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Method Article
Une méthode est présentée pour la reconstitution du modèle nucléosomiques tableaux de histones recombinantes et d'ADN répétées en tandem de positionnement des nucléosomes. Nous décrivons également comment les expériences de la vitesse de sédimentation en ultracentrifugation analytique, et la microscopie à force atomique (AFM) sont utilisés pour mesurer l'ampleur de nucléosomique saturation de tableau après reconstitution.
Octamères histones fondamentales qui sont répétitive espacés le long d'une molécule d'ADN sont appelés tableaux nucléosomiques. Tableaux nucléosomes sont obtenus dans une des deux façons suivantes: purification à partir de sources in vivo ou in vitro de reconstitution histones fondamentales recombinants et de l'ADN répétées en tandem de positionnement des nucléosomes. Cette dernière méthode a l'avantage de permettre à l'ensemble d'un uniforme plus de composition et tableau nucléosomique positionné précisément. expériences de vitesse de sédimentation en ultracentrifugation analytique des informations d'élasticité d'environ la taille et la forme des macromolécules en analysant la vitesse à laquelle ils migrent à travers la solution sous la force centrifuge. Cette technique, en même temps que la microscopie à force atomique, peut être utilisé pour le contrôle de qualité, en veillant à ce que la majorité des matrices d'ADN sont saturés avec des nucléosomes après reconstitution. Nous décrivons ici les protocoles nécessaires pour reconstituer quelques milligrammes de longueur et de composition dtableaux nucléosomiques efined appropriés pour les études biochimiques et biophysiques de la structure et la fonction de la chromatine.
Génomes eucaryotes n'existent pas d'ADN nu, mais sont compactés et organisées par des protéines liées. Ces complexes d'ADN et de protéines sont connues comme la chromatine. L'unité de répétition de base de la chromatine est le nucléosome. Un nucléosome est constitué d'histone octamère et 146 paires de bases d'ADN enroulé autour de l'octamère d'histone environ 1,6 fois 1. L'octamère d'histones est composé de deux exemplaires de chacun des histones H2A le fondamentales, H2B, H3, et H4. Octamères histones fondamentales qui sont répétitive espacés le long d'une molécule d'ADN sont appelés tableaux nucléosomiques. La structure étendue de tableaux nucléosomiques a été désigné comme la fibre de 10 nm ou les «perles sur un fil" structure et est présent in vitro dans des conditions de faible teneur en sel 2. La fibre de 10 nm est capable de se condenser dans les structures d'ordre supérieur par le compactage intra-groupe et / ou inter-réseau oligomérisation 2. Ces structures d'ordre supérieur peuvent être induites en présence de sels,ou qui peut être influencé par la liaison des protéines de la chromatine à l'architecture du réseau nucléosomale 3,4. Niveaux de compaction de la chromatine sont inversement corrélés avec un taux de transcription dans 5,6 vivo. Les dernières recherches soulignent l'importance de l'organisation structurale des génomes dans des procédés tels que la différenciation, le développement du cancer et d'autres 7,8. L'utilisation de tableaux nucléosomiques pour étudier la structure et la fonction de la chromatine s'est généralisée. Nous décrivons ici une méthode pour l'assemblage de tableaux de nucléosomiques histones recombinantes et d'ADN de positionnement des nucléosomes.
Utilisation de l'ADN recombinant avec des répétitions en tandem de séquences de positionnement des nucléosomes permet la reconstitution des tableaux qui contiennent des nucléosomes régulièrement espacés. Deux des séquences de positionnement plus populaires sont la séquence du gène d'ARNr 5S et le "601" 9,10 de séquence. La séquence 601 a été obtenue à partir d'expériences et la mortalité SELEXe positionne fortement nucléosomes que la séquence 5S 11. Par conséquent, la longueur de liaison de l'ADN des 601 matrices est plus homogène. ADN de positionnement des nucléosomes répétée en tandem est obtenu par filtration sur gel 4,12. Histones recombinantes sont purifiées à partir de E. coli dans des conditions de dénaturation 13. L'utilisation d'histones recombinantes permet de contrôler avec soin la composition de l'histone des matrices nucléosomiques. Par exemple, le noyau histones portant des mutations spécifiques 14 ou modifications post-traductionnelles 15,16 peut être substitué pour histones de type sauvage.
