Method Article
כאן, אנו מתארים את הפרוטוקול ואת יישומו של מתיל-Seq, פלטפורמה epigenomic, באמצעות מודל עכברוש לזיהוי שינויים epigenetic הקשורים בחשיפה מתח כרוני. תוצאות מדגימים כי פלטפורמת מתיל-Seq עכברוש הוא מסוגל זיהוי הבדלים מתילציה הנובעים מחשיפה ללחץ אצל חולדות.
כפי הגנומים של מגוון רחב יותר של בעלי חיים הופכים לזמינים, אין צורך להגדיל עבור כלים יכול ללכוד שינויים epigenetic דינמיים במודלים של בעלי חיים אלה. העכברוש הוא חיה אחת בדגם המסוים שבו כלי epigenetic יוכלו להשלים לימודי תרופתי והתנהגותיות רבות לספק מידע מכניסטית תובנה. לשם כך, שינינו SureSelect ללכוד מערכת היעד (המכונה מתיל-Seq) את העכברוש, אשר יכול להעריך רמות מתילציה DNA ברחבי הגנום חולדה. העיצוב עכברוש לפלח היזמים, האיים CpG, חופי האי ואזורי GC-עשיר של כל הגנים RefSeq.
כדי ליישם את הפלטפורמה על ניסוי עכברים, חולדות ספראג Dawley זכר נחשפו מתח כרוני משתנה במשך שלושה שבועות, אחרי אשר נאספו דגימות דם להפקת DNA גנומי. מתיל-Seq ספריות נבנו בין דגימות DNA חולדה על ידי הטיה, מתאם מצדו, היעד העשרה, ביסולפאט המרה ריבוב. ספריות היו וסודרו על פלטפורמת הדור הבא רצפי וניתח הקריאות ברצף היו לזהות את DMRs בין ה-DNA של חולדות לחוץ, unstressed. המועמדים המובילים DMRs היו לאימות באופן עצמאי על-ידי ביסולפאט pyrosequencing לאשר את היציבות של פלטפורמת.
תוצאות מדגימים כי פלטפורמת מתיל-Seq עכברוש הוא כלי שימושי epigenetic ניתן ללכוד מתילציה שינויים המושרה על ידי חשיפה ללחץ.
ההתקדמות תפוקה גבוהה רצף הובילו שפע של רצף גנומית עבור דגם והן הלא-דגם אורגניזמים. הזמינות של רצפים כאלה הנחתה את מחקר גנטיקה, גנומיקה השוואתי ו transcriptomics. למשל, רצפים זמינים גנומית שימושיים מאוד עבור יישור נתונים רצף ניסויים שבב-Seq המעשירים DNA בהתבסס על שיוך היסטון שינויים1, או רצף ביסולפאט, אשר מודד מתילציה DNA על-ידי זיהוי אורציל נוצר ביסולפאט המרה של unmethylated cytosines2. עם זאת, היו עיכובים ביישום של פלטפורמות epigenomic משלבות נתונים זמינים רצף גנטי בעיצוב שלהם עקב מחסור בנתוני מוערת של רצפי תקינה ספציפית אשר יכולים להשפיע על תפקוד הגן.
בפרט, מתילציה DNA הוא אחד השינויים epigenetic למדה נרחב ביותר על ה-DNA זה יכול למנף נתונים זמינים גנומית לבניית פלטפורמת methylomic. דוגמה אחת כזו הוא פלטפורמה מבוססת על מערך אנושי methylome3, אשר כבר בשימוש נרחב בתחומים שונים מאונקולוגיה פסיכיאטריה4,5. למרבה הצער, פלטפורמות דומות עבור מודלים בבעלי חיים שאינם בני אדם הם נדירים, שכן ישנם כמעט לא בשימוש נרחב פלטפורמות אשר מנצלים רצף גנומית בעיצוב הראשונית שלהם.
שיטה נפוצה כדי להעריך את הנוף methylomic של מודלים בעלי חיים שאינם בני אדם הוא ייצוג מופחת ביסולפאט רצף (RRBS)6. גישה זו גוברת על העלות של רצף הגנום כולו ביסולפאט זה, תוך מתן נוף מקיף methylomic, מעניק כיסוי לקריאה-עומק נמוך יותר בשל עלות ומידע מוגבל תפקודית באזורים גדולים של ג'ין עלוב של הגנום2 . RRBS כרוך תקציר הגבלת גודל-מבחר של הדנ א כדי להעשיר עבור מאוד עשיר GC רצפים כגון איי CpG נפוץ נמצאו ליד הגן היזמים, חשב לשחק תפקיד בג'ין בתקנה7. ואילו בשיטה RRBS כבר בשימוש מספר מחקרים חשובים, הסתמכותו על אנזימי הגבלה אינה ללא האתגרים הבולטים ומגבלות. למשל, העשרה של רצפי GC-עשיר RRBS תלויה לחלוטין הנוכחות של רצפים ספציפיים מזוהה על-ידי אנזים הגבלה ובחירת גודל הבאים על ידי אלקטרופורזה. משמעות הדבר היא כי כל האזורים גנומית שאינן מכילות באתרים מגבלת אלה אינם נכללים בעת בחירת גודל. בנוסף, השוואות בין-המינים מאתגרת אלא אם באתרים מגבלת באותו קיימים לוקוסים אותו בין מינים שונים.
