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Method Article
Este manuscrito describe un protocolo para la preparación de una biblioteca ATAC-seq de neutrófilos de médula ósea murina, con el objetivo de garantizar una viabilidad óptima de los neutrófilos y una alta calidad de la biblioteca. Ofrece instrucciones paso a paso sobre la preparación de BMC, la clasificación inmunomagnética y la construcción de bibliotecas, lo que sirve como una guía valiosa, especialmente para los recién llegados al estudio de los neutrófilos.
El ensayo de cromatina accesible a la transposasa con secuenciación (ATAC-seq) es una técnica potente y de alto rendimiento para evaluar la accesibilidad de la cromatina y comprender la regulación epigenómica. Los neutrófilos, como un tipo de leucocitos crucial en las respuestas inmunitarias, experimentan cambios sustanciales en la arquitectura de la cromatina durante la diferenciación y activación, lo que afecta significativamente la expresión génica necesaria para sus funciones. ATAC-seq ha sido fundamental para descubrir factores de transcripción clave en la maduración de neutrófilos, revelar firmas epigenómicas específicas de patógenos e identificar objetivos terapéuticos para enfermedades autoinmunes. Sin embargo, la sensibilidad de los neutrófilos al medio externo complica la producción de datos de alta calidad ATAC-seq. Aquí, proponemos un protocolo escalable para preparar bibliotecas ATAC-seq a partir de neutrófilos derivados de médula ósea de roedores, con una separación inmunomagnética mejorada para garantizar una viabilidad celular óptima y bibliotecas de alta calidad. Se discuten en detalle los elementos vitales que influyen en la calidad de la biblioteca y los principios de optimización para la extensión metodológica. Este protocolo apoyará a los investigadores que estén dispuestos a estudiar la arquitectura de la cromatina y la reprogramación epigenómica de los neutrófilos, avanzando en los estudios de inmunología básica y clínica.
Los neutrófilos son uno de los tipos de células inmunitarias más abundantes y cruciales en los vertebrados, constituyendo entre el 50% y el 70%de los leucocitos humanos. Los neutrófilos desempeñan un papel central en la detección y eliminación de microorganismos en los huéspedes. Durante la sepsis, los neutrófilos maduros se encuentran entre los primeros respondedores2. Se movilizan rápidamente a los sitios de infección a través de la quimiotaxis3, donde combaten los patógenos mediante la ingesta de microorganismos (fagocitosis), la producción de especies reactivas de oxígeno dependientes de la NADPH oxidasa (ráfagas respiratorias), la secreción de gránulos (degranulación) y la formación de trampas extracelulares de neutrófilos (NET) que atrapan y matan a las bacterias extracelulares una vez que llegan al sitio de la inflamación4. Los neutrófilos inmaduros también son movilizados rápidamente desde la médula ósea a la circulación periférica por quimiocinas 5,6. Estos neutrófilos atraídos por el sitio infeccioso también liberan citocinas, que están involucradas en varios procesos fisiológicos, como la hematopoyesis, la angiogénesis y la cicatrización de heridas 7,8. Los pacientes con enfermedades congénitas o adquiridas que resultan en una disminución de los recuentos de neutrófilos son más susceptibles a las infecciones 9,10. Sin embargo, la activación de los neutrófilos es un arma de doble filo. La activación excesiva y la liberación de citocinas pueden causar daño a tejidos y órganos, lo que lleva a una disfunción orgánica múltiple si las infecciones no se controlan rápidamente11,12. Además, los neutrófilos también contribuyen a diversas enfermedades inflamatorias y autoinmunes y pueden influir en la progresión del cáncer y la metástasis13,14. Esto subraya la necesidad de estudiar la regulación de la actividad de los neutrófilos para equilibrar la respuesta inmunitaria eficaz y prevenir el daño al huésped.