expériences de vitesse de sédimentation de surveiller le taux de sédimentation des macromolécules en solution sous une force centrifuge appliquée 17. Cela donne des informations sur la taille et la forme des macromolécules dans un échantillon. expériences de vitesse de sédimentation sont donc un outil approprié pour l'étude des changements d'état de la solution dans la fibre de chromatinela structure due à la condensation de la chromatine 18. Surtout, il est d'abord nécessaire d'utiliser des expériences de vitesse de sédimentation comme une étape de contrôle de la qualité dans nucléosomique tableau reconstitution. Si l'ADN et les nucléosomes sont pas combinées à un rapport molaire approprié, les tableaux peuvent être sous-ou sur-saturé avec histones. Ainsi, les informations obtenues à partir d'expériences de vitesse de sédimentation est utilisé pour veiller à ce que l'ADN est correctement saturé de nucléosomes. Il est important d'utiliser d'autres méthodes pour estimer la saturation de l'ADN avec des nucléosomes, en particulier si l'on travaille avec une matrice d'ADN non caractérisée. Par conséquent, nous décrivons également un procédé pour l'analyse de réseaux nucléosomales utilisant la microscopie à force atomique (AFM). L'AFM est une technique puissante qui permet la visualisation des effets d'un certain nombre de paramètres, tels que le niveau de saturation, l'effet de la présence de variants d'histones ou les effets de MgCl 2 19,20. AFM a également été applied pour étudier la dynamique des nucléosomes utilisant laps de temps imagerie 21. In vitro assemblés nucléosomiques tableaux 12-mer sont particulièrement favorables à des études de l'AFM, car ils appartiennent à la gamme de la bonne taille pour l'imagerie AFM 22. Dans la présente étude, nous avons utilisé l'AFM de tableaux nucléosomiques comme un contrôle de la qualité ainsi que d'un moyen d'affirmer les données de l'ASC ("voir c'est croire"). En plus de la visualisation simple, l'AFM permet de mesurer des profils de hauteur d'échantillons comme une métrique supplémentaire.
Une. Assemblée des recombinants de base histones dans octamères
Justification: La première étape de nucléosomique tableau reconstitution est de préparer indigènes base histones octamères de lyophilisés histones recombinantes. protéines histones sont combinés en des quantités molaires égales et assemblés en octamers des histones par dialyse les échantillons à partir d'un tampon de dénaturation dans du tampon de repliement.
Remarque: Voir l'étape 2.1 à 2.2 pour préparer la colonne équilibrage pour le lendemain.
2. Purification des histones octamères par chromatographie d'exclusion stérique
Justification: Après avoir conclu à l'article 1, les échantillons contiennent octamères histones ainsi que d'autres complexes d'histone comme les agrégats, tétramères de H3/H4, et des dimères de H2A/H2B. octamères histones seront purifiés loin de ces autres complexes en utilisant la chromatographie d'exclusion stérique (SEC).
3. Reconstitution de nucléosomiques tableaux de l'ADN et purifiées octamères
Justification: Reconstitution de tableaux nucléosomiques exige que octamères histones et l'ADN matrice être combinés à des rapports molaires spécifiques. Mélanges de l'ADN et des histones octamères à 2 M de NaCl sont pas dialysé dans les tampons de diminution de la force ionique. Un changement progressif de sel inférieure assure la formation de nucléosome bon. Obtention nucleosomal matrices avec le niveau de saturation octamère d'histone de l'ADN matrice souhaitée nécessite petites reconstitutions d'essai à grande échelle, suivie d'une reconstitution preparative à grande échelle. Les conditions appropriées définies par les reconstitutions à petite échelle sont utilisés pour guider la reconstitution de préparation.
Notes: Pour la purification d'ADN plasmidique à coût diminué mais augmenté effort, on peut utiliser la lyse alcaline avec la purification de l'ADN au phénol / chloroforme dans le but d'isoler l'ADN plasmidique à partir de E. coli 23,24. Stratégies pour séparer l'ADN matrice du plasmide ADN peuvent varier en fonction des changements dans la taille modèle d'ADN. Pour SEC, il est important de mettre en place la digestion de restriction enzyme d'une manière qui maximise la différence de taille entre le modèle et l'ADN plasmidique.
Composants dans tous les tampons: 10 mM Tris pH 7,8, 1 mM EDTA. Tampon 1 (ajouter 1 M de NaCl, 1 mM DTT) pour 5-6 heures. Tampon 2 (ajouter 0,75 M de NaCl, 1 mM DTT) pendant la nuit. Tampon 3 (ajouter mM NaCl 2,5, 1 mM DTT) pour 5-6 heures. Tampon 4 (ajouter mM NaCl 2,5 mM, PMSF 0,1) pendant une nuit.