גישה אחת כדי להתגבר על המגבלות של RRBS היא להשתמש בשיטת העשרה מנצל רצף גנומית שפורסמו בעיצוב של הפלטפורמה. הפלטפורמה המבוססת על מערך אנושי משתמש הגששים פריימר מתוכנן נגד סחורות ארוזות לצרכן ספציפי להארכת אלל ספציפי (CG לעומת TG לאחר ההמרה ביסולפאט) המטרה חישול, פריימר. העיצוב משקף את רצף גנומית האנושי זמין, לא רק אזורים תקינה תבדוק-השפעול שנרכש שורות מרובות של חקירה, כמו קידוד ו- ENSEMBL8. למרות השימוש רחב בחקירות methylomic האנושי, פלטפורמה דומה אינו קיים מודל בעלי חיים. בנוסף, תבנית המבוססת על מערך המקומות אילוץ משמעותית על שטח זמין עבור מיקום המכשיר. מספר השנים האחרונות, נעשו מאמצים כדי לשלב למטרה-הייחודית המוענקת על ידי לכידת המכשיר ועיצוב התכונה תפוקה גבוהה של הדור הבא רצפי. כזה הביא במערכת העשרה היעד המבוסס על רצף הגנום העכבר (עכבר מתיל-Seq), אשר שימש כדי לזהות הבדלים ספציפיים במוח או glucocorticoid-induced מתילציה9,10. פלטפורמות דומות אחרות דגם וחיות -דגם נחוצים כדי להקל על epigenomic מחקר בבעלי חיים אלה.
. הנה, נדגים את היישום של פלטפורמה חדשנית זו לערוך ניתוח methylomic על החולדה. העכברוש שימש מודל חיה חשוב פרמקולוגיה, חילוף החומרים, neuroendocrinology, ובאופן הפעולה. לדוגמה, יש צורך להגדיל כדי להבין את המנגנונים שבבסיס כי להצמיח רעילות התרופה, השמנת יתר, תגובת המתח או התמכרות לסמים. פלטפורמה תפוקה גבוהה מסוגלת ללכוד methylomic שינויים הקשורים עם התנאים הללו יגביר את ההבנה שלנו של המנגנונים. מאז הגנום העכברוש חסר עדיין ביאור לאזורים רגולטוריות, אנחנו היזמים לא יתיר, האיים CpG, חופי האי11והחלה זוהו בעבר GC-עשיר רצפים לתוך העכברוש מתיל-Seq פלטפורמה12.
כדי להעריך עיצוב מוצלח ויישום של הפלטפורמה SureSelect היעד העשרה (המכונה כללי מתיל-Seq) הגנום עכברוש, אנחנו מועסקים מודל עכברוש של מתח כרוני משתנה (CVS)13 כדי לזהות באופן שונה מפוגל אזורים בין בעלי חיים unstressed, ולחוצה. פלטפורמה העיצוב שלנו, פרוטוקול, והיישום עשויה להיות שימושית עבור חוקרים מי עשוי לרצות לנהל חקירה epigenetic מוטים ומקיף על אורגניזם רצף גנומית של מי שכבר זמין אך נשאר גרוע המבואר.
כל הניסויים הושלמו ב בהתאם ותאימות עם כל רגולציה ומוסדיים הנחיות הרלוונטיים, כולל טיפול בעלי חיים מוסדיים, ועד שימוש ג'ונס הופקינס הספר לרפואה של.
1. בעלי חיים
2. כרוני מתח משתנה
3. האנדוקרינית מבחני
4. התנהגות
5. עיצוב של מתיל-Seq העכברוש
6. בניית הספרייה מתיל-Seq העכברוש מ- DNA גנומי
הערה: כדי למנוע תופעות אצווה, תהליך דגימות מרובים בו זמנית, ולמדרג את תערובות מאסטר בהתאם. תמצית הדנ א באמצעות ערכת חילוץ DNA זמינים מסחרית. עמודה או משקעים מבוססות שיטות הן תשואות דנ א גנומי באיכות גבוהה (יחס 260/280 ~ 1.8). השימוש בשיטות מבוסס-פנול אינם מומלצים. Elute או resuspend DNA במאגר טה נמוך (10 מ מ טה, 0.1 מ מ EDTA, pH 8.0).
