考试蛋白在哺乳动物细胞中绑定到新生的DNA使用的BrdU芯片插槽西方技术

摘要

In this protocol, we describe a novel BrdU-ChIP-Slot-Western technique to examine proteins and histone modifications associated with newly synthesized or nascent DNA.

摘要

组蛋白脱乙酰1和2（HDAC1,2）定位于DNA复制的位点。在以前的研究中，使用的选择性抑制剂和遗传击倒系统，我们在复制叉进展和在哺乳动物细胞中染色质新生维护表明新颖功能HDAC1,2。此外，我们使用了结合的溴脱氧尿苷（尿嘧啶）标记的DNA染色质免疫沉淀（ChIP）与狭槽印迹和西方分析定量测量与新生的DNA结合蛋白或组蛋白修饰的BrdU芯片插槽西方的技术。

活跃分裂细胞用HDAC1,2选择性抑制剂或转染的抗HDAC1和 HDAC2的siRNA，然后新合成的DNA进行标记与胸苷类似物溴脱氧尿苷（BrdU）标记。 BrdU标记做在一个时间点没有显著细胞周期阻滞或凋亡因HDAC1,2功能的丧失。用L细胞用BrdU的组蛋白乙酰化的痕迹，染色质免疫沉淀或染色质remodeler的abeling用特异性抗体进行。 BrdU标记输入DNA和免疫沉淀（或ChIPed）DNA随后点样到使用狭缝印迹技术的膜和使用UV固化。新生DNA的每个时隙的数量，然后定量地使用Western分析用抗BrdU抗体进行评估。对新合成的DNA相关的组蛋白乙酰化的标记和染色质remodeler水平HDAC1,2功能损耗的效果然后通过从处理过的样品，以对照样品中获得的BrdU的芯片信号标准化来确定。

引言

有缺陷的DNA修复和/或DNA复制是基因组不稳定性，这可以触发细胞死亡的一个主要原因。单个未修复的双链断裂足以导致细胞死亡^1。染色质组织都复制期间瞬时改变和修^2,3，和故障维护表观遗传信息在这些过程将导致威胁基因组的完整性。 HDAC3或HDAC1,2功能丧失阻碍S期的进展，DNA复制和修复，导致基因毒性应激（DNA损伤）和细胞死亡^4-9。因此，它是一个实际的策略，利用选择性HDAC抑制剂破坏复制，修复和染色质在癌细胞和引起DNA损伤，这反过来又可以停止生长，诱导细胞死亡选择性地迅速增长的癌细胞。

期间DNA复制，染色质快速拆卸和重新组装下列DNA重复。新学年nthesized组蛋白H4设置在K5和K12残基（H4K5K12ac）和以下沉积乙酰到染色质，它们被迅速由组蛋白脱乙酰酶^{（HDACs）10,11}脱乙酰。细胞未能保持由组蛋白去乙酰化新生染色质完整性可导致叉崩溃，这反过来可导致DNA损伤和细胞死亡。我们最近发现，HDAC1,2选择性抑制增加组蛋白乙酰化（H4K5ac，H4K12ac和H4K16ac）并抑制SMARCA5染色质remodeler活动上新生染色质，这与减少的复制叉进展，增加的叉崩溃和增加的复制压力诱导的DNA损伤⁶ 。因此，HDAC抑制剂治疗可以改变新生染色质结构，以非常快速地触发DNA损伤和死亡癌细胞中，因为这些细胞周期迅速并通过S相通许多次。据了解的HDAC如何发挥作用来调节组蛋白乙酰化和蛋白质宾迪因此，重要纳克维持在哺乳动物细胞中DNA的复制。

定量地测量组蛋白乙酰化和DNA复制过程中与新生的DNA分子上SMARCA5染色质remodeler的量，我们设计了一种改性ChIP实验称为BrdU的芯片插槽西方技术。使用槽孔以下的所希望的蛋白质或组蛋白修饰染色质免疫沉淀（ChIP），新生的DNA的量的沉淀样品中可以使用的BrdU标记的ChIP的DNA印迹分析来检测（使用胸苷类似物，BrdU阳性）转移到膜印迹装置。使用这种技术，我们发现，H4K16ac（参与染色质包装的标记）和ISWI家族成员SMARCA5（染色质SWI / SNF相关的基质相关的肌动蛋白依赖调节剂）的染色质remodeler与在S期细胞新生DNA的关联^6。我们还发现，新生H4K16ac标记通过HDAC1,2 DNA复制⁶中脱乙酰。 H4K16ac抑制在ISWI家族成员SMARCA5 ¹²的染色质remodeler活动。因而，使用的BrdU片插槽西方技术中，我们可以连接为HDAC1,2的功能在DNA复制过程中调节染色质重塑。因此，尿嘧啶芯片插槽，Western印迹技术是一种有效的方法来定量测量绑定到新生的DNA或蛋白质的翻译后修饰的结合和解离动力学。

研究方案

1.染色质免疫沉淀（ChIP）以下BrdU标记

1. 培养NIH3T3细胞在DMSO或HDAC1,2选择性抑制剂的存在下如前面⁶所述。
2. 以下用DMSO或HDAC1,2选择性抑制剂治疗，在无菌组织培养罩添加BrdU的细胞中。孵育^2×10 6个NIH3T3细胞接种在10ml的NIH3T3介质溴脱氧尿苷的20μM的最终浓度（BrdU）标记60分钟在无菌37℃组织培养箱中。
3. 交联细胞内蛋白质的DNA直接添加甲醛到培养基在1％的终浓度。孵育^2×10 6的NIH3T3细胞与甲醛在室温在振荡器上10分钟。
4. 淬火通过加入甘氨酸至125 1mM的终浓度的交联。在室温下孵育5分钟，在摇动器上。
5. 取出纸张，收集细胞在PBS在15毫升离心管中。自旋CELLS在956 XG 5分钟，在4℃。用冰冷的PBS洗两次细胞沉淀。从管中取出PBS中。存储而不PBS（上清液）的交联的细胞沉淀在-80℃下直到使用。
6. 通过加入500微升FA140缓冲器准备从交联细胞沉淀的裂解物（50 HEPES的KOH毫pH为7.5，140 mM氯化钠的，1毫摩尔EDTA（pH8.0）中，1％的Triton-X-100和0.1％脱氧胆酸钠）补充有蛋白酶抑制剂混合物。
7. 通过超声处理样品5次35％的电力，并用15秒脉冲，0.9秒上和0.1秒关闭设定剪切染色质。保持在冰上的管中每一轮超声处理后，以避免样品的加热。
   1. 检查剪切的DNA凝胶作为剪切效率会不同sonicators之间变化上。要检查超声，反向交联加入NaCl至0.16米的浓度和执行步骤1.17.1。 - 1.22。运行洗脱10微升的DNA在1.5％琼脂糖凝胶上以检查是否剪切是之间的300 - 700个碱基，在500 bp的平均强度。
8. 以下超声处理，离心样品10分钟，在17949×g离心在4℃下，将上清液转移到一个新试管中。
   1. 使用根据制造商的协议商用蛋白测定试剂盒进行蛋白估计。用裂解液等量的对照和实验样品的沉淀。一般情况下，使用1毫克每芯片的反应总裂解液。
9. 准备使用含有蛋白酶抑制剂FA140缓冲蛋白A琼脂糖50％的浆液。加入1/10体积的蛋白酶抑制剂的鸡尾酒。计算所需珠基于在总的样本数的体积。
   1. 洗涤蛋白A琼脂糖珠FA140缓冲两次以除去存储缓冲器和等体积FA140缓冲器添加到珠子上，使50％的浆液。
   2. 以除去蛋白质的非特异性结合的珠子，添加50μl的蛋白A琼脂糖的和在50％的淤浆cubate样品在4℃下以恒定的最终过端旋转旋转式烤架混合器30分钟。
10. 旋转样品在956×g离心在4℃下进行一分钟。收集上清液，并通过添加任8微升H4K16ac抗体或5微升1mg / ml的SMARCA5抗体（5微克）在上清液进行免疫沉淀。孵育在4°CO / N在一个烤肉店搅拌机恒端过端的转动。
11. 保存提取物"输入"控制的1/10，并设置为预留在-20℃。输入需要反向以及IP样品交联的。
12. 使用等量兔IgG（5微升1mg / ml的）作为阴性对照免疫沉淀的样品。
13. 次日，添加50微升50％的蛋白A琼脂糖浆提取物，孵育1小时，在4℃下用旋转。
14. 在4℃颗粒琼脂糖珠离心956 XG 2分钟，小心地取出上清，WAsh的珠粒与顺序如下缓冲液。在缓冲制剂，使用前右侧添加蛋白酶抑制剂。
    1. 低盐免疫复合物的洗涤缓冲液洗（FA140; 50mM的HEPES的KOH pH为7.5的终浓度，140mM的氯化钠，1mM EDTA中（pH为8.0），1％的Triton-X-100和0.1％脱氧胆酸钠的），用于5分钟，在4℃下与最终过端旋转。
    2. 用高盐免疫复合物的洗涤缓冲液洗（FA500; 50mM的HEPES的KOH pH为7.5的终浓度，500mM的氯化钠，1mM EDTA中（pH为8.0），1％的Triton-X-100和0.1％脱氧胆酸钠的），用于5分钟，在4℃下与最终过端旋转。
    3. 同的LiCl免疫复合物的洗涤缓冲液进行5分（三Cl pH值8.0，250mM的氯化锂，0.5％NP40和0.5％脱氧胆酸钠的10毫摩尔终浓度）在4℃下与最终过端旋转清洗。
15. 如上所述下列洗涤，加入200微升的洗脱溶液和incubat（1％SDS和100mM碳酸氢钠的终浓度）Ë在室温为15分钟，在室温月底环比端的转动。
16. 旋转样品在956×g离心在RT和洗脱液转移到一个新的1.5毫升管。额外的200微升洗脱液重复步骤1.15。
17. 400微升洗脱液，氯化钠加入到了0.16米的浓度，搅拌均匀。
    1. 此外，新增400微升洗脱的解决方案被搁置10微升输入（步骤1.11），并添加氯化钠，以0.16米的浓度，以扭转交联输入样本为好。扭转孵育在65℃水浴中5小时交联的样品。
18. 加入1毫升100％乙醇到反向交联洗脱液。拌匀，孵育在-80℃下2 - 3小时，或在-20°CO / N。旋转样品在17949×g离心15分钟并弃去乙醇。
19. 添加800微升70％乙醇洗涤沉淀。旋在17949×g离心15分钟，在4℃并丢弃乙醇。旋简要地，以去除任何残留的乙醇。空气干燥样品，在37℃下进行10分钟以去除残留的乙醇。
20. 溶解的DNA在90微升RNA酶和DNA酶的水和加入2微升10毫克/毫升RNA酶在0.2毫克/毫升的最终浓度。在水浴在37℃进行30分钟。
21. 添加10微升10X蛋白酶K缓冲液（100mM的三Cl pH为8.0，50毫摩尔EDTA pH为8.0，5％SDS）中。搅拌均匀，加入1μl蛋白酶K.孵育42℃1小时。
22. 使用根据商用PCR纯化试剂盒制造商的协议净化输入和沉淀的DNA并在50μl水中洗脱的DNA。商店的DNA在-20℃直至进一步使用。

2.插槽的ChIP的DNA印迹分析

1. 测量输入和沉淀的DNA在50μl水中洗脱的产率作为用分光光度计在280 nm处，根据制造商的协议，在步骤1.22中描述。
2. 取输入的是检测的线性范围内的等体积（50微升）或免疫沉淀的DNA。
   1. 例如，如果输入DNA产量为1.5纳克/微升，然后取30微升（或45 ng总DNA），并卷至50微升水。对于要素沉淀，需要从步骤2.1整个50微升洗脱液，并继续执行步骤2.3。
3. 变性50微升输入或免疫沉淀的DNA中加入2.5体积的0.4的1N NaOH，短暂涡旋，离心956×g离心10秒，并在室温下孵育30分钟。
4. 通过加入175微升的1M Tris-HCl中，pH值6.8，涡旋，离心956×g离心10秒中和变性的DNA，然后将样品在冰上。
5. 制备系列稀释的输入和免疫沉淀的DNA用于插槽印迹测定法，如下所述。
   1. 按照步骤2.3 - 2.4得到的350微升总样本量（ 即 50微升输入/芯片DNA，125微升0.4 1N氢氧化钠，175微升的1M的Tris-HCl，pH值6.8）。
      注:对于上面的例子说明，45纳克的DNA模板，都会变成0.129纳克/微升。
   2. 对于输入DNA，标签三管小号为100，50和25，并添加100微升，50微升和25微升变性和中和的DNA样品。使终体积为100微升用无核酸酶水。芯片的DNA，标记三个管200，100和50，并添加200微升，100微升和50微升变性和中和的DNA样品。使终体积为200微升用不含核酸酶的水。
6. 切膜到达槽印迹装置的尺寸。预润湿的膜和吸油纸在20×SSC之前和之前添加的DNA。根据制造商的方案将它们组装成的槽印迹装置。
7. 吸取DNA步骤2.5.2为适当的插槽。适用于真空慢慢拉DNA到泽塔探头膜。停止真空后所有样品都通过装置。
   1. 拆卸该装置，并立即将DNA固定到使用UV交联剂膜。有该DNA的一面朝上在UV交联剂和使用盟tocrosslink在交联剂设置。按照制造商的协议。
8. 检测的BrdU的插槽印迹通过执行印迹。
   1. 方框用5％无脂干牛奶的PBS含有0.1％Tween-20（PBST）中进行1小时，在室温，以防止抗体的非特异性结合到所述膜的膜。
   2. 添加初级抗BrdU抗体（1:500稀释度）稀释于1％非脂肪干乳在PBST中孵育与第一抗体的印迹3小时在室温在振荡器上。第一抗体温育后用PBST洗膜三次。
   3. 添加HRP偶联的抗小鼠二抗的印迹（1:5000稀释）和在室温下孵育1小时。第二抗体培养后用PBST洗膜三次。
      注:使用足够量的抗体，以完全覆盖在初级和二级抗体孵育膜。
9. 制备ECL混合并把它添加到印迹交流盘带制造商的协议。孵育用ECL混合膜5分钟，室温。
   1. 将膜在X射线盒，暴露在膜的X射线胶片和开发使用制造商的方案的印迹。
   2. 量化使用根据制造商的协议的的Image J软件扫描印迹后所获得的输入和ChIPed DNA中的信号。用于定量，使用是检测的线性范围内，以确保测量的精确性的信号。

结果

为了确定HDAC1,2选择性抑制剂的特异性，Hdac1,2 ^{FL / FL和} HDAC3 ^{FL / FL}纤维肉瘤细胞。 Cre重组酶（AD-CRE）含有腺病毒是用来删除Hdac1,2和HDAC3在这些细胞中。以下广告Cre重组感染Hdac1,2 ^{FL / FL}的 细胞中，强劲增长H4K5ac进行了观察。 Hdac1,2敲除细胞用233或898的治疗不导致确认233和898抑制Hdac1,2和不HDAC3在这?...

讨论

在这个手稿中描述的协议是一个相对快速的方法以证明对新复制或新生的DNA的蛋白质或它们的翻译后修饰的形式的存在。此外，这种技术允许一个以测量的蛋白质或它与新生的DNA修饰形式的关联-解离动力学。这种技术是相辅相成的优雅iPOND技术^13。在iPOND技术，新合成的DNA标记用乙酸乙酯脱氧尿苷（EDU）。生物素结合物，然后用点击化学添加到EDU。生物素标记的新​​生DNA，然后用链霉珠?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anti-BrdU (westerns)	BD Biosciences	B555627
Anti-SMARCA5	Abcam	ab3749
Anti-H4K16ac	Active Motif	39167
Zeta-Probe GT Membrane	Bio-Rad	162-0197
Formaldehyde	Fisher	BP531-500
Protein A agarose	Millipore	16-156
Rnase A	Qiagen	19101
Proteinase K	Sigma	P4850
PCR Purification Kit	Qiagen	28106
Glycine	Sigma	G7403
Protease inhibitor cocktail	Roche	11836170001
BrdU	Sigma	B9285
Rabbit IgG	Millipore	12-370
HEPES	Sigma	H3375
NaCl	Sigma	S-3014
Triton-X-100	Sigma	93443
NP40	USB Corporation	19628
Sodium deoxycholate	Sigma	D6750
Sodium bicarbonate	Sigma	S-4019
Ethanol	Decon Laboratories	04-355-222
DEPC-treated water	Sigma	95284
Tris	Fisher	BP-152-5
EDTA	Invitrogen	15575-020
SDS	Ambion	AM9820
Sodium hydroxide	Mallinckrodt GenAR	MAL7772-06
20X SSC	Life Technologies	15557-036
Non-fat dry milk	Lab Scientific Inc	M0841
ECL	Thermo Fisher	80196
X-ray film	Genesee Sci	30-101
Developer	Konica Minolta	SRX-101A
UV Crosslinker	Stratagene	XLE-1000
Sonicator	Branson Sonifier  Digital Ultrasonic Cell Disruptor	Model: 450
Centrifuge	Eppendorf	Model: 5810R
Water bath	Fisher Scientific Isotemp	Model: 2322
NanoDrop 1000 spectrophotometer	ThermoScientific	Model: 1000
Slot Blot apparatus	Schleicher and Schuell Minifold II	44-27570
Tissue Culture Incubator	Thermo Scientific	Series II 3110 Water-Jacketed CO2 Incubators