gezeigt. Im ersten Beispiel wird ein Histon-Methyl-Mark in Wildtyp-Zellen oder Zellen fehlt die Methyltransferase, die diese Marke katalysiert ausgewertet. Insbesondere wurde ChIP mit einem Antikörper gegen H3K4me2 sowie gegen Histon H3 als Kontrolle in Wildtyp und set1Δ Zellen durchgeführt. H3K4me2 lokalisiert in erster Linie nur flussabwärts der Transkription Startseite am 5'-Ende der Codierung Regionen und bei fehlender Set1, nicht H3K4me2 in Zellen17,18,19erkannt werden. Set1Δ Stamm dient daher zur Kontrolle um die Höhe der Hintergrundsignal anzugeben, die unspezifische Bindung anderer Histon Spuren oder DNA an den Antikörper zugeschrieben werden kann. In diesem Fall der Wildtyp-Stamm zeigte deutliche Bereicherung für H3K4me2 am 5'-Ende von zwei Genen bekannt als direkte Ziele Set1, PMA1 und ERG1120,21, während kein Signal in set1Δ beobachtet wurde Zellen (Abb. 3A). Wie erwartet, gibt es keine Bereicherung der H3K4me2 Marke bei Telomere (TEL) 07 L. Die Expression des Gens mittleren Sporenbildung SPR3 wurde auch gemeldet, Set122,23, geregelt werden jedoch die Bereicherung des H3K4me2 am 5' Ende des SPR3 ORF, die Ebenen beobachtet am ähnlichsten ist am TEL07L, im Vergleich zu entweder PMA1 oder ERG11. Bewertung der Lokalisierung dieser Methyl-Marke zeigt, dass Set1-vermittelten Regulierung des SPR3 durch einen anderen Mechanismus als bei PMA1 oder ERG11, als bisher beobachteten22auftreten kann.

    Das zweite Beispiel ist ChIP von Schimmelpilzschäden H4K16 relativ Histon H4 in Wildtyp und Zellen fehlt die Histon-Deacetylase Sir2, entnehmen Sie bitte die H4K16ac Markierungen entfernt. H4K16ac wird in die heterochromatischen wie Chromatin in der Nähe der Telomere aufgebraucht, und bereichert im Euchromatin mehr distal von der Telomere24,25, wie für TEL07L und TEL15L (Abbildung 3 b). Darüber hinaus der Verlust von Sir2 bewirkt eine Erhöhung H4K16ac bei bestimmten telomeric und subtelomeric Regionen, obwohl keine Änderung bei der Kontrolle gen PMA1, wo Sir2 nicht bekannt beobachtet ist, zu lokalisieren. Während diese Daten einen deutlichen Anstieg in H4K16ac Mengen in sir2Δ Zellen zeigen, kann die erkannten Änderung in H4K16ac, die nicht so hoch wie die Veränderung der H3K4me2 in Wildtyp versus set1Δ Zellen werden soll, verdeckt werden, wenn ChIP Parameter sind nicht richtig optimiert. Empfehlungen für die Optimierung sind in der Diskussion beschrieben.

    Figure 1
    Abbildung 1: Chronik von ChIP Verfahren. Der typische Zeitplan für die ChIP-Protokoll wird angezeigt. Mögliche Varianten sind im Text angegeben. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

    Figure 2
    Abbildung 2: Test MNase Verdauung für Solubilisierung von Mono-Nukleosomen. Agarose-Gelelektrophorese von DNA isoliert nach Verdauung des Pellet-Chromatin mit unterschiedlichen Mengen von MNase (20 Einheiten/µL). DNA aus Mononucleosomes wandert bei ca. 150 bp, aus Dinucleosomes bei etwa 300 bp und DNA von Polynucleosomes findet man bei immer höheren Molmassen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