7. קביעת רצף על ברצף הדור הבא
8. ניתוח לזיהוי DMRs
9. אימות על-ידי ביסולפאט Pyrosequencing
הטמעה מוצלחת של פלטפורמת מתיל-Seq עכברוש תלוי מספר קריטריונים. איור 1 מציג את זרימת העבודה הכוללת של המחקר וסימונים צעדים ספציפיים בקרת איכות (QC) הנדרשים לפני שתתקדמו. אחד הגורמים הראשון שיש לקחת בחשבון הוא החוסן של המודל בעלי חיים, משטר מתח, הקובעות את סדר הגודל של שינויים epigenetic המתרחשות על-פני methylome. מאז עבודתנו בעלי חיים מותנה בהשלמת שלנו התצפית הקודם כי חשיפה corticosterone (קורט) יכול להוביל שינויים ב- DNA מתילציה19,20, משטר מתח כרוני משתנה (CVS) שלנו צריכה להיות של התאבנות מספיק כדי לייצר הדגיש חולדות עם רמות מוגברות פלזמה קורט. משטר CVS שבועי טיפוסי שמוצג בטבלה 1 , כללה לחצים יומית בבוקר, אחר הצהריים, בן לילה את זה כל הזמן משתנות כדי למנוע habituation ונחלשו תגובת המתח. לאורך כל הטיפול 3 שבועות, החיות לחוץ הציג רמות גבוהות באופן משמעותי של רשע פלזמה קורט [ימים 4 – 21, לשלוט: 32.7 3.7 ננוגרם למ"ל, מתח: 103.0 11.9 ng/mL (כלומר SEM), P = 2.2 x 10-4, איור 2 א] על אלו של unstressed, לשלוט בבעלי חיים. באופן עקבי, החיות האלה גם הראו התנהגות כמו חרדה גדולה יותר גבוהות פלוס מבוך (EPM), כפי שמציין את הזמן באופן משמעותי יותר בזרועות סגור של EPM ופחות זמן בזרועות פתוחות (איור 2B). תוצאות אלו מדגימים כי החשיפה CVS הוביל אנדוקרינית משמעותיים ושינויי התנהגות, מוביל אותנו לחקור אם שינויים אלה היו קשורים עם חתימות מתילציה DNA ספציפיים.
אנחנו מדגישים מספר מחסומים המהווים מכרעת לבנייה מוצלחת של הספרייה מתיל-Seq. החל בכמות מספקת של ה-DNA הוא הכרחי, sonication, מרובים כביסה/טיהור, היעד העשרה, ביסולפאט המרה צעדים במרוכז להפחית את כמות ה-DNA בספריה סיים. למרות מספר שלבים הגברה PCR להקל על האובדן של תבנית ה-DNA, מספרי מחזור PCR מופרז יכול להציג את קריאות כפולים גבוה יותר. לצורך המחקר הנוכחי עכברוש מתיל-Seq, שימש 2 גר' gDNA דם לכל חולדה. נציין כי ספריות מתיל-Seq יכולה להתבצע באמצעות המתחילים כמות הדנ א 500 ng. מתחיל קטן יותר חומר מאפשר למשתמשים ליצור ספריות מ- DNA מבודדת על ידי FACS (תא לפעיל על-ידי קרינה פלואורסצנטית מיון) או מחט אגרופים, למרות שיש סיכון מוגבר לייצר כמות לא מספקת של ספריות עבור רצף עוקבות. QC מתבצע על ידי אלקטרופורזה של 1 ליטר של המדגם על bioanalyzer, אשר מספק DNA משקל מולקולרי, כמות, ו molarity. שלושה שלבים קריטיים הדורשים את השימוש bioanalyzer הם: 1) בעקבות sonication צעד כדי להבטיח מספיק הטיה של DNA (~ 170 bp, אדום, איור 3); 2) בעקבות צעד מצדו מתאם שצוין על-ידי שינוי בגודל ממוצעת של ה-DNA הוטו (~ 200 bp, כחול, איור 3) כדי להבטיח שלהם הגברה עוקבות מאת PCR; ו 3) בעקבות ספריה הסופי שלב טיהור כדי להבטיח את הכמות והגודל של הספרייה רצף.
