Burada, sadece 30 μL solucan pelleti kullanılarak L4-aşama Caenorhabditis elegans tüm solucanında uygulanacak hızlı ve basit bir ATAC-seq protokolünü sunuyoruz.
Yöntem makalesi
Burada, sadece 30 μL solucan pelleti kullanılarak L4-aşama Caenorhabditis elegans tüm solucanında uygulanacak hızlı ve basit bir ATAC-seq protokolünü sunuyoruz.
Kromatin erişilebilirliği, transkripsiyon, DNA onarımı ve kromozom ayrımında hayati roller oynar. Aşırı erişilebilir bölgeler genellikle aktif promotörler ve güçlendiricilerle korelasyon yapar, transkripsiyon faktörünün bağlanmasını ve düzenleyici aktiviteyi kolaylaştırır. Transpozaza erişimi için dizileme (ATAC-seq) kullanılarak yapılan test, çok az hücreyle kromatin erişiminin genom çapında profillenmesini sağlar. Ancak, Caenorhabditis elegans'ta uygulanması, nematodun zengin kolajen kütikülü nedeniyle hücre ayrışmasını zorlaştırır. Burada, L4 aşamasında tüm solucanlarda ATAC-seq uygulamak için optimize edilmiş bir protokol sunuyoruz. İşlem, senkronize kültürlerle başlar ve kutikül bozulması, enzimatik ayrışma ve hücre süspansiyon hazırlığını içerir. Permeabilize çekirdekler daha sonra Tn5 transpozisyonuna tabi tutulur, ardından polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) amplifikasyonu ve yeni nesil dizileme (NGS) hazır kütüphanelerin arındırılması yapılır. Bu protokol, 30 μL solucan pelleti gerektirir, bir günde tamamlanabilir ve Bristol N2 referans suşunda 5.000–9.000 erişilebilirlik zirvesi oluşturur. Bu sadeleştirilmiş iş akışı, diğer gelişim aşamalarına veya FACS ile arındırılmış hücre popülasyonlarına uyarlanabilir. C. elegans'ta ATAC-seq'e yönelik teknik engelleri azaltarak, bu yöntem, genetik ve çevresel bozulmalara yanıt olarak genom çapında kromatin erişilebilirliğini tüm organizma bağlamında inceleme fırsatlarını genişletir.
Ökaryot genomlar hücre çekirdeği içinde yoğun şekilde yerleşmiştir. Mekânsal kısıtlamalarla başa çıkmak için DNA, farklı fil1 arasında yüksek derecede korunan sekiz histondan oluşan çok proteinli kompleksler olan nukleozomların etrafına sıkıca sarılır. Kromatin erişilebilirlik desenleri, bir dokudaki hücresel duruma ve gene özgü kalıplara bağlı olarak değişir 2,3,4. Nükleozom erişilebilirliği, özellikle produktörler ve transkripsiyon faktörleri gibi zenginleştiriciler gibi distal düzenleyici bölgelerde aktif transkripsiyonla güçlü bir şekildeilişkilidir 5. Açık kromatin bölgeleri ayrıca DNA onarımı, çoğaltımı ve kromozom ayrımında önemli rolleroynar 3. Buna karşılık, azalmış erişilebilirlik genellikle susturulmuş heterokromatin ve tekrarlayan dizilerleilişkilidir 6,7.
Kromatin erişilebilirliğini haritalamak, gen düzenlemesini anlamak için güçlü bir yaklaşım olmuştur. Kromatin erişimini sorgulamak için farklı teknikler kullanılmıştır. En erken yöntemler arasında, mikrokokk nükleazı (MNaz) ve DNase I sindirimi, belirli 8,9 lokuslarında nükleozom konumu ve erişilebilirliğini haritalamak için kullanılmıştır. Bu teknikler daha sonra genom çapında çalışmalar için yeni nesil dizileme (NGS) ile birleştirildiğinde uygulanmıştır10,11. Ancak, bu tekniklerin başarılı uygulanması için enzim konsantrasyonu ve reaksiyon süresinin ve önemli sayıda hücrenin dikkatli kalibrasyonu gereklidir.
2013 yılında Greenleaf laboratuvarı, düşük sayıda hücre kullanılarak genom genelinde kromatin erişimini sorunsuzca haritalamak için transpozaza erişimi testini (ATAC-seq) kullanarakuyguladı. ATAC-seq, ticari olarak mevcut Tn5 transpozazından yararlanarak, genellikle nükleozom içermeyen açık kromatin bölgelerine kısa DNA dizilerini (yani barkodları) tercihli olarak yerleştirir ve aktif promotörler ve güçlendiricilerle korelasyon yapar. Protokol, hücre permeabilizasyonu ve çekirdek izolasyonu gerektirir, ardından aşırı erişilebilir kromatinin etiketlenmesi için Tn5 ile sınırlı sindirim yapılır. Daha sonra, PCR sırasında tamamlayıcı indeksler dahil edilir ve NGS13 öncesinde örnek çoklamasını kolaylaştırır. ATAC-seq, aynı zamanda in silico transkripsiyon faktörü ayak izini de mümkün kılan sağlam bir protokol olduğunu kanıtlamış ve tek hücreçözünürlükleri 14,15,16,17 için uygulanmıştır. Fare ve insan örneklerinin yanı sıra, ATAC-seq çeşitli sistemlerde uygulanmıştır; bunlar arasında zebrabalık ve Drosophila gibi omurgasızlar ile Caenorhabditis elegans18,19,20 nematodu bulunmaktadır.
On yıllardır C. elegans, gelişim, hücre biyolojisi ve sinirbilim gibi alanlarda güçlü bir model sistemi olmuş, mikro RNA'ların tanımlanması ve RNA girişiminin (RNAi) tanımlanması gibi temel keşiflere yol açmıştır21,22. Kompakt 100 MB genomuna sahiptir ve ~20.000 protein kodlayangen 23. Gen düzenlemesi, ATAC-seq ile farklı dokular, gelişim evreleri ve yaşlanma zaman noktaları arasında haritalanmış promotor aktivitesi ve distal güçlendiriciler aracılığıylagerçekleşir 24,18. Kromatin erişilebilirliği profilleme, böylece C. elegans'ta gen düzenlemesini anlamak için değerli bir araç haline gelmiştir. Sonuç olarak, ATAC-seq, farklı çevresel koşullar veya yabani izolasyonlar üzerindeki epigenetik manzaraları incelemek için özel umut vererek çeşitli transkripsiyonel yanıtları ortaya çıkarır. Ayrıca, diğer patojenik ve patojenik olmayan nematodların kromatin mimarisi hakkında içgörüler sağlayabilir.
C. elegans'taki başlıca metodolojik zorluklardan biri, tüm solucanlardan homojen hücre süspansiyonu elde etmek için ayrılması gereken kolajen açısından zengin birkütikülün varlığıdır 25. Bu zorluğu çözmek için, nematodları parçalamak ve ardından C. elegans 18,26'da ATAC-seq yapmak üzere farklı protokoller derleyip optimize ettik. L4 larva evresinin kullanılması tercih edilir; çünkü bu gelişim aşamasında hayvanlar transkripsiyonel olarak aktif bir germ hattına sahiptir ve bu da açık kromatine dönüşür; bu da somatik hücrelerde kromatin erişimi için tutarlı ve bilgilendirici bir kaynak sağlar. Burada, solucan ayrışması ve hücre süspansiyonu üretimi için hızlı ve verimli bir protokol sunuyoruz; bu protokol C. elegans'ta ATAC-seq'i mümkün kılmaktadır. Yöntemimiz L4 evresi solucanlar için optimize edilmiştir ve 30 μL kadar az solucan pelleti gerektirir; bu da diğer gelişim aşamalarına veya FACS ile saflaştırılmış hücreler gibi daha küçük örneklere uyarlanabilir. Bu protokol, farklı C. elegans suşları ve koşullarında uygulanabilir ve Bristol-N2 referans suşunda 5.000–9.000 kromatin erişim zirvesinin tanımlanmasını sağlar ve sonraki kromatin erişilebilirlik analizlerinin temelini oluşturur.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Her zaman eldiven takmak önerilir.
NOT: 1. Gün: Senkronize solucan popülasyonunun hazırlanması. Tüm solucanlar, E. coli OP50 ile tohumlanmış NGM plakalarında yetiştirildi. Başlamadan önce gereken şeyler: (örnek veya suş başı), bir 90 mm veya iki adet 60 mm yetişkin solucan plakası, bir 90 mm veya iki adet 60 mm tabak, M9 steriltampon 27 (3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 MMgSO 4, H2O ile 1 L. Otoklavlama ile sterilize edilen)
1. Solucan Koleksiyonu
2. Ağartma
3. M9 (sıvı) yumurtaların gece boyunca çatlaması
4. 2. Gün: solucan büyümesi: L1 solucanlarının iyileşmesi.
5. 3. Gün: Stok çözelti hazırlanır: Sonraki çözeltiler 4. gün için yeni çözümler üretilmelidir
NOT: Bu 2. veya 3. günde yapılabilir.
6. Çözelti hazırlığı
Tablo 1: Taze çözelti hazırlığı için stoklar. Nematod ayrışması ve hücre askıya alma protokolü için stok hazırlığı tarifleri (6. ve 7. bölümler). Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
7. Nematod ayrışması ve hücre askıya alma protokolü
NOT: Bir 90 mm veya L4 senkronize solucan popülasyonuna sahip iki 30 mm plaka gerekecektir.
8. Çekirdek izolasyonu ve kromatin etiketlenmesi
NOT: Pipet filtreli uçlar kullanın. Başlamadan önce: Tn5 Tamponunu çıkarın, erimesine izin verin, termobloku 37 °C'ye ayarlayın, PCR ürün arıtma kitini çıkarın (Malzeme Tablosu), EB Buffer'ı 37 °C'ye koyun, Kolonların santrifüjlenmesi RT'de yapılmalıdır.
9. Kütüphane amplifikasyonu
Tablo 2: İlk kütüphane güçlendirme talimatları. İlk kütüphane amplifikasyonu için tarif ve PCR programı (bölüm 9). Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 3: ATAC Kütüphanesi son güçlendirme talimatları. Son kütüphane amplifikasyonu için tarif ve PCR programı (bölüm 9). Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
10. Kütüphane arındırması
NOT: Başlamadan önce, oda sıcaklığına alışmaları için boyut seçimi boncuklarını (AMPure, SPRIselect veya ev yapımı kalibre edilmiş boncuklar) buzdolabından çıkarın. Boncukları her seferinde vortex kullanarak şiddetle karıştırın.
11. Parça boyutu dağılımı
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Etiketleme sonrası kalite kontrol, doğru kütüphane hazırlığını sağlar
Protokol sırasında, kromatin etiketlemesinden sonra yapılan qPCR'ye özel dikkat etmek önemlidir (bölüm 9), çünkü bu, DNA kalitesinin ve deneyin performansının değerlendirilmesi için hayati bir adımdır. Şekil 1A , iki amplifikasyon eğrisini gösterir; sol olan (15 döngüden alt) her şeyin bu noktaya kadar başarılı olduğunu gösteren kaliteli materyali temsil ediyor, bu yüzden devam etmek sorun değil. Sağdak...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada, tüm L4-evre Caenorhabditis elegans solucanlarında ATAC-seq ile genom çapında kromatin erişimini profillemek için optimize edilmiş bir protokolü tanımlıyoruz. Kromatin erişilebilirliği gen ifadesi, DNA onarımı, çoğaltma ve rekombinasyonu doğrudan etkiler ve ATAC-seq hücre ve doku örnekleri için standart bir yaklaşım haline gelmiş olsa da, sağlam organizmalara uygulanması özellikle geçirimsiz, kollajen açısından zengin kütiküle sahip nematodlarda benzersiz teknik zorluklar...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar, çıkar çatışması olmadığını belirtir. Bu el yazmasının yazılmasında, analizinde veya hazırlanmasında üretken bir yapay zeka kullanılmamıştır.