    Figure 3
    Abbildung 3 : H3K4me2 und H4K16ac-ChIPs in Wildtyp und Mutanten Hefestämme. (A) ChIP mit Antikörpern gegen H3K4me2 und H3 erfolgte in Wildtyp und set1Δ Zellen. Prozentuale Eingabe war für jede Primerpaar für die H3K4me2 und H3 IPs berechnet und das Verhältnis wird grafisch dargestellt, um die relative Anreicherung von H3K4me2 an die angegebenen Loci anzugeben. Primer für PMA1, ERG11 und SPR3 generieren Amplifikate am 5' Ende jedes ORF, während die TEL07L Primerpaar an die Telomere auf dem linken Arm von Chromosom 7 grenzt. Der Mittelwert der drei biologische Wiederholungen gezeigt und die Fehlerbalken darzustellen Standardfehler des Mittelwerts. (B) ChIP wurde durchgeführt mit Antikörpern, die H4K16ac und H4 in Wildtyp und sir2Δ Zellen zu erkennen und gezeichnet wie bei Abbildung 3Abeschrieben. Primer-Paaren verstärken Sequenzen neben Telomere (TEL07L und TEL15L) und nachgeschalteten innerhalb zuvor definierten euchromatisch Regionen in jeder Produktlinie (21 kb und 5 kb distal von der Telomere, beziehungsweise).Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur.

    Stammnummer Genotyp Referenz
    yEG230 MATα his3Δ1 leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0 23
    yEG223 MATα sir2Δ::NATMX Diese Studie
    yEG232 MATa set1Δ::KANMX 23

    Tabelle 1: Hefestämme in dieser Studie verwendet.

    Oligo-Anzahl Lage Sequenz
    oEG141 TELVIIL F AGCCCGAGCCTGTACTAAAT
    oEG142 TELVIIL R CAAAAGAAACTTTTCATGGCA
    oEG153 5' PMA1 F TCAGCTCATCAGCCAACTCAAG
    oEG154 5' PMA1 R CGTCGACACCGTGATTAGATTG
    oEG220 TELVIIL + 21KB F AAACAATGGGACCCTTCTGA
    oEG221 TELVIIL + R 21KB AACACCTTGCAAAACACAGG
    oEG280 TELXVL F ATCCTGCAATTGGGCCACTAT
    oEG281 TELXVL R AGCGGAAGGCATATTAACGT
    oEG282 TELXVL + 5KB F AGGCGATGTAATCTCACCAA
    oEG283 TELXVL + 5KB R CATTCACACATCCTGCTACCA
    oEG568 ERG11 F CCTCTTATTCCGTCGGTGAA
    oEG569 ERG11 R TGTGTCTACCACCACCGAAA
    oEG963 SPR3 F TCTGGATTCGCTGAGGAAGT
    oEG964 SPR3 R TTTCAGTTCAGGGCTTTTCG

    Tabelle 2: Primer in dieser Studie verwendet.

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    Discussion

    Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht die effiziente Gewinnung von DNA mit geänderten Histone in Hefezellen durch Immunopräzipitation verbunden. Dies wird gefolgt von qPCR mit Primer die Regionen von Interesse festzustellen, lokale Anreicherung oder Erschöpfung der spezifische Histon-Modifikationen zu verstärken. Trotz der vor fast 20 Jahren als eine Methode entwickelt, bleibt ChIP der entscheidende Test für die Untersuchung von Histon Änderungsstand an verschiedenen genomischen Regionen und unter unterschiedlichen Bedingungen. Obwohl ChIP an nächste Generation Sequenziertechnologien Histon Änderungen auf einem Genom-weite Skala6,7Abfragen können gekoppelt, können die Kosten und die benötigten Datenanalyse dieser Ansätze ihre Verwendung in einigen Labor Einstellungen beschränken. Darüber hinaus folgen dieser epigenomischen Experimente oft ChIP gekoppelt mit qPCR, Beobachtungen von Histon Änderungsstand an einigen genomic Loci zu validieren. Es gibt nur wenige vergleichbare Methoden, die das Dienstprogramm des Chips in physisch verbindet ein Histon-Mark (oder ein anderes Protein) an eine bestimmte Position innerhalb des Genoms und die Dynamik dieser Interaktion unter verschiedenen ökologischen oder biologischen Bedingungen zu analysieren . Zwar gab es den letzten Erfolg Chromatin aus definierten genomische Regionen zu isolieren und identifizieren die lokalen Histon-Markierungen mit Massenspektrometrie8,9,10,11, diese Methoden stellen technische Herausforderungen und ihre Nützlichkeit für diverse Lab Typen können durch angemessenen Zugang zu Massenspektrometrie-Instrumentierung und Daten-Analyse-Ressourcen eingeschränkt. Das hier beschriebene Protokoll steht technisch und wirtschaftlich vielfältig Lab Einstellungen mit der primären möglich Hürde wird Zugang zu einer qPCR-Maschine. ChIP ist der Goldstandard für die Definition von genomischen Lokalisation der geänderten Histone in Hefe und anderen Systemen.

    Dies ist ein vielseitiges Protokoll mit einer Reihe von Schritten, die optimiert werden kann, um verschiedenen experimentellen Bedingungen, einschließlich Tests gleichzeitig mehrere Mutanten oder Umweltbedingungen anzupassen. Alternativ ist ausreichend Chromatin in der Regel von einem lysate auszuführenden mehrere IPs mit bis zu mindestens vier verschiedene Antikörper erzeugt. Dieses Protokoll kann auch verwendet werden für ChIP von nicht-Histon Chromatin Proteine, Epitop getaggt sind, oder für die Antikörper erzeugt wurden. Wenn dieses Protokoll ist für ChIP Histonproteine angepasst werden, sind Parameter einschließlich Fixierzeit, Chromatin-Konzentration im UZ und Antikörperkonzentration oft entscheidend für die Bereicherung des gezielten Proteins über Hintergrund zu erhalten. In den meisten Fällen ist es sinnvoll, die Fixierung Zeit mit Formaldehyd, zwischen 45 und 60 min erhöhen und zur Erhöhung des Chromatins in die IP-Adresse (bis zu 200 µg Gesamt-Protein) verwendet.

    Es gibt eine Reihe von möglichen Variablen, die dazu, die Qualität beitragen und Reproduzierbarkeit der Histon-Änderung-ChIP-Experimente. Obwohl eine suboptimale Experiment oft positive Resultate kann beim Vergleich von krassen Unterschiede (z. B. die Niveaus des H3K4me2 in Wildtyp oder set1Δ Zellen, wie in Abbildung 3A), weitere feine Unterschiede dürften sich maskiert werden, in eine unsachgemäß durchgeführte Experiment (z. B. die unterschiedlichen H4K16ac bei TEL07L in Wildtyp oder sir2Δ Zellen, wie in Abb. 3 b). Experimentellen Parameter zu berücksichtigen sind die Menge der verwendeten Hefezellen, Fixierzeit, Konzentration der Chromatin-Bruch im UZ Fragmentgröße verdaute DNA-Protein-komplexe Antikörper Qualität und Konzentration verwendet. Eine Einschränkung dieses Ansatzes ist die Optimierung der Versuchsparameter ist in der Regel erforderlich für jedes Histon-Modifikation getestet und die mutierte Stämme und/oder Bedingungen untersucht. Möglicherweise gibt es feine Unterschiede in Histon Mark Ebenen oder Lokalisierung unter verschiedenen Bedingungen, und die Fähigkeit, diese Unterschiede zu erkennen ist der oben beschriebenen Parametern abhängig. Wir diskutieren einige der wichtigsten Überlegungen für die Entwicklung der empfindlichsten experimentellen Ansätzen unten.