R-החבילות של BSSeq BSmooth ב Bioconductor שימשו לניתוח ביסולפאט את רצף נתונים18. החדרים כוללים כלים ושיטות ליישור קוראת את רצף, ביצוע בקרת איכות, זיהוי באופן שונה מפוגל אזורים (DMRs). תוכנה BSmooth הפעלת עניבת הפרפר 2.016,17 כמו רצף פנימי aligner להשיג CpG ברמת מדידה סיכומים על ידי יישור של קריאות קלט גולמי כדי המרה ביסולפאט רצף גנומית. קריאות מיושר ואז מסוננים דרך הליכי בקרת איכות קפדנית המבקשים לזהות רצף שיטתית ושגיאות בסיס-טלפון עשויים להטות ניתוחים במורד הזרם. סדרה של חלקות נוצרות באופן חזותי לסייע בתהליך זה של סינון. מדדי רצף נוצרים גם למידע רלבנטי המסמך, כגון מספר הקריאות מיושר, היעד %, ולפי CpG כיסוי, בין היתר (טבלה 2). לאחר הנתונים מסוננים, באלגוריתם החלקה/נורמליזציה מבוצעת, איפה כל CpG מוקצה ערך מתילציה המשוערת בהתבסס על QC כל קורא מתוך כל דגימה, הערכות מגבולות סחורות ארוזות לצרכן כדי להבטיח קוראים מדויקת יותר של מתילציה מצב אפילו במקרים בהם רצף כיסוי נמוך. ערך זה מספק הערכה מוחלקים של ההסתברות של מתילציה בכל אתר CpG. על ידי השוואת הממוצע של ההערכות מוחלקים מתילציה של כל מדגם בין שתי קבוצות טיפול לבין אזורים גנומית הדירוג מ המעט שונה באופן משמעותי ביותר, נוצרת רשימה של DMRs (טבלה 3).
העליון ש-DMR בין קבוצות לחוץ, unstressed היה ממוקם האמרגן של הגן histocompatibility הגדולות עכברוש Rt1-m4, עם הדגיש חיות מפגין רמות גבוהות יותר של מתילציה מעבר סחורות ארוזות לצרכן כל מבהמות unstressed (איור 4A). כדי לוודא את יישום מוצלח של פלטפורמת מתיל-Seq וניתוח נתונים, תוכננו primers נגד DMR, רמות מתילציה של הדנ א בדם במדגם כולו מתוח, unstressed בעלי חיים (8 וסודרו על ידי מתיל-Seq ו- 8 לא רציף) היו לאומדן ביסולפאט pyrosequencing. תוצאות להדגים עלייה משמעותית מתילציה DNA על פני 10 מתוך 12 סחורות ארוזות לצרכן לבדיקה (שינוי 5.1-10.4% מתילציה, P < 0.037, איור 4B). ניתוח מסלול קג בוצעה על כל אחד DMRs נומינלית משמעותית לזיהוי מסלולים הקשורים עם מתח. באופן עקבי, מסלולים הקשורים DMR מעורבים המחלות הקשורות חשיפה מתח כרוני, כגון סוכרת, מחלות לב וכלי דם, סרטן (טבלה 4). 21 , 22 , 23 להפגין שיוך בין הנתונים epigenetic ומידת החשיפה ללחץ, רמות מתילציה בעשר-CpG הושוו על הרמות קורט כלומר 3 שבועות עבור כל חיה. תוצאות המחקר הראו מתאם צנוע בין הנתונים אנדוקרינית, מתילציה (R2= 0.54, P = 0.001, איור 5).
איור 1: בסך הכל סכמטית זרימת עבודה עבור פלטפורמת עכברוש מתיל-Seq. גרם אחד של ה-DNA גנומי המופק מדם הדגיש, שליטה חולדות מעובד תחילה עבור בניית הספריות של מתיל-Seq עבור רצף, ניתוח, וזיהוי המטרה. עוד 100 ננוגרם של ה-DNA עבור אימות עצמאית של המטרות epigenetic שזוהה משמש ביסולפאט pyrosequencing. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: חשיפה מתח כרוני משתנה (CVS) מובילה לשינויים האנדוקרינית והתנהגותיים אצל חולדות. (א) samplings מרובים של corticosterone (קורט) מדגימים את היציבות של השבוע 3 משטר CVS. נאספו דגימות דם בבוקר לפני הטיפול סטרס יומי. (B) חיות Stressed מבלה יותר זמן בזרועות סגור ופחות זמן בזרועות פתוחות גבוהות ועוד מבוך (EPM). Boxplots עם נקודת נתונים עבור כל חיה מוצגים. מבחן T של סטודנט בוצעה מובהקות סטטיסטית. * P < 0.05, * * P < 0.01, ו * * * P < 0.001. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: כימות של הוטו, ובין אם-לא מתאם עכברוש דנ א ב bioanalyzer. העקומות אדום וכחול להראות את הכמות והגודל של הדנ א הגנומי (אדום) בעקבות הטיה sonicator איזותרמי, מתאם מצדו, בהתאמה. כל שורה מייצגת דוגמא אחת ואת האדום, כחול עקומות משקפים הן אובדן של DNA במהלך השלבים מספר (end-תיקון, 3'-adenylation וניקוי לדוגמה) להגביר את לחץ הדם גודל בשל מצדו המתאמים. חדות פסגות-25 bp ו- 1500 bp הם סימנים סטנדרטיים נוספו למאגר טעינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: CVS-induced שינויים epigenetic מזוהים על ידי עכברים מתיל-תת סעיף. (א) ניתוח של העכברוש מתיל-Seq נתונים מעורבים האמרגן של הגן Rt1m4 כאזור מפוגל באופן שונה (DMR) בין לחוץ (אדום) וחולדות שליטה (כחול). פלט גרפי עבור Rt1m4 DMR (אזור מוצל ורוד) מציגה כל CpG (קו אנכי אפור), הדגימות ארבעה לכל קבוצה (קווים אדום או כחול), ואת רמת מתילציה % עבור כל חיה (נקודה אדום או כחול). (B) 12 סחורות ארוזות לצרכן בתוך DMR היו אומת על-ידי ביסולפאט pyrosequencing. מהגרפים מיוצגים אומר SEM, בוצע מבחן T של סטודנט מובהקות סטטיסטית. * P < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: ניתוח של רגרסיה ליניארית הראו מתאם צנוע בין % DNA מתילציה-CpG-10 מתוך Rt1m4 ובשבוע 3 מתכוון פלזמה רמות קורט של שניהם הדגישו לשלוט בבעלי חיים (N = 16). נתונים מבעלי חיים לחוץ מיוצגים על-ידי עיגולים אדומים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
השבוע | יום 1 | יום 2 | יום 3 | יום 4 | יום 5 | יום 6 | יום 7 |
AM | איפוק | לשחות | חדר קר | לשחות | איפוק | שאכר | לשחות |
PM | שאכר | כלוב הטיה | איפוק | שאכר | חדר קר | איפוק | חדר קר |
בן לילה | להגביל את האוכל | רטוב מצעים | בידוד | אור על | הצפיפות | אור על | רטוב מצעים |
טבלה 1: זמנים שבועי טיפוסי של משטר מתח משתנה כרוני (CVS).
מדדי רצף | לחץ1 | בקרה1 |
(n = 4) | (n = 4) | |
לזווג סוף קריאות (לפי) | 89,290,397 | 80,165,674 |
סוף לזווג ממופה באופן ייחודי קורא (UMPER) | 39,200,255 | 35,013,406 |
יישור קצב/מיפוי יעילות (UMPER /) | 44% | 44% |
קריאות כפולים (% UMPER) | 73% | 65% |
UMPER עם מניעת כפילויות | 10,481,031 | 12,306,018 |
ממוצע לקריאה עומק כיסוי (x) (ARDC) | 6 x | 6 x |
סחורות ארוזות לצרכן (N) | 12,056,878 | 12,056,878 |
המרכז לקידום פליטים אפריקאים (x) של סחורות ארוזות לצרכן | 2 x | 2 x |
סחורות ארוזות לצרכן לפחות 10 קריאות (N) | 481,383 | 595,850 |
המרכז לקידום פליטים אפריקאים (X) של סחורות ארוזות לצרכן עם קריאות לפחות 10 | 19 | 19 |
על היעד סחורות ארוזות לצרכן (חפיפה מלאה עם בדיקה אזורי היעד) | 1,923,872 | 2,007,638 |
המטרה ARDC (x) של סחורות ארוזות לצרכן | 7 x | 8 x |
על סחורות ארוזות לצרכן היעד לפחות 10 קריאות (N) | 428,249 | 531,419 |
ב- ARDC היעד (x) של סחורות ארוזות לצרכן לפחות 10 קורא | 18 x | 18 x |
המטרה (לכל עם חפיפה זוג בסיסים 1 או יותר עם בדיקה אזורי היעד) (UMPER) | 8,277,715 | 9,369,523 |
% על היעד (של UMPER עם מניעת כפילויות) | 78% | 77% |
המטרה (סה כ בסיסים ממופה) Mb | 125 mb | 128 מגה-בתים |
על היעד קריאה ממוצע עומק כיסוי (x) (ARDC) | 9 x | 10 x |
1 מדדי רצף המבוסס על ממוצעים על פני נושאים בכל קבוצה |
טבלה 2: קביעת רצף מדדים המתקבל פלטפורמת מתיל-Seq חולדה.
