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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Este manuscrito describe el procedimiento experimental y el análisis de software para un ensayo de sitio de integración bidireccional que puede analizar simultáneamente el ADN de unión vector-huésped aguas arriba y aguas abajo. Los productos de PCR bidireccionales pueden utilizarse para cualquier plataforma de secuenciación aguas abajo. Los datos resultantes son útiles para una comparación cuantitativa de alto rendimiento de dianas de ADN integradas.
Los ensayos del sitio de integración (IS) son un componente crítico del estudio de los sitios de integración retroviral y su importancia biológica. En estudios recientes de terapia génica retroviral, los ensayos de IS, en combinación con secuenciación de próxima generación, se han utilizado como una herramienta de seguimiento celular para caracterizar poblaciones de células madre clonales que comparten la misma IS. Para la comparación precisa de repoblar clones de células madre dentro y entre diferentes muestras, la sensibilidad de detección, la reproducibilidad de los datos y la capacidad de alto rendimiento del ensayo están entre las cualidades de ensayo más importantes. Este trabajo proporciona un protocolo detallado y flujo de trabajo de análisis de datos para el análisis bidireccional IS. El ensayo bidireccional puede secuenciar simultáneamente las uniones vector-huésped aguas arriba y aguas abajo. Comparado con los enfoques de secuenciación SI unidireccionales convencionales, el enfoque bidireccional mejora significativamente las tasas de detección de IS y la caracterización de eventos de integración en ambos extremos de tÉl se dirigió al ADN. La tubería de análisis de datos que aquí se describe con precisión identifica y enumera secuencias IS idénticas a través de múltiples pasos de comparación que mapean las secuencias de IS al genoma de referencia y determinan los errores de secuenciación. Utilizando un procedimiento de ensayo optimizado, hemos publicado recientemente los patrones detallados de repoblación de miles de clones de células madre hematopoyéticas (HSC) después del trasplante en macacos rhesus, demostrando por primera vez el momento preciso de la repoblación de HSC y la heterogeneidad funcional de HSCs en el Sistema de primates. El siguiente protocolo describe el procedimiento experimental paso a paso y el flujo de trabajo de análisis de datos que identifica y cuantifica con exactitud las secuencias IS idénticas.
Los retrovirus insertan su ADN genómico en el genoma del huésped en varios sitios. Esta propiedad única, que puede contribuir al desarrollo de cánceres y otras formas de patogenia viral, tiene el beneficio irónico de hacer estos virus altamente susceptibles a la ingeniería celular para la terapia génica y la investigación básica de la biología. El Sitio de Integración viral (IS) - la ubicación en el genoma del host donde está integrado un ADN (virus) extraño - tiene implicaciones importantes para el destino tanto de los virus integrados como de las células huésped. Los ensayos de IS se han utilizado en diversos contextos de investigación biológica y clínica para estudiar la selección y la patogénesis del sitio de integración retroviral, el desarrollo del cáncer, la biología de células madre y la biología del desarrollo 1 , 2 , 3 , 4 . La baja sensibilidad de detección, la baja reproducibilidad de los datos y la frecuente contaminación cruzadaLos factores clave que limitan las aplicaciones de los ensayos de IS a los estudios actuales y previstos.
Se han desarrollado muchas tecnologías de análisis de IS. Los ensayos de sitios de integración basados en enzimas de restricción, que incluyen la Reacción en Cadena de Polimerasa (PCR) 5 , la PCR inversa 6 y la PCR 7 de Medición de Amplificación Lineal (LAM), son las más ampliamente utilizadas. El uso de enzimas de restricción específicas de sitio, sin embargo, genera un sesgo durante la recuperación de la IS, permitiendo sólo un subconjunto de integromes (un ADN extraño integrado en el genoma del huésped) en la vecindad del sitio de restricción a ser recuperado [ 4] . En los últimos años también se han introducido tecnologías de ensayo que evalúan de forma más exhaustiva el vector IS. Estos ensayos emplean diversas estrategias, incluyendo la PCR 8 mediada por transposón Mu, la PCR 9 no restrictiva (nr) -LAM, la enzima de restricción tipo IILa digestión edificada 10 , el cizallamiento mecánico 11 y la PCR aleatoria basada en hexámero (Re-PCR libre) 12 , para fragmentar ADN genómicos y amplificar IS. Las tecnologías actuales tienen diferentes niveles de sensibilidad de detección, cobertura del genoma, especificidad del objetivo, capacidad de alto rendimiento, complejidad de los procedimientos de ensayo y sesgos en la detección de las frecuencias relativas de los sitios objetivo. Dadas las diferentes cualidades de los ensayos existentes y la variedad de propósitos para los cuales pueden ser usados, el enfoque de ensayo óptimo debe ser cuidadosamente seleccionado.
Este trabajo proporciona procedimientos experimentales detallados y un flujo de trabajo de análisis de datos computacionales para un ensayo bidireccional que mejora significativamente las tasas de detección y precisión de cuantificación de secuencias analizando simultáneamente el IS aguas arriba y aguas abajo del ADN diana integrado (ver la Figura 1 para una vista esquemática de los procedimientos de ensayo ). Este enfoque tambiénS los medios para caracterizar el proceso de integración retroviral (por ejemplo, la fidelidad de la duplicación del sitio objetivo y las variaciones en las secuencias genómicas de inserciones aguas arriba y aguas abajo). Se han utilizado otros métodos bidireccionales principalmente para clonar y secuenciar ambos extremos del ADN diana 11 , 13 , 14 . Este ensayo se optimiza ampliamente para la cuantificación de alto rendimiento y reproducible de clones marcados con vectores, utilizando el método LM-PCR bien establecido y la cartografía de análisis computacional, y para cuantificar las uniones tanto aguas arriba como aguas abajo. El análisis bidireccional con la enzima TaqαI ha demostrado ser útil para la cuantificación clonal de alto rendimiento en estudios preclínicos de terapia génica de células madre 2 , 15 . Este artículo describe un método modificado que utiliza un cortador más frecuente (RsaI / CviQI - motivo: GTAC) que dobla tLas posibilidades de detectar integromes en comparación con un ensayo basado en TaqαI . Se describen procedimientos experimentales detallados y procedimientos de análisis de datos que utilizan enzimas con motivo GTAC para el análisis IS vectorial lentiviral (NL4.3 y sus derivados) y gamma-retroviral (vectores pMX). Los oligonucleótidos usados en el ensayo se enumeran en la Tabla 1 . En el documento complementario se proporciona un script de programación interno para el análisis de secuencias de IS.
1. Generación de las bibliotecas de secuencia de derivación (izquierda) y descendente (derecha)
2. Análisis de Secuencia IS Computacional
El bidireccional IS ensayo generado diferentes tamaños de PCR amplicones tanto para el upstream (izquierda) y aguas abajo (derecha) de acogida de acogida junturas ( Figura 2 ]. El tamaño de un amplicón de PCR depende de la localización del motivo GTAC más cercano aguas arriba y aguas abajo de un integro. El ensayo también produjo amplicones de PCR de ADN interno: las secuencias retrovirales cerca del tracto polipurino y el sitio de unión del cebador s...
El ensayo bidireccional permite el análisis simultáneo de ambas secuencias de unión de ADN vector-huésped aguas arriba (izquierda) y aguas abajo (derecha) y es útil en una serie de aplicaciones de terapia génica, células madre y cáncer. El uso de enzimas GTAC-motivo (RsaI y CviQI) y el enfoque de PCR bidireccional mejora significativamente las posibilidades de detectar un integromo (o una población clonal) cuando se compara con anteriores enzimas de motivo TCGA- TaqαI 2 ,<...
Los autores no tienen nada que revelar.
El financiamiento fue proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud Subvenciones R00-HL116234, U19 AI117941, y R56 HL126544; La Fundación Nacional de Ciencias Grant DMS-1516675; La Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF-2011-0030049, NRF-2014M3C9A3064552); Y el programa de la iniciativa KRIBB.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Thermostable DNA polymerase | Agilent | 600424 | PicoMaxx Polymerase |
Thermostable DNA polymerase buffer | Agilent | 600424 | PicoMaxx Polymerase buffer |
Deoxynucleotide (dNTP) solution mix | New England Biolabs | N0447L | dNTP solution mix (10 mM each) |
PCR tubes | VWR International | 53509-304 | PCR Strip Tubes With Individual Attached Caps |
2 mL microcentrifuge tube | Molecular Bioproducts | 3453 | microcentrifuge tubes |
PCR purification kit | Qiagen | 28106 | |
RsaI | New England Biolabs | R0167L | restriction enzyme |
CviQI | New England Biolabs | R0639L | restriction enzyme |
Buffer A | New England Biolabs | B7204S | NEB CutSmart buffer |
DNA Polymerase I large (klenow) fragment | New England Biolabs | M0210L | Blunting |
streptavidin beads solution | Invitrogen | 60101 | Dynabeads kilobaseBINDER kit |
Binding Solution | Invitrogen | 60101 | Dynabeads kilobaseBINDER kit |
Washing Solution | Invitrogen | 60101 | Dynabeads kilobaseBINDER kit |
magnetic stand | ThermoFisher | 12321D | DynaMag™-2 Magnet |
T4 DNA ligase | New England Biolabs | M0202L | T4 DNA ligase |
10X T4 DNA ligase buffer | New England Biolabs | B0202S | T4 DNA ligase reaction buffer |
5X T4 DNA ligase buffer | Invitrogen | 46300-018 | T4 DNA ligase buffer with polyethylene glycol-8000 |
UV-Vis spectrophotometer | Fisher Scientific | S06497 | Nanodrop 2000 |
pvuII | new England Biolabs | R0151L | restriction enzyme |
sfoI | new England Biolabs | R0606L | restriction enzyme |
Buffer B | new England Biolabs | B7203S | NEB buffer 3.1 |
Nuclease free water | Integrated DNA Technologies | 11-05-01-14 | |
Capillary electrophoresis | Qiagen | 9001941 | QIAxcel capillary electrophoresis |
Veriti 96-well Fast Thermal Cycler | Thermo Fisher Scientific | 4375305 | PCR Instrument |
Rotating wheel (or Roller) | Eppendorf | M10534004 | Cell Culture Roller Drums |
DNA size marker | Qiagen | 929559 | QX size marker (100 - 2,500 bp) |
DNA size marker | Qiagen | 929554 | QX size marker (50 - 1,500 bp) |
DNA alignment markers | Qiagen | 929524 | QX DNA Alignment Marker |
genomc DNA | Not Available | Not Available | Sample genomc DNA from in vivo or in vitro experiments |
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