    Wie im Protokoll beschrieben, empfiehlt es sich, mehrere Konzentrationen von MNase zur Bestimmung der optimalen Konzentration vor der Durchführung einer vollständigen ChIP-Experiments zu testen. Um sicherzustellen, dass die DNA in die IP-Adresse entsprechend fragmentiert ist, ist der Schlüssel zum hochauflösende ChIP ergebnisorientierte. Obwohl die Größe der Amplifikate qPCR-Produkte mag klein sein (in der Regel weniger als 100 bp), wenn die Fragmentgröße der DNA ist deutlich größer, die qPCR deutet fälschlicherweise Bereicherung an einen bestimmten Ort, wenn in Wirklichkeit die Histon-Marke lokalisiert werden kann Hunderte von Basenpaaren entfernt. Während dieses Protokoll stützt sich auf MNase, das Chromatin in Mono - und di-Nukleosomen, anderweitig verwenden andere ChIP-Protokolle auch häufig Beschallung, um Chromatin6,7zu scheren. Beschallung ist auch eine zuverlässige Methode für Palladiumhaltige Chromatin Fragmente, obwohl die scher-Größen sind in der Regel weniger einheitlich und es schwieriger ist, konsistente Ergebnisse zwischen Experimente zu erreichen. Obwohl Beschallung für ChIP einiger nicht-Histon-Proteine vorzuziehen sein kann, kann die Verwendung von MNase Chromatin in in erster Linie Mono-Nukleosomen zu verdauen die Auflösung von Histon Modifikation ChIP Experimente verbessern.

    Eine Voraussetzung für eine erfolgreiche ChIP-Experiment ist ein Antikörper, der eindeutig und mit hoher Affinität die Histon-Modifikation von Interesse erkennt. Die größte Einschränkung der ChIP als eine Methode zur Histon Änderung Erkennung ist die Abhängigkeit von einer qualitativ hochwertigen, geprüften Antikörper; ohne solch ein Reagenz dürften die Ergebnisse aus ChIP nicht biologisch relevant sein. Es gibt eine Reihe von kommerziell verfügbaren Antikörper gegen Histon Änderungen gefunden in der angehenden Hefe, obwohl die Qualität und Validität der Antikörper ist variabel. Bemühungen um diese Antikörper zu validieren sind nützliche Hilfsmittel zur Ermittlung des verfügbaren Antikörpers für ein bestimmtes Experiment26produziert. Es wird empfohlen, dass Antikörper verwendet für ChIP mit einer Vielfalt an Methoden für ihre Spezifität, unter anderem durch bohrende Arrays von modifizierten und unmodifizierten Histon Peptide, western Blots ganze Zelle Extrakten und gereinigten Histone und in die Durchführung überprüft werden ChIP-Experimente mit richtigen Steuerelemente, z. B. Stämme mit einem modifizierenden Enzym gelöscht oder Punktmutationen in der modifizierte Histon-Rückstand zu tragen. Für neue Antikörper, die Fußgelenkes Markierungen zu erkennen oder Labor erzeugten Antikörper, sind diese Spezifität Experimente entscheidend für die Feststellung, ob der Antikörper eine gültige Reagenz für ChIP sein kann.Neben der Validierung der Spezifität des Antikörpers, ist eine Antikörper-Titration durchführen, für die IP-Adresse einen Wildtyp-Stamm und eine Negativkontrolle Belastung oft nützlich für die Bestimmung der Höhe der Antikörper erforderlich (bezogen auf eine eingestellte Chromatin-Konzentration) genaue Unterschiede Anreicherung Stämme oder Regionen des Genoms zu erkennen. Außerdem sollten einige Daten über genomische Verteilungsmuster der Marke bekannt, positiv und negativ sind Controlsets Grundierung in allen qPCR versuchen, jedes einzelne Experiment zu validieren und Vergleiche zwischen den Experimenten zu vereinfachen aufgenommen werden.

    Insgesamt beschreibt diese Arbeit eine grundlegende Methode für Forscher interessiert Verhören Histon Änderungsstand an allen genomische Regionen im angehenden Hefe. Die Vielseitigkeit dieses Protokolls und seiner Anwendbarkeit auf verschiedene experimentelle Fragen ist ein extrem nützliches Werkzeug für sezieren Chromatin Dynamik auf molekularer Ebene.

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    Disclosures

    Die Autoren haben nichts preisgeben.

    Acknowledgments

    Die Autoren möchten das grüne Labor für hilfreiche Gespräche danken. Diese Arbeit wurde zum Teil unterstützt von NIH-Stipendien, R03AG052018 und R01GM124342, E.M.G.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Yeast Extract Research Products International (RPI) Y20025-1000.0
    Peptone Research Products International (RPI) P20250-1000.0
    Dextrose ThermoScientific BP350-1
    Formaldehyde Sigma-Aldrich F8775
    Glycine Fisher Scientific AC12007-0050
    Tris Amresco 0497-5KG
    EDTA Sigma-Aldrich E6758-500G
    NaCl ThermoScientific BP358-10
    4-Nonylphenyl-polyethylene glycol Sigma-Aldrich 74385 Equivalent to NP-40
    MgCl ThermoScientific S25533
    CaCl2 Sigma-Aldrich 20899-25G-F
    LiCl ThermoScientific AC413271000
    Sodium Dodecyl Sulfate Amresco M107-1KG
    Sodium Deoxycholate Sigma-Aldrich 30970-100G
    Sodium Acetate Sigma-Aldrich S2889
    NaHCO3 ThermoScientific S25533
    PMSF Sigma-Aldrich P7626-5G
    Yeast protease inhibitor cocktail VWR 10190-076
    25 Phenol:24 Chloroform:1 Isoamyl Alcohol VWR Life Science 97064-824
    Ethanol Sigma-Aldrich E7023
    Nuclease-Free Water VWR 100720-992
    Micrococcal Nuclease Worthington Biochemical LS004797
    Glycogen ThermoScientific R0561
    Proteinase K Research Products International (RPI) P50220-0.1
    RNase A  Sigma-Aldrich R6513-50MG
     Bradford Assay Reagent ThermoScientific 23238
     BSA Standard 2 mg/mL ThermoScientific 23210
    α H4 EMD Millipore 04-858
    α H4K16ac EMD Millipore ABE532
    α H3 Abcam ab1791
    α H3K4me2 Active Motif 39142
     High Rox qPCR Mix Accuris qMax Green, Low Rox qPCR Mix ACC-PR2000-L-1000
    Protein A/G Magnetic Beads ThermoScientific 88803
    magnetic stand for 1.5mL tubes Fisher Scientific PI-21359
    Acid-Washed Glass Beads Sigma-Aldrich G8772
     Microtube Homogenizer Benchmark D1030
    2.0 mL screw-cap tubes with sealing rings Sigma-Aldrich Z763837-1000EA
    Gel loading tips Fisher Scientific 07-200-288
    Cuvettes Fisher Scientific 50-476-476
    Parafilm Fisher Scientific 13-374-10
    50 mL conical tubes Fisher Scientific 14-432-22
    384-Well PCR Plate Fisher Scientific AB-1384W
     Gyratory Floor Shaker New Brunswick Scientific Model G10
    Spectrophotometer ThermoScientific ND-2000c
     Real-Time PCR Detection System Bio-Rad 1855485

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

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    Genetik Ausgabe 130 Epigenetik Chromatin Histon-Modifikationen Methylierung Acetylierung Chromatin Immunopräzipitation Hefe
    Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) Histon-Modifikationen von <em>Saccharomyces cerevisiae</em>
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    Jezek, M., Jacques, A., Jaiswal, D., More

    Jezek, M., Jacques, A., Jaiswal, D., Green, E. M. Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) of Histone Modifications from Saccharomyces cerevisiae. J. Vis. Exp. (130), e57080, doi:10.3791/57080 (2017).

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