J Hersch-González, Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías, CONAHCYT (şimdiki adıyla Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, SECIHTI) tarafından doktora bursu aldı (#CVU 846476). J Hersch-González, 788519 yılında CONAHCYT (şimdiki adıyla SECIHTI) bursu ile desteklendi. Bu proje, VJV'ye PAPIIT-UNAM IN217824 hibesi ve SECIHTI CBF-2025-I-2275 hibesi ile desteklenmiştir. IFC'de UBM'ye teşekkür ediyoruz: Laura Ongay-Larios, Guadalupe Códiz Huerta ve Minerva Mora Cabrera; UBMI: Augusto César Poot-Hernández ve Carlos Peralta Alvarez; ve Unidad de Cómputo, Imagenología, Taller ve Biblioteca'da yer aldı. Bu çalışmada kullanılan suşları sağladığı için Caenorhabditis Genetik Merkezi'ne (CGC) minnettarlık duyuyoruz. CGC, NIH Araştırma Altyapı Programları Ofisi (P40 OD010440) tarafından finanse edilmektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 250 mL, 0.22 µm PES | Ultra Curz | sc-200253 | |
| Agar | BD | 214010 | |
| Agencourt AMPURE XP | Nalgene | A63886 | |
| Bovine Serum Albumin | Maplica | 200100 | |
| Calcium Chloride | Sigma | C5670-100G | |
| CellTrics 20 µm | Sysmex | 04-0042-2315 | |
| Cholesterol | Sigma | C8503-25G | |
| Digitonin | Sigma | D141-500 mg | |
| Tek kullanımlık eldivenler | Microflex | 94-243 | |
| DL-Ditiyotroitol | sigma | D0632-10G | Zararlı |
| Etil alkol, saf | Sigma | 1003661421 | |
| Fetal Bovine Serum | biowest | S181S-500 | |
| HEPES | Sigma | H3375-250 G | |
| Illumina Tagment DNA Enzyme and Buffer (büyük Kit) | Illumina | 20034211 | |
| Kapa Syber 50 mL | Sigma | KK4618 | |
| L-15 Medium (Leivobitz) | sigma | L4386-10L | |
| Magnezyum Klorid anhidrat | Sigma | M8266-100G | |
| Magnezyum Sülfat Heptahidrat | Sigma | M1880-500G | |
| Magnezyum Sülfat Heptahidrat | Sigma | M1880-500G | |
| MinElute PCR Purifikasyon Kiti (50 prep) | Qiagen | 28004 | |
| NEBNext® High-Fidelity 2X PCR Master Mix | NEB | M0541S | |
| Nonidet P40 Substitüt | Sigma | 74835-1L | |
| Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Pepton | BD | 211677 | |
| Petri kabı 60 mm | Tritech | T3308 | |
| Petri kabı 90 mm | Interlux | C9015-2C | |
| Pipet uçları 10 µL, filtre | Cellpro | 800108 | |
| Pipet uçları 20 µL, filtre | Cellpro | 800708 | |
| Pipet uçları 200 µL, filtre | Cellpro | 800608 | |
| Potasyum Klorür | Sigma | P9541 -500G | |
| Potasyum Fosfat Dibazik Toz | J.T. Baker | 3252-01 | |
| Potasyum Fosfat Monobazik, Kristal | J.T. Baker | 3246-01 500G | |
| Sodyum Klorid | JT Baker | 3624-01 | |
| Sodyum dodesil sülfat | sigma | L4509-100G | |
| Sodyum Hidroksit | Macron | 7708-10 | |
| Sodyum Hipoklorit | Cloralex | 544394479 | |
| Sodyum Fosfat Dibazik 7-Hidratlı Kristal | J.T. Baker | 3824-01 | |
| SPRIselect | Beckman | B23318 | |
| Sükroz | Sigma | S0389-500G | |
| Sıring Filtre PVDF 0.22 µm | Ultra Curz | Sc-358812 | |
| Trizma bazı | Sigma | T1503 1KG | |
| Tween 20 | Sigma | P9416-50ML |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste