Method Article
CHIRP est une nouvelle technique et rapide à la carte génomique des sites de liaison de l'ARN non codantes de longues (lncRNAs). La méthode tire parti de la spécificité des oligonucléotides carrelage anti-sens pour permettre le dénombrement des sites génomiques lncRNA assortis.
ARN non codant longues sont des régulateurs clés de états de la chromatine pour des processus biologiques importants tels que la compensation de dosage, d'impression, et l'expression des gènes de développement 1,2,3,4,5,6,7. La découverte récente de milliers de lncRNAs en association avec des complexes spécifiques modification de la chromatine, comme complexe Polycomb répressive 2 (PRC2) qui assure la médiation histone H3 lysine 27 triméthylation (H3K27me3), suggère grands rôles pour de nombreuses lncRNAs dans la gestion des états de chromatine dans un gène spécifique la mode 8,9. Alors que certains sont lncRNAs pensé à travailler en cis sur les gènes voisins, d'autres travaillent dans lncRNAs trans pour réguler les gènes situés loin. Par exemple, chez la drosophile lncRNAs roX1 et roX2 régions lient de nombreux sur le chromosome X des cellules mâles, et sont essentiels pour 10,11 compensation de dosage. Toutefois, les emplacements exacts de leurs sites de liaison ne sont pas connus à haute résolution. De même, l'homme lncRNA Hotair peut affecter PRC2 d'occupation sur les hes centaines de gènes du génome entier 3,12,13, mais comment la spécificité est atteint n'est pas claire. LncRNAs peut également servir comme des échafaudages modulaires pour recruter l'assemblage des complexes protéiques multiples. Le classique agissant en trans ARN échafaud est le TERC ARN qui sert de modèle et d'échafaudage pour la télomérase complexe 14; Hotair peut aussi servir comme un échafaudage pour PRC2 et une déméthylase H3K4 complexe 13.
Des études antérieures de cartographie d'occupation ARN à la chromatine ont permis de mieux comprendre substantielles 15,16, mais seulement à un seul locus à la fois. Les sites d'occupation de la plupart des lncRNAs ne sont pas connus, et les rôles de lncRNAs en matière de réglementation chromatine ont été la plupart du temps induite par les effets indirects de la perturbation lncRNA. Tout comme immunoprécipitation de la chromatine suivie par microarray ou séquençage en profondeur (ChIP-chip ou ChIP-seq, respectivement) a grandement amélioré notre compréhension des interactions protéine-ADN sur une échelle génomique, ici, nous illustrer un recenTLY publié stratégie pour cartographier l'occupation à long génome à ARN à l'échelle à haute résolution 17. Cette méthode, d'isolement de la chromatine par purification d'ARN (CHIRP) (Figure 1), est basée sur la capture d'affinité de la cible lncRNA: complexe de la chromatine par carrelage antisens-oligos, qui génère alors une carte de la génomique des sites de liaison à une résolution de plusieurs centaines de bases avec de sensibilité et d'arrière-plan faible. CHIRP est applicable à de nombreux lncRNAs parce que la conception de sondes affinité est simple compte tenu de la séquence d'ARN et ne nécessite aucune connaissance de la structure de l'ARN ou des domaines fonctionnels.
1. Conception de la sonde
Conception d'ADN anti-sens de carrelage sondes pour la récupération sélective de l'ARN cible par Chirp.
2. Les cellules de récolte
Recueillir les cellules qui seront utilisées pour l'expérience gazouiller.
3. Croix-lier des cellules et collecte culot cellulaire
Crosslink recueillies cellules avec du glutaraldéhyde à préserver l'ARN-chromatine interactions et de préparer culot cellulaire.
4. Lyse cellulaire
Lyser les cellules réticulées à préparer un lysat cellulaire.
5. Sonication
ADN cisaillement par sonication réticulés lysats cellulaires.
6. CHIRP
Hybrider des sondes d'ADN à l'ARN biotinylés et d'isoler la chromatine liée.
7. RNA
Extrait fraction d'ARN à partir d'échantillons CHIRP pour quantifier par qRT-PCR.
8. Isolement d'ADN
Extrait fraction d'ADN à partir d'échantillons CHIRP à identifier par séquençage ou quantifier par qPCR.
10. Les résultats représentatifs
Figure 1 représente le flux de travail gazouiller. Une expérience réussie CHIRP enrichit généralement ARN cible de façon significative par rapport aux non-spécifiques des ARN. La figure 2 montre l'enrichissement de la télomérase humaine ARN (TERC) à partir de cellules HeLa sur GAPDH, un ARN cellulaire abondant qui sert de contrôle négatif. La majorité des ARN TERC (~ 88%) présents dans la cellule ont été tiré vers le bas en effectuant CHIRP, alors que seulement 0,46% de la GAPDH ARN a été récupéré, ce qui démontre un facteur d'enrichissement de ~ 200 fois. Sondes non spécifiques tels que des sondes ciblant l'ARN LacZ, qui n'est pas exprimé dans les cellules de mammifères (Figure 2), peut être utilisé comme d'autres témoins négatifs.
Des régions d'ADN attendues pour lier le lncRNA cible sont généralement enrichies au cours régions négatifs lorsqu'elle est mesurée par qPCR. La figure 3 montre la validation qPCR de quatre Hotair assortis sites dans des fibroblastes primaires de prépuce humain que nous avons déterminé en effectuant CHIRP-seq dans la même lignée cellulaire, tandis que TERC et GAPDH l'ADN des sites soirve que les régions de contrôle négatif. Les deux «même» et «bizarre» la sonde fixe donné l'enrichissement comparable attendus Hotair assortis sites sur les régions négatives, une caractéristique des véritables lncRNA sites de liaison.
Séquençage à haut débit de l'ADN enrichi CHIRP donne une carte mondiale des sites de liaison lncRNA. La drosophile lncRNA roX2 est connue pour interagir avec le chromosome X d'une manière qui est nécessaire pour la compensation de dosage. La figure 4 montre le profil de liaison roX2 sur une section du chromosome X. Les deux "même" et "impairs" échantillons ont été séquencés et leurs bruits uniques ont été éliminés pour produire une piste de signaux qui se chevauchent. Chaque «pic» indique ici un site fort de roX2 contraignant. La piste complète et la liste des roX2 gènes cibles ont été décrits dans Chu et al. 2011 17.
Diagramme Figure 1. De la procédure CHIRPcédure. Chromatine est réticulée à lncRNA: adduits protéiques in vivo biotinylés sondes carrelage sont hybridées à cibler lncRNA et complexes chromatiniens sont purifiés en utilisant des billes de streptavidine magnétiques, suivie par des lavages strictes.. Nous éluer lncRNA ADN lié ou des protéines avec un cocktail de la RNase A et H. Une séquence lncRNA putatif de liaison est schématisée en orange. Précédemment publié dans Chu et al. 2011 17.
Figure 2. Enrichit CHIRP pour l'homme TERC ARN. TERC-asDNA sondes de récupérer environ 88% de l'ARN cellulaire TERC et indétectable GAPDH. LacZ-asDNA sondes sont utilisés comme témoins négatifs et de récupérer ni ARN. Moyenne + sd sont présentés. Précédemment publié dans Chu et al. 2011 17.
Figure 3. Hotair chirp-qPCR humaine primaire pourfibroblastes Eskin. NFKBIA, HOXD3-4, SERINC5 et ABCA2 sont les régions qui interagissent avec Hotair. TERC et GAPDH ont servi de témoins négatifs. Moyenne + sd sont présentés. Précédemment publié dans Chu et al. 2011 17.
Figure 4. CHIRP-seq de données de roX2 ARN dans les cellules de drosophile SL2. "Même" et "bizarre" ont été séquencés séparément; leurs données fusionnent pour ne tenir compte que des pics communs à la fois. La piste fusionnée est montré. Précédemment publié dans Chu et al. 2011 17.
Ici, nous avons décrit CHIRP-seq, une méthode de cartographie des sites de liaison in vivo lncRNA l'échelle du génome. Les paramètres clés de la réussite sont les piscines fendues de carrelage sondes oligonucléotidiques et de réticulation au glutaraldéhyde. La conception de sondes affinité est simple compte tenu de la séquence d'ARN et ne nécessite aucune connaissance préalable de la structure de l'ARN ou des domaines fonctionnels. Notre succès avec roX2, TERC, et Hotair - trois ARN assez différentes dans les deux espèces - suggère que CHIRP-seq est probable généralisables à de nombreux lncRNAs. Comme avec toutes les expériences, les contrôles de soins et de bonne sont tenus d'interpréter les résultats. LncRNA différents peuvent nécessiter des conditions de titrage, et les changements judicieux de conditions, telles que la sélection de sondes d'affinité différentes ou des agents de réticulation, peut mettre en évidence différents aspects de l'ARN-chromatine interactions. Comme ChIP-seq, tous les événements de liaison ne sont pas nécessairement fonctionnelle, et des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer les conséquences biologiques de l'ARN occupancy sur la chromatine. Néanmoins, nous prévoyons de nombreuses applications intéressantes de cette technologie pour les chercheurs d'autres chromatine associés lncRNAs, qui sont actuellement au nombre des milliers 8,9. Tout comme ChIP-seq a ouvert la porte à l'échelle du génome des explorations de interactions ADN-protéines, chirp-études suivants de la "interactome ARN" peut révéler beaucoup de nouvelles avenues de la biologie.
C. Chu et HY Chang sont nommés comme inventeurs sur une demande de brevet sur la base de cette méthode.
Nous remercions T. Hung, MC. Tsai, O. Manor, E. Segal, M. Kuroda, T. Swigut, et I. Shestopalov pour les discussions. Soutenu par l'Agence de la Science, la Technologie et de la recherche de Singapour (CC), NIH R01 et R01-CA118750-HG004361 (HYC), et le California Institute for Regenerative Medicine (HYC). HYC est un scientifique en début de carrière de l'Institut médical 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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