chr | התחל | סוף | ג'ין | מרחק | areaStat | meanDiff | מתח | שליטה | כיוון |
chr20 | 1,644,246 | 1,644,390 | RT1-M4 | in_gene | 93.03 | 0.22 | 0.33 | 0.11 | רווח |
chr5 | 160,361,352 | 160,361,564 | LOC690911 | in_gene | -70.75 | -0.19 | 0.72 | 0.91 | אובדן |
chr3 | 61,138,281 | 61,138,330 | RGD1564319 | 265569 | 61.79 | 0.21 | 0.94 | 0.72 | רווח |
chr2 | 143,064,811 | 143,065,010 | Ufm1 | 8569 | -59.48 | -0.11 | 0.13 | 0.24 | אובדן |
chr7 | 30,764,111 | 30,764,284 | Ntn4 | in_gene | 57.04 | 0.21 | 0.94 | 0.73 | רווח |
chr17 | 12,469,112 | 12,469,218 | Idnk | 41996 | -50.91 | -0.13 | 0.74 | 0.88 | אובדן |
chr7 | 47,101,725 | 47,101,930 | Pawr | in_gene | -50.54 | -0.12 | 0.64 | 0.76 | אובדן |
chr5 | 76,111,248 | 76,111,822 | Txndc8 | 151703 | -50.38 | -0.11 | 0.85 | 0.96 | אובדן |
chr11 | 80,640,132 | 80,640,356 | Dgkg | in_gene | -50.07 | -0.16 | 0.73 | 0.89 | אובדן |
chr8 | 71,759,248 | 71,759,411 | Mir190 | 210226 | -47.84 | -0.17 | 0.58 | 0.75 | אובדן |
טבלה 3: ראש 10 באופן שונה מפוגל אזורים. עבור כל DMR, טבלת הפלט מראה משמאל לעמודה נכון: מיקום כרומוזומלית (chr), מרכזת (התחלה/סיום), ג'ין שם, מרחק שעתוק להתחיל באתר, אזור דיפרנציאלית סטטיסטיקה הדגישה בין ולשלוט קבוצות (areaStat), כלומר מתילציה דיפרנציאלית (meanDiff), כלומר מתילציה רמות על פני כל DMR עבור הדגיש ולשינוי קבוצות הבקרה (מתח/בקרה), וכיוון של מתילציה פקדים.
תנאי המעבר קג | ספירת ג'ין | % | ערך-P | בנימיני |
סוכרת | ||||
סוכרת סוג II | 12 | 0.1 | 3.6 x 10-4 | 9.8 x 10-3 |
מחלות לב וכלי דם | ||||
התכווצות השריר החלק בכלי הדם | 18 | 0.1 | 1.6 x 10-3 | 3.6 x 10-2 |
Arrhythmogenic חדרית שריר הלב (ARVC) | 13 | 0.1 | 4.0 x 10-3 | 7.1 x 10-2 |
קרדיומיופתיה מורחבת | 14 | 0.1 | 7.6 x 10-3 | 1.2 x 10-1 |
נוירון פונקציה | ||||
הויסעגט | 11 | 0.1 | 1.5 x 10-2 | 1.4 x 10-1 |
איתות | ||||
מסלול איתות MAPK | 35 | 0.2 | 2.4 x 10-4 | 9.9 x 10-3 |
מסלול איתות סידן | 22 | 0.1 | 1.2 x 10-2 | 1.4 x 10-1 |
מסלול איתות כימוקין | 21 | 0.1 | 1.2 x 10-2 | 1.3 x 10-1 |
סרטן | ||||
מסלולים ב סרטן | 42 | 0.3 | 4.1 x 10-5 | 3.4 x 10-3 |
Glioma | 15 | 0.1 | 4.4 x 10-5 | 2.4 x 10-3 |
סרטן ריאות תא חדרים-קטן | 10 | 0.1 | 7.9 x 10-3 | 1.1 x 10-1 |
סרטן המעי הגס | 13 | 0.1 | 8.4 x 10-3 | 1.1 x 10-1 |
לוקמיה מיאלואידית כרונית | 12 | 0.1 | 1.2 x 10-2 | 1.3 x 10-1 |
טבלה 4: ניתוח קג מסלול של DMRs זיהה מהחולדה מתיל-תת סעיף.
במחקר זה, אנחנו תוכננה ומומשה הפלטפורמה מתיל-Seq הגנום חולדה. על ידי הפגנת השירות שלה עם דגם עכברוש של מתח, אנחנו הראו כי הצינור ניסיוני אנליטיים יכול לספק אזורים מפוגל באופן שונה בין שתי קבוצות השוואה.
כדי להבטיח יישום מוצלח של הפלטפורמה, מספר שלבים קריטיים צריך להיות שנצפו. DNA לאיכות וכמות הראשון, הראשונית יש השפעה משמעותית על האיכות והכמות של הספרייה מתיל-Seq הסופי. השתמשנו fluorometer, במקום ספקטרופוטומטרים, כדי להבטיח מדידה הדנ א שלנו לידי ביטוי כמות כפולה גדילי DNA הנוכחי. Bioanalyzer שימש כדי למדוד את כמות ה-DNA בעקבות הטיה ואחרי מתאם מצדו וגודל מולקולרי. אימות גודל מולקולרי "מפנה" בין השלבים חיוני לאשר הנוכחות של מתאמי בקצוות של כל קטע DNA זה יעבור בתיווך מתאם ה-PCR בשלבים הבאים. כמות ה-DNA שנותרו בסוף השלב מצדו מתאם הוא גם חשוב, מאז לפחות 100 ננוגרם של המוצר הספרייה יש צורך בשלב זה כדי להבטיח כמות מספקת זמין לאחר השלבים ההמרה היעד עושר ולא ביסולפאט. מדידה רגישות גבוהה הסופי בוצע על הספרייה מתיל-Seq נבנה כך בספרייה יכולה לדלל כראוי עבור קיבוץ באשכולות הבאים על הרצפים הדור הבא. לבסוף, ביסולפאט pyrosequencing הועסק שיטה כמותית מאוד עצמאית כדי להעריך את הדיוק של הצינור אנליטית. האימות הסופי באמצעות דגימות המקורי שכפול באמצעות בעלי חיים נוספים הם צעדים חיוניים כדי להבטיח כי הניסוי ניתן לזהות שינויים משמעותיים מבחינה ביולוגית מתילציה DNA.
אנו כוללים גם מספר כללים מנחים במקרה של סטייה מהפרוטוקול או אם אתה נתקל בבעיות. קודם כל, זה אפשרי לאבד יותר מדי דנ א במהלך סוף-תיקון, מתאם מצדו או חרוז מגנטית טיהור צעדים. לחלופין, החל כמויות של הדנ א יכול להיות קטן (< 200 ng) עקב זמינות רקמות מוגבל/ה-DNA או יישום של שיטות שונות העשרה כגון קרינה פלואורסצנטית מופעל מיון תא. הגדלת מספר מחזור במהלך השלבים הגברה שני ספריה עשוי להיות מסוגל לפצות על אובדן מוגזם של ה-DNA או נמוך החל כמות ה-DNA לאורך כל פרוטוקול בניית ספריה. עם זאת, לא יותר מאשר נוספים 2-3 מחזורי מומלצים, כמו תבנית מופרז הגברה זה עלול לגרום לעלייה במספר קריאות כפולים להיות רציף. כפילויות אלה לא יכללו במהלך השלב היישור כדי למנוע הטיה בחישובים מתילציה אחוז. שנית, אם הגודל הממוצע של ה-DNA אינו מעלה על ידי יותר מ 30 bps, בדוק כדי לוודא כי ריאגנטים הם חדשים, כמו T4 DNA פולימראז, Klenow, ו/או T4 ליגאז עשוי להיות זקן. החלפת זמינים מסחרית ריאגנטים יכול לשמש.
בנוסף, קיימת אפשרות כי DMRs החזוי אולי לא אמת על-ידי pyrosequencing, שבו הבדלים מתילציה DNA שאינם קיימים או באופן משמעותי פחות מאשר אלה חזה על ידי ניתוח. אימות המסכן של המועמד אזורים היא בעיה נפוצה גם עבור ניתוחים הגנום כולו רבים, כגון מתי pyrosequencing תוצאות לא לאשר מתילציה דיפרנציאלית או גודל האפקט הוא הרבה יותר קטן מאשר זה חזה על ידי הניתוח. BSmooth הוא אחד אנליטית חבילת הזה "מחליק" רמת מתילציה על פני חלון של מספר סחורות ארוזות לצרכן. לניסוי הנוכחי, BSmooth מעורבים DMR רמות מתילציה של מי היו אומת על-ידי ביסולפאט pyrosequencing. עם זאת, ככל הנראה יהיו סתירות בין רמות מתילציה שמנבאת BSmooth ואלה אומתו pyrosequencing. הסתירות נובעים פונקציית החלקת שמעריך את הערכים מתילציה הממוצע על-פני כל סחורות ארוזות לצרכן בתוך DMR, כולל רצופים סחורות ארוזות לצרכן זה עשוי להשתנות מתילציה DNA על ידי יותר מ- 50% או סחורות ארוזות לצרכן ערכיו מתילציה שוחררנו תופיפצה סף תת לקרוא לעומק. R-חבילות כגון MethylKit24 יכול לשמש כדי לזהות חלונות קטנים יותר של סחורות ארוזות לצרכן או אפילו יחיד סחורות ארוזות לצרכן אשר רמות מתילציה לתאם חריפה עם אלה על-ידי pyrosequencing. הטמעת חבילות שונות ובדיקות החזוי אזורים או סחורות ארוזות לצרכן של מתילציה דיפרנציאלי שלהם על-ידי pyrosequencing יבטיח החוסן של נתונים. לחלופין, ספריות מתיל-Seq המקורי יכול להיות מיון מחדש והוסיף בקבצי קריאה כדי להגדיל את עומק קריאה. מאז קביעת רמות מתילציה הם כמותיים למחצה ו מוכתב על ידי מספר הקריאות [(# of CpGs) / (# של TpGs + סחורות ארוזות לצרכן)], הגדלת העומק קריאה עבור CpG נתון יגדיל את הדיוק של ערכו מתילציה אחוז. במחקר זה, שקלנו רק סחורות ארוזות לצרכן ערכיו מתילציה נקבעו על ידי קורא לפחות עשרה והצלחתי קריאה הכולל סיקור 19 x עבור כל CpG.