Remarque: Afin de préserver les ressources, les échantillons de petite échelle doivent avoir le volume minimum nécessaire pour suffire à des tests de dépistage en aval. Afin d'avoir un enough échantillon pour les expériences de la vitesse de sédimentation et AFM énumérés ici, des échantillons de 50 pi à 0,3 mg d'ADN / ml sont appropriées. La taille de grande échelle, de préparation des échantillons dépendent de l'utilisation prévue. Un échantillon à grande échelle doit être préparé de la même manière que les échantillons de petite échelle.
4. Analyse sédimentation de vitesse de reconstitués nucléosomiques tableaux
Justification: expériences de la vitesse de sédimentation dans les informations Beckman Xl-A / I rendement d'ultracentrifugation analytique sur la taille et la forme des molécules en solution. expériences de vitesse de sédimentation réalisés dans des conditions de faible teneur en sel sont utilisés pour déterminer la mesure dans laquelle les matrices reconstituées sont saturés avec des nucléosomes.
Remarque: les analyses simples permettent la zone de mesure de raccourcir par des mesures de départ juste avant que l'échantillon ménisque (figure 2A). La plupart des analyses générées pendant l'exécution AUC devraient avoir des limites des fractions passées le ménisque ainsi que les plateaux stable (figure 2B). Lentilles sales sur les cellules de l'ASC peuvent générer des scans avec de grands pics, ceux-ci peuvent affecter l'analyse des données. Le logiciel UltraScan comprend un manuel qui est une excellente source d'information en ce qui concerne l'analyse des données d'ultracentrifugation analytique 26.
5. Modification et analyse des données de vitesse de sédimentation
Justification: les données de vitesse de sédimentation brutes doivent être analysés par un programme qui produit une distribution de coefficient de sédimentation diffusion corrigée. Cette information en retour indique la fraction d'un échantillon de lait reconstitué qui contient un niveau de saturation donné, par exemple si vous utilisez une matrice d'ADN 12-mère, il sera possible de déterminer la fraction de tableaux reconstitués qui a 10, 11 et 12 nucléosomes / ADN.
6. Visualisation nucléosomiques tableaux à l'aide microscopie à force atomique (AFM)
Justification: AFM permet de visualiser le niveau de saturation de nucleosomal tableaux. Cette technique est complémentaire vitesse de sédimentation par l'ASC et la digestion par enzyme de restriction comme un essai de contrôle de qualité.
Pour illustrer le protocole nous avons reconstitué à partir de matrices histones nucléosomiques recombinants de base de Xenopus et de l'ADN comprenant des 12 séquences répétées en tandem de 207 bp de la séquence de positionnement 601 (601 207 x 12). Nous avons d'abord assemblé octamers natives de histones fondamentales lyophilisées et ensuite purifié par des octamères FPLC en utilisant une colonne S200 (Figure 1A). Grands complexes élues tôt de la colonne S200. ...
Modèle tableaux de nucléosomiques sont un outil très utile pour l'étude in vitro de la structure et la fonction de la chromatine. Par exemple, ils ont été largement utilisés pour étudier le mécanisme de la condensation de la chromatine de la fibre dans une solution de 30 à 34, et a permis d'obtenir une structure aux rayons X d'un Tetranucleosome 35. Plus récemment, ils se sont avérés utiles à déchiffrer les effets structurels de variantes noyau d'histone spé...
Les auteurs n'ont aucun conflit d'intérêt.
Ce travail a été soutenu par le NIH subventions GM45916 et GM66834 à JCH et une bourse de la Fondation internationale pour le syndrome de Rett AK Ce travail a également été soutenu par des subventions du NIH GM088409 et Howard Hughes Medical Institute contributions à KL
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
(3-Aminopropyl)triethoxysilane | Sigma-Aldrich | A3648-100ML | |
6-8 kDa MWCO Dialysis Tubing | Fisher | 21-152-5 | |
HiLoad Superdex 200 16/60 Column | GE | 17-1069-01 | |
Vivaspin 50 kDa MWCO Centrifugal Concentrator | Sartorius | VS2031 | |
12-14 kDa MWCO Dialysis Tubing | Fisher | 08-667A | |
Illustra Sephacryl S-1000 Superfine | GE | 17-0476-01 | |
XL-A/I Analytical Ultracentrifuge | Beckman-Coulter |
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