En los neutrófilos, la arquitectura de la cromatina experimenta cambios distintos y dinámicos en su diferenciación, migración y activación, ejerciendo funciones reguladoras fundamentales a lo largo de la vida celular. Este viaje, desde el núcleo grande, redondo y rico en eucromatina de los mieloblastos a un núcleo más dentado en los mielocitos y metamielocitos, y luego a una célula en forma de C o S en banda y altamente lobulada con cromatina densamente empaquetada en neutrófilos polimorfonucleares15,16, es un testimonio de la complejidad de la biología de los neutrófilos. La configuración especializada de la cromatina asegura la expresión selectiva de genes esenciales para la función de los neutrófilos, como los implicados en la producción de gránulos y las rápidas respuestas transcripcionales necesarias para la eliminación efectiva de patógenos17. Cuando los neutrófilos son movilizados a sitios inflamatorios a través de la quimiotaxis, la migración transendotelial ejerce presión sobre el complejo enlazador del complejo nucleoesqueleto/citoesqueleto (LINC), lo que provoca la remodelación de la cromatina y un mayor potencial de activación18. En la sepsis, los neutrófilos activados exhiben un "desplazamiento nuclear a la izquierda", con una morfología anormal de la cromatina, como núcleos bilobulados o no lobulados y unacondensación de cromatina significativamente más laxa. Esto da como resultado una mayor accesibilidad dentro de las regiones génicas asociadas con la respuesta inflamatoria, induciendo así una expresión significativa de estos genes. Si las infecciones no están debidamente controladas, es necesaria la citrulinación de histonas y la posterior deconstrucción de la cromatina para formar NETs20,21. Por lo tanto, comprender la arquitectura de la cromatina de los neutrófilos es crucial para avanzar en la biología de los neutrófilos y desarrollar tratamientos para enfermedades inflamatorias y autoinmunes, lo que ofrece esperanzas para el tratamiento de futuras enfermedades.
La accesibilidad de la cromatina sirve como métrica para la arquitectura de la cromatina a nivel epigenómico. Indica cómo las regiones genómicas son físicamente permisibles para los potenciadores, promotores, aislantes y factores de unión a la cromatina y cómo estos elementos influyen en la expresión génica22. El ensayo de cromatina accesible transposasa con secuenciación (ATAC-seq) es una técnica ampliamente utilizada para evaluar la accesibilidad de la cromatina en todo el genoma23. No requiere conocimientos previos de elementos reguladores, lo que lo convierte en una potente herramienta para la investigación epigenética. Este método implica el aislamiento de núcleos de muestras, la fragmentación del ADN genómico mediante la transposasa Tn5 y la adición de cebadores de secuenciación para la preparación de bibliotecas, la secuenciación y el análisis de datos23. ATAC-seq ha sido fundamental en el estudio del mapeo de nucleosomas, el análisis de unión a factores de transcripción, los mecanismos reguladores en varios tipos de células o enfermedades, la identificación de nuevos potenciadores, el descubrimiento de biomarcadores, etc.22,23. A menudo se combina con otras técnicas, como la secuenciación de ARN, para un análisis exhaustivo de la expresión génica.
ATAC-seq ha avanzado en nuestro conocimiento de la biología de los neutrófilos al descubrir mecanismos epigenéticos precisos en la salud y la enfermedad. Ha revelado varios factores de transcripción clave (es decir, RUNX1, KLF6, PU.1, etc.) en la maduración de los neutrófilos y las respuestas efectoras24,25, ha descubierto firmas específicas de patógenos con potencial de biomarcadores en la sepsis26, ha dilucidado los mecanismos epigenómicos de la memoria inmunitaria innata12 y ha identificado dianas terapéuticas en la leucemia mieloide aguda (LMA) pediátrica27. Sin embargo, como componente celular prominente en la vigilancia inmunitaria, los neutrófilos exhiben una alta sensibilidad a su medio externo y, por lo tanto, plantean un desafío para producir datos de alta calidad ATAC-seq. En circunstancias fisiológicas, la vida media de los neutrófilos humanos es de 3,8 días, mientras que la vida media de los neutrófilos de ratón es de 12,5 h. Cabe destacar que su vida media es considerablemente más corta cuando se estudia in vitro28,29. Durante el funcionamiento in vitro de neutrófilos aislados, la exposición a microorganismos o patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs), así como los procedimientos experimentales redundantes y las operaciones duras, pueden dar lugar a una activación aberrante de los neutrófilos y a una disminución de la viabilidad celular debido a la apoptosis o la NETosis. Las células fallecidas comúnmente albergan cantidades significativas de ADN no cromatoinizado altamente susceptible a Tn5, lo que eleva el ruido de fondo de ATAC-seq23.
Aquí, proponemos un protocolo escalable para preparar bibliotecas ATAC-seq optimizadas para neutrófilos derivados de muestras de médula ósea de roedores. En la Figura 1 se presenta una descripción gráfica del protocolo, que abarca la separación inmunomagnética de los neutrófilos de la médula ósea, seguida de la secuenciación ATAC. La clasificación inmunomagnética mejorada garantiza la viabilidad óptima de los neutrófilos antes de extraer el núcleo para la biblioteca ATAC-seq, asegurando así la alta calidad de las bibliotecas y facilitando la incorporación de evaluaciones adicionales de neutrófilos en el esquema. La implementación de este protocolo ayudará a los investigadores a comprender las características de la arquitectura de la cromatina y los mecanismos de reprogramación epigenómica de los neutrófilos cuando se exponen a diversos desafíos microambientales. Se espera que esto tenga amplias aplicaciones en estudios de inmunología básica y clínica.
