Method Article
Chirp ist eine neuartige und schnelle Technik, um genomische Bindungsstellen der langen nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) abzubilden. Die Methode nutzt die Spezifität der anti-sense-Oligonukleotide Fliesen um die Auszählung von lncRNA-gebundene genomische Stellen zu ermöglichen.
Lange-kodierende RNAs sind wichtige Regulatoren der Chromatin Staaten für wichtige biologische Prozesse wie Dosiskompensation, Imprinting und Entwicklungsstörungen Genexpression 1,2,3,4,5,6,7. Die jüngste Entdeckung von Tausenden von lncRNAs in Verbindung mit spezifischen Modifikation Chromatin-Komplexe wie Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) vermittelt, dass Histon H3 Lysin 27 Trimethylierung (H3K27me3), breite Rollen für zahlreiche lncRNAs bei der Verwaltung von Chromatin-Staaten in einer Gen-spezifischen schlägt Mode 8,9. Während einige lncRNAs gedacht werden, um in cis auf benachbarte Gene arbeiten, arbeiten andere lncRNAs in trans zu weit entfernten Gene regulieren. Zum Beispiel sind Drosophila lncRNAs roX1 und roX2 bind zahlreichen Regionen auf dem X-Chromosom der männlichen Zellen, und entscheidend für Dosiskompensation 10,11. Allerdings sind die genauen Standorte von ihren Bindungsstellen nicht mit hoher Auflösung bekannt. In ähnlicher Weise können menschliche lncRNA HOTAIR PRC2 Belegung auf h beeinflussenundreds von Genen genomweiten 3,12,13, aber wie Spezifität erreicht wird, ist unklar. LncRNAs kann auch als Modulgerüsten dienen dazu, die Montage von mehreren Protein-Komplexe zu rekrutieren. Die klassische trans-agierende RNA-Gerüst ist die TERC RNA, die als Vorlage und Gerüst für die Telomerase-Komplex 14 dient; HOTAIR kann auch als Gerüst für PRC2 und einem H3K4 Demethylase Komplex 13 zu dienen.
Frühere Studien Mapping RNA-Belegung am Chromatin haben gezeigt, wesentliche Einblicke 15,16, aber nur an einem einzigen Gen-Locus zu einer Zeit. Die Belegung der meisten Websites lncRNAs sind nicht bekannt, und die Rollen von lncRNAs in Chromatin Regulation wurden zumeist aus den indirekten Auswirkungen der lncRNA Störung abgeleitet. So wie Chromatin-Immunopräzipitation von Microarray-oder tief-Sequenzierung (ChIP-Chip oder Chip-seq bezeichnet) verfolgt hat, unser Verständnis von Protein-DNA-Wechselwirkungen im genomischen Maßstab verbessert, hier haben wir veranschaulichen eine recenTLY veröffentlichten Strategie zu lange RNA-Belegung genomweiten bei hoher Auflösung 17 Karte. Chromatin-Komplex, der durch Antisense-Oligonukleotide Tiling, der dann eine Karte der genomischen Bindestellen bei einer Auflösung von mehreren hundert Basen mit: Diese Methode, Chromatin Isolierung von RNA-Reinigung (Chirp) (Abbildung 1), basiert auf Affinität Erfassung von Soll-lncRNA Basis hoher Empfindlichkeit und geringem Hintergrund. Chirp ist auf viele lncRNAs, weil das Design der Affinitäts-Sonden ist einfach aufgrund der RNA-Sequenz und erfordert keine Kenntnis der RNA-Struktur oder funktionelle Domänen.
1. OEM Anwendungen
Design Anti-sense DNA Fliesen Sonden für die selektive Abrufen von Ziel-RNA von Chirp.
2. Ernten Sie die Zellen
Sammeln Zellen, die für die Chirp-Experiment verwendet werden.
3. Cross-Link-Cells und Sammeln Zellpellet
Crosslink gesammelten Zellen mit Glutaraldehyd zu RNA-Chromatin-Wechselwirkungen zu erhalten und bereiten Zellpellet.
4. Cell Lysis
Lyse vernetzten Zellen zu Zelllysat vorzubereiten.
5. Ultraschallbehandlung
Shear DNA durch Beschallung vernetzten Zelllysaten.
6. CHIRP
Hybridisieren biotinylierten DNA-Sonden an die RNA zu isolieren und gebundenen Chromatin.
7. RNA-Isolierung
Auszug RNA-Fraktion von Chirp Proben mittels qRT-PCR zu quantifizieren.
8. DNA-Isolierung
Auszug DNA-Fraktion von Chirp Proben durch Sequenzierung identifizieren oder zu quantifizieren, indem qPCR.
10. Repräsentative Ergebnisse
1 zeigt die CHIRP Workflow. Eine erfolgreiche CHIRP Experiment typischerweise bereichert Ziel-RNA signifikant gegenüber nicht-spezifische RNAs. 2 zeigt Anreicherung von humanen Telomerase-RNA (TERC) aus HeLa-Zellen über GAPDH, ein reichlich zelluläre RNA, die als negative Kontrolle dient. Mehrheit der TERC RNAs (~ 88%) in der Zelle vorhanden, wurden von der Durchführung CHIRP gezogen, während nur 0,46% der GAPDH-RNA wurde abgerufen, was zeigt, einem Anreicherungsfaktor von ~ 200 fache. Unspezifische Sonden wie Sonden Targeting LacZ-RNA, die nicht in Säugetierzellen (2) ausgedrückt wird, können als zusätzliche negative Kontrollen verwendet werden.
DNA-Regionen zu erwarten, um das Ziel zu binden lncRNA werden typischerweise über negativen Bereichen, wenn sie durch qPCR gemessen angereichert. 3 zeigt qPCR Validierung von vier HOTAIR-gebundenen Plattformen primäre humane Vorhautfibroblasten, dass wir durch Ausführen CHIRP-seq in der gleichen Zelllinie bestimmt, während TERC und GAPDH DNA Seiten an sichrve als negative Kontrolle Regionen. Sowohl "gerade" und "ungerade"-Sonde setzt erbrachten vergleichbare Anreicherung erwartet HOTAIR-gebundenen Seiten über Regionen negativ, ein Kennzeichen der wahren lncRNA-Bindungsstellen.
Hochdurchsatz-Sequenzierung von Chirp angereicherte DNA ergibt sich eine globale Karte der lncRNA-Bindungsstellen. Die Drosophila lncRNA roX2 ist bekannt, mit dem X-Chromosom in einer Weise, die für die Dosierung Kompensation erforderlich ist interagieren. 4 zeigt roX2 Bindungsprofil über einen Abschnitt des X-Chromosoms. Sowohl "gerade" und "ungerade" Proben wurden sequenziert und ihre einzigartige Geräusche wurden eliminiert, um eine Spur von sich überlappenden Signale zu erzeugen. Jede "Spitze" hier zeigt eine starke Seite von roX2 bindend. Die komplette Liste der Spur und roX2 Zielgene in Chu et al. 2011 17.
Abbildung 1. Ablaufschema des Chirp-VerfahDure. Chromatin ist lncRNA vernetzt: Proteinaddukte in vivo biotinylierten Sonden hybridisiert Fliesen zu lncRNA zielen, und Chromatin-Komplexe werden unter Verwendung von magnetischen Streptavidin-Kügelchen, gefolgt von strengen Wäschen.. Wir eluieren lncRNA gebundene DNA oder Proteinen mit einem Cocktail von RNase A und H. Eine mutmaßliche lncRNA Bindungssequenz orange schematisiert wird. Zuvor in Chu et al. 2011. 17
Abbildung 2. CHIRP bereichert für den menschlichen TERC RNA. TERC-asDNA Sonden abrufen ~ 88% der zellulären RNA TERC und GAPDH nicht nachweisbar. LacZ-asDNA Sonden werden als negative Kontrollen verwendet und Abrufen weder RNAs. Mittel + SD dargestellt. Zuvor in Chu et al. 2011. 17
Abbildung 3. HOTAIR CHIRP-qPCR in primären humanen fürEskin Fibroblasten. NFKBIA, HOXD3-4, SERINC5 und ABCA2 sind Bereiche, die mit HOTAIR interagieren. TERC und GAPDH diente als negative Kontrollen. Mittel + SD dargestellt. Zuvor in Chu et al. 2011. 17
Abbildung 4. CHIRP-seq Daten von roX2 RNA in Sl2 Drosophila-Zellen. "Selbst" und "ungerade" wurden getrennt sequenziert; ihre Daten zusammenführen, um gemeinsam nur Spitzen in beide reflektieren. Das fusionierte Bahn dargestellt. Zuvor in Chu et al. 2011. 17
Hier beschrieben CHIRP-seq, ein Verfahren zur Zuordnung in vivo lncRNA Bindungsstellen genomweiten. Die wesentlichen Parameter für Erfolg sind die Split-Pools von Fliesen Oligonukleotid-Sonden und Glutaraldehyd-Vernetzung. Das Design der Sonden-Affinität ist einfach angesichts der RNA-Sequenz und erfordert keine Vorkenntnisse in der RNA-Struktur oder funktionellen Domänen. Unser Erfolg mit roX2, TERC und HOTAIR - drei ziemlich unterschiedlichen RNAs in zwei Arten - legt nahe, dass CHIRP-seq wahrscheinlich verallgemeinerbar zu viele lncRNAs ist. Wie bei allen Experimenten werden Pflege und angemessene Kontrollen erforderlich, um die Ergebnisse zu interpretieren. Verschiedene lncRNA kann Titration von Bedingungen, und vernünftige Änderung der Bedingungen, wie zB Auswahl von verschiedenen Affinitätssonden oder Vernetzer erfordern, kann auf unterschiedliche Aspekte der RNA-Chromatin-Wechselwirkungen. Wie Chip-seq sind nicht alle Bindungsereignisse unbedingt funktional, und weitere Studien sind erforderlich, um die biologischen Folgen der RNA-o ermittelnccupancy auf Chromatin. Dennoch sehen wir viele interessante Anwendungen dieser Technologie für Forscher anderer Chromatin-assoziierten lncRNAs, die jetzt in die Tausende 8,9. So wie ChIP-seq hat die Tür für genomweite Untersuchungen der DNA-Protein-Interaktionen eröffnet, kann CHIRP-seq Studien des "RNA Interaktom" enthüllen viele neue Wege der Biologie.
C. Chu Chang und HY sind als Erfinder auf einer Patentanmeldung auf dieser Methode benannt.
Wir danken T. Hung, MC. Tsai, O. Manor, E. Segal, M. Kuroda, T. Swigut, und I. Shestopalov für Diskussionen. Unterstützt von der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung von Singapur (CC), NIH R01-R01-und CA118750 HG004361 (HYC) und California Institute for Regenerative Medicine (HYC). HYC ist ein Early Career Wissenschaftler des Howard Hughes Medical Institute.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Buffer List: | |||
Dissolve a pellet of complete protease inhibitor in 1 ml water as 50x stock. Make 100 mM PMSF in isopropanol (100x stock). Superase-in is used as 200x stock. Store all at -20 °C. | |||
Lysis Buffer: | |||
50 mM Tris-Cl pH 7.0 10 mM EDTA 1% SDS Always add PMSF, P.I. and Superase-in fresh before use except when washing beads | |||
Proteinase K Buffer (for DNA) | |||
100 mM NaCl 10 mM TrisCl pH 8.0 (For RNA use pH 7.0) 1 mM EDTA 0.5% SDS Add 5% by volume Proteainse K (Ambion AM2546 20 mg/ml) fresh before use | |||
Hybridization Buffer | |||
750 mM NaCl 1% SDS 50 mM Tris-Cl pH 7.0 1 mM EDTA 15% formamide (store in the dark at 4 °C) Always add PMSF, P.I. and Superase-in fresh before use | |||
Wash Buffer | |||
2x NaCl and Sodium citrate (SSC) (diluted from 20x SSC Invitrogen stock) 0.5% SDS Always add PMSF fresh before use | |||
DNA elution Buffer | |||
50 mM NaHCO3 1% SDS | |||
Table of specific reagents and equipment: | |||
Glutaraldehyde (EM grade) | Sigma-Aldrich | G5882-10x10ml | |
Motorized pellet mixer | VWR international | V8185-904 | |
Protease inhibitor | Roche Group | 11873580001 | |
PMSF | Sigma-Aldrich | 78830 | |
Superase-in | Ambion | AM2696 | |
Bioruptor | Diagenode | UCD-200 | |
Falcon tubes (for sonication) | Corning | 430790 | |
Proteinase K | Ambion | AM2546 | |
PCR purification kit | Qiagen | 28106 | |
C-1 magnetic beads | Invitrogen | 65002 | |
PMSF | Sigma-Aldrich | P7626-25G | |
DynaMag-15 magnet | Invitrogen | 123-01D | |
DynaMag-2 magnet | Invitrogen | 123-21D | |
MIRNeasy mini kit | Qiagen | 217004 | |
Rnase H | Epicentre Biotechnologies | R0601K | |
Rnase A | Sigma-Aldrich | R4875-100MG | |
Phase Lock Gel Heavy | 5 PRIME | 2302810 | |
Trizol | Invitrogen | 15596-018 | |
Phenol:chloroform:Isoamyl | Invitrogen | 15593-031 | |
Chloroform | Ricca | RSOC0020-1C | |
GlycoBlue | Ambion | AM9515 | |
Glycine | JT Baker | 4057-06 | |
PBS, pH 7.4 | Invitrogen | 10010-049 | |
Elution Buffer (EB) | Qiagen | 19086 | |
20x SSC | Invitrogen | 15557-036 | |
10% SDS | Invitrogen | 15553-027 | |
DNA-free | Ambion | AM1906 | |
Buffer kit | Ambion | AM9010 | |
Formamide | Invitrogen | 15515-026 |
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