Method Article
Chirp es una técnica novedosa y rápida a los sitios de unión del Mapa del Genoma de los ARNs no codificantes de largo (lncRNAs). El método tiene la ventaja de la especificidad de los oligonucleótidos antisentido baldosas para permitir la enumeración de los sitios genómicos lncRNA enlazados.
RNAs no codificantes largos son los principales reguladores de los estados de la cromatina de importantes procesos biológicos como la compensación de la dosis, la impresión y la expresión de genes en el desarrollo 1,2,3,4,5,6,7. El reciente descubrimiento de miles de lncRNAs en asociación con determinados complejos de la cromatina modificación, tales como el complejo Polycomb represiva 2 (PRC2) que media la histona H3 lisina 27 trimethylation (H3K27me3), sugiere que las funciones generales de lncRNAs numerosos estados en la gestión de la cromatina en un gen específico 8,9 de la moda. Mientras que algunos lncRNAs se cree que actúa en cis de los genes vecinos, lncRNAs otros trabajan en trans para regular los genes yacimiento lejano. Por ejemplo, Drosophila lncRNAs roX1 roX2 y regiones se unen numerosos en el cromosoma X de las células masculinas, y son fundamentales para la compensación de la dosis 10,11. Sin embargo, la ubicación exacta de sus sitios de unión no se conocen en alta resolución. Del mismo modo, humana lncRNA AIRE CALIENTE puede afectar a la ocupación de PRC2 hientos de los genes en todo el genoma 3,12,13, pero ¿cómo se logra la especificidad no está claro. LncRNAs también puede servir como andamios modulares para contratar el montaje de complejos de proteínas múltiples. El clásico de acción trans ARN andamio es el TERC ARN que sirve como la plantilla y andamio para la telomerasa complejo 14; AIRE CALIENTE también puede servir como un andamio para PRC2 y un desmetilasa H3K4 complejo 13.
Los estudios previos de cartografía de ocupación del ARN en la cromatina han revelado una sólida perspectiva de 15,16, pero sólo en un lugar único gen a la vez. Los sitios de ocupación de la mayoría de lncRNAs no se conocen, y las funciones de regulación de la cromatina en lncRNAs han sido en su mayoría infiere de los efectos indirectos de la perturbación lncRNA. Al igual que la cromatina immunoprecipitation seguida de microarrays o la secuenciación profunda (chip-chip o chip siguientes, respectivamente) ha mejorado enormemente nuestra comprensión de las interacciones proteína-ADN en una escala genómica, aquí se ilustra una recentemente publicada estrategia para asignar tiempo de ocupación en todo el genoma ARN en alta resolución 17. Este método, Aislamiento cromatina por purificación del RNA (CHIRP) (Figura 1), se basa en la captura de afinidad de destino lncRNA: complejo cromatina por embaldosado antisentido-oligos, que luego se genera un mapa de sitios de unión genómicas a una resolución de varios cientos de bases con sensibilidad alta y baja de fondo. Chirp es aplicable a muchos lncRNAs porque el diseño de sondas de afinidad es sencillo dada la secuencia de ARN y no requiere conocimiento de la estructura del ARN o dominios funcionales.
1. Sonda de Diseño
Diseño anti-sentido ADN embaldosado sondas para la recuperación selectiva del ARN diana por Chirp.
2. Las células de la cosecha
Recoger las células que serán usadas en el experimento CHIRP.
3. Enlace de la Cruz-Las células y recoger sedimento celular
Crosslink recogen las células con glutaraldehído para preservar la cromatina-ARN interacciones y preparar sedimento celular.
4. Lisis de la célula
Lisar células reticuladas para preparar lisado celular.
5. Sonicación
ADN cizallamiento por sonicación reticuladas lisados celulares.
6. CHIRP
Hibridar sondas biotiniladas de ADN a ARN y aislar la cromatina enlazado.
7. Aislamiento del ARN
Extracto de la fracción de ARN de las muestras de un pitido para cuantificar de QRT-PCR.
8. El aislamiento del ADN
Extracto de la fracción de ADN de muestras de un pitido para identificar o cuantificar mediante secuenciación por PCR cuantitativa.
10. Los resultados representativos
Figura 1 representa el flujo de trabajo CHIRP. Un experimento CHIRP éxito típicamente enriquece ARN diana significativamente más ARNs no específicos. Figura 2 muestra el enriquecimiento de la telomerasa humana ARN (TERC) a partir de células HeLa por GAPDH, un ARN abundantes celulares que sirve como un control negativo. La mayoría de los ARNs TERC (~ 88%) presentes en la célula se empujado hacia abajo por la realización de chirrido, mientras que sólo el 0,46% de GAPDH RNA fue recuperada, demostrando un factor de enriquecimiento de ~ 200 veces. Las sondas no específicas, tales como sondas dirigidas LacZ ARN, que no se expresa en células de mamíferos (Figura 2), se puede utilizar como controles negativos adicionales.
Regiones de ADN esperados de obligar a la lncRNA objetivo son típicamente enriquecida sobre regiones negativos cuando se mide por qPCR. Figura 3 muestra la validación qPCR de cuatro AIRE CALIENTE enlazados a sitios en fibroblastos primarios de prepucio humano que determina realizando CHIRP-ss en la misma línea celular, mientras que TERC y GAPDH ADN sitios sírve como regiones de control negativo. Tanto el "par" y la sonda "raro", establece el enriquecimiento producido comparable de plazos previstos AIRE CALIENTE-sitios a través de las regiones negativas, un sello distintivo de los verdaderos lncRNA sitios de unión.
De alto rendimiento de secuenciación de ADN CHIRP enriquecido se obtiene un mapa global de los sitios de unión lncRNA. La Drosophila lncRNA roX2 se sabe que interactúan con el cromosoma X en una forma que se requiere para la compensación de la dosis. La Figura 4 muestra roX2 perfil de unión sobre una sección del cromosoma X. Tanto "incluso" y "extraño" las muestras han sido secuenciados y sus únicos ruidos han sido eliminados para producir un registro de las señales superpuestas. Cada "pico" aquí indica un sitio fuerte de roX2 vinculante. La pista completa y la lista de roX2 genes diana se han descrito en Chu et al. 2011 17.
Figura 1. Diagrama de flujo del procedimiento CHIRPDuré. La cromatina se entrecruza con lncRNA: aductos de proteínas in vivo Biotinylated sondas suelo de baldosas se hibridan para apuntar lncRNA, y los complejos de la cromatina se purifica mediante perlas magnéticas estreptavidina, seguido de lavados rigurosos.. Nos eluir el ADN o las proteínas lncRNA unido con un cóctel de RNasa A y H. se esquematiza una supuesta secuencia de lncRNA vinculante en color naranja. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17
Figura 2. CHIRP enriquece de ARN humano TERC. TERC-asDNA sondas recuperar ~ 88% de los celulares TERC RNA no detectable y GAPDH. LacZ asDNA sondas se utilizaron como controles negativos y recuperar ni ARN. La media ± desviación estándar se muestran. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17
Figura 3. AIRE CALIENTE CHIRP-qPCR en humanos primariafibroblastos Eskin. NFKBIA, HOXD3 4, SERINC5 y ABCA2 son las regiones que interactúan con AIRE CALIENTE. TERC y GAPDH sirvieron como controles negativos. La media ± desviación estándar se muestran. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17
Figura 4. CHIRP-ss datos de roX2 ARN en células de Drosophila SL2. "Aún" y "extraño" fueron secuenciados por separado, sus datos se unen para reflejar sólo los picos comunes en ambos. La pista fusionada se muestra. Anteriormente publicado en Chu et al. 2011. 17
Aquí se describe CHIRP-ss, un método de asignación en vivo sitios lncRNA vinculantes en todo el genoma. Los parámetros clave para el éxito son las piscinas abiertas de mosaico sondas de oligonucleótidos y el entrecruzamiento glutaraldehído. El diseño de las sondas de afinidad es sencillo dada la secuencia de ARN y no requiere conocimiento previo de la estructura del ARN o dominios funcionales. Nuestro éxito con roX2, TERC, y AIRE CALIENTE - tres ARN en lugar de dos especies diferentes - sugiere que CHIRP-ss es probable generalizable a muchos lncRNAs. Al igual que con todos los experimentos, los controles de asistencia y adecuada están obligados a interpretar los resultados. LncRNA diferentes pueden requerir un ajuste de las condiciones, y el cambio razonable de condiciones, como la selección de sondas de afinidad o reticulantes diferentes, puede poner de relieve diferentes aspectos de las interacciones ARN-cromatina. Al igual que el chip-ss, no todos los eventos son necesariamente vinculantes funcional, y se requieren estudios adicionales para determinar las consecuencias biológicas de ARN occupancy en la cromatina. No obstante, prevemos muchas aplicaciones interesantes de esta tecnología para los investigadores de otras asociadas a la cromatina lncRNAs, que ahora se cuentan por miles 8,9. Así como chip-ss ha abierto la puerta a todo el genoma de la exploración de las interacciones proteína-ADN, chirrido-ss estudios de la "interactoma ARN" puede revelar muchas nuevas vías de la biología.
C. Chu y Chang HY se nombran como inventores en una solicitud de patente basada en este método.
Damos las gracias a T. Hung, MC. Tsai, O. Manor, E. Segal, M. Kuroda, Swigut T., y yo Shestopalov para los debates. Con el apoyo de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (CC), el NIH R01-R01 CA118750 y HG004361-(HYC), y California Instituto de Medicina Regenerativa (HYC). HYC es un científico de Carrera Temprana del Instituto Médico Howard Hughes.
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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