Todos los procedimientos con animales que se presentan a continuación cumplieron con las pautas y regulaciones nacionales de ética y bienestar animal, que fueron aprobadas por el Comité de Ética de Investigación en Cuidado Animal de la Universidad Médica de la Capital, Beijing, China (sjtkl11-1x-2022(060)).
1. Preparación de suspensiones de células de médula ósea (BMC)
2. Marcaje inmunomagnético de neutrófilos con perlas magnéticas anti-Ly6G
3. Separación de neutrófilos con clasificación celular inmunomagnética
4. Extracción del núcleo
5. Marcación anclada a nucleosomas con transposasa
6. Construcción de bibliotecas para secuenciación de próxima generación (NGS)
7. Control de calidad y secuenciación de la biblioteca
El protocolo descrito se empleó para aislar neutrófilos de la médula ósea de ratones C57BL/6 y comparar su respectiva varianza en la accesibilidad a la cromatina antes y después de la estimulación con lipopolisacáridos (LPS) mediante ATAC-seq. Por lo general, se pueden recolectar 2 x 107 BMC de ambos fémures de un ratón C57BL/6 de 6 a 8 semanas de edad y, posteriormente, se pueden aislar 2 x 106 neutrófilos. Entre ellas, se emplean 1 x 105 célu...
Este manuscrito reporta un protocolo experimental para la preparación de librerías ATAC-seq optimizadas para neutrófilos derivados de muestras de médula ósea de roedores. Debido a que los neutrófilos son células inmunitarias altamente susceptibles y fácilmente activas, los esfuerzos de optimización priorizaron el mantenimiento de la viabilidad de los neutrófilos aislados. El tratamiento inadecuado puede conducir a la NETosis y otras formas de muerte celular, lo que provoca la l...
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Programa de Investigación y Desarrollo de la Comisión Municipal de Educación de Beijing (KZ202010025041) y los Institutos Chinos de Investigación Médica, Beijing (Subvención No. CX24PY29).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.4% Trypan Blue | Scientific | T10282 | |
1x phosphate-buffered saline | Biosharp | BL302A | |
20 bp–5000 bp Alignment marker | Bioptic | C109102-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
5k Size marker(Standard 50 bp Ladder) | Bioptic | C109101-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
Amplicons Purification Beads | Beckman | A63881 | Amplicons Purification Beads is a nucleic acid purification kit for obtaining high quality DNA products. |
Anti-Ly6G MicroBeads Ultrapure, mouse | miltenyi | 130-120-337 | The Anti-Ly-6G MicroBeads UltraPure, mouse were developed for positive selection or depletion of mouse neutrophils from single-cell suspensions of mouse bone marrow. |
Anti-mouse CD11b-BV605 (1:200) | BD | Cat#563015 | |
Anti-mouse CD48-PE-Cy7 (1:400) | BD | Cat#560731 | |
Anti-mouse Ly6G-BV510 (1:200) | BD | Cat#740157 | |
C57BL/6J mice, wild type, 8-week-old, male | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | |
DNA Separation Buffer | Bioptic | C104406 | DNA fragment analyzer supporting products |
E. coli derived ultrapure LPS (serotype0111: B4) | Sigma-Aldrich | Cat#L-2630 | |
DNA Quantitative Reagent | vazyme | EQ111 | DNA Quantitative Reagentt is a simple, sensitive and accurate double-stranded DNA (dsDNA) fluorescence quantitative assay kit. |
Erythrocyte lysis buffer (10x) | BioLegend | Cat#420301 | |
Fetal bovine serum | Gibco | Cat#10099141C | |
MS Separation columns | miltenyi | 130-042-201 | MS Columns are designed for positive selection of cells. |
RPMI 1640 medium | Gibco | C11875500BT | |
S2 Gel electrophoresis needle | Bioptic | C105101 | DNA fragment analyzer supporting products |
Surgical instruments: scalpel, dissection scissors, microdissection scissors, fine forceps, blunt anatomical forceps, needle holder | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/us/en/browse/90184247/surgical-tools | Can be purchased from other qualified suppliers |
Syringe (1 mL) | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464 | Can be purchased from other qualified suppliers |
TruePrepTM DNA Library Prep Kit V2 for Illumina | vazyme | TD501-01 | TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina is a purpose-built kit specifically developed for Illumina's high-throughput sequencing platform. Using the kit, DNA can be prepared into sequencing libraries dedicated to Illumina's high-throughput sequencing platform. |
TruePrepTM Index Kit V2 for Illumina | vazyme | TD202 | TruePrep Index Kit V2 for Illumina is a Kit for the TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina. It can be used to prepare 96 different double-ended Index libraries. |
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