פלטפורמת מתיל-Seq עכברוש אינה ללא המגבלות. אמנם זה עלות יותר אפקטיבי מאשר רצף הגנום כולו ביסולפאט, זה משמעותית יקר יותר מאשר שיטות אחרות. למרות זאת, מרבית מהעלות היה עבור רכישת נתיבים על הרצפים (sequencer) ולא על מערכת לכידת. בהתאם העומק קריאה הצורך, עם השוואות בין רקמות הדורשים פחות בשל הבדלים גדולים (25 – 70%)12 ב מתילציה DNA, העלות יכול להיות מופחת על ידי ריבוב יותר דוגמאות לכל ליין באמצעות פלטפורמה קיבולת גבוהה יותר. בנוסף, הכנת הדוגמא היא אורכת זמן רב יותר משיטות אחרות. בעוד בדומה גישות אחרות הנפתח המשלבים הדור הבא רצפי, השלבים ההמרה טיהור וניקוי נוסף ביסולפאט להוסיף עומס העבודה. בסך הכל, פלטפורמת מתיל-Seq היא חלופה חסכונית רצף הגנום כולו, ומספק בסיס-זוג ברזולוציה ב. סחורות ארוזות, יותר מ- 2.3 מיליון לצרכן-וזה הרבה יותר מאשר אלה לבדיקה על ידי פלטפורמות מבוססת microarray. עד כה, את האדם זמין מסחרית ועכבר מתיל-Seq פלטפורמות שימשו כדי לתעד את השינויים תלויי-אלכוהול מקוק המוח25,26, גנים התפתחותיות במוח העכבר9, ו דם-מוח מטרות glucocorticoids10. עוד יותר, היכולת למקד אזורים ספציפיים בין רצף זיהוי על ידי אנזימי הגבלה הופך אותו לפלטפורמה אידיאלית השוואות בין-המינים. במחקר זה, תיכננו הפלטפורמה מתיל-Seq העכברוש, אשר תרופתי מטבולית, התנהגותית נסיוניות מבוצעות ללא הסיוע של כלי methylomic הגנום כולו. הנתונים שלנו מראים כי זה יכול לשמש כדי לזהות DMRs במודל של עכברים של מתח, בקורלציה פיסיולוגיים אחרים כגון רמות קורט פלזמה הכללית.
פלטפורמת מתיל-Seq הינו אידיאלי עבור epigenetic ניסויים בבעלי חיים עם הגנום ברצף זה ייתכן שאין מספיק ראיות לתעד אזורים רגולטוריות. כאשר אזורים כאלה נעשים זמינים, אזורים נוספים עשויים להיות אישית מעוצבת, המצורפות לגירסה הנוכחית. יתר על כן, פלטפורמת הינו אידיאלי עבור גנומיקה השוואתי, מאז העשרת היעד אינה מאולצת על ידי אנזים הגבלה זיהוי. למשל, האזור המקדם של הגן בכל עניין ניתן ללכוד ללא קשר אם זה בנמלים אתר הגבלה ספציפית. באופן דומה, ניתן ללכוד כל האזורים תקינה, כגון אלה שזוהו העכבר או בני אדם, אשר נשמרים הגנום של עניין.
כתב היד הוא חלק בפרס בתחרות של Agilent טכנולוגיות.
מחקר זה מומן על ידי מענק-NIH MH101392 (RSL) וכן תמיכה פרסים וקרנות הבאים: פרס החוקר הצעיר NARSAD, מרגרט אן מחיר החוקר קרן, ג'יימס ווה רוח הפרעות מלומד הקרן באמצעות קרן באוור טי צ'ארלס, בייקר קרן, קרן התאמה הפרוייקט (RSL).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Radioimmuno assay (RIA) | MP Biomedicals | 7120126 | Corticosterone, 125I labeled |
Master Pure DNA Purification Kit | Epicentre/Illumina | MC85200 | |
Thermal-LOK 2-Position Dry Heat Bath | USA Scientific | 2510-1102 | Used with 1.5 mL tubes |
Vortex Genie 2 | Fisher | 12-812 | Vortex Mixer |
Ethyl alcohol, Pure | Sigma-Aldrich | E7023 | 100% Ethanol, molecular grade |
Centrifuge 5424 R | Eppendorf | - | Must be capable of 20,000 x g |
Qubit 2.0 | ThermoFisher Scientific | Q32866 | Fluorometer |
Qubit dsDNA BR Assay Kit | ThermoFisher Scientific | Q32850 | |
Qubit dsDNA HS Assay Kit | ThermoFisher Scientific | Q32851 | High sensitivity DNA detection reagents |
Qubit Assay Tubes | ThermoFisher Scientific | Q32856 | |
SureSelectXT Rat Methyl-Seq Reagent Kit | Agilent Technologies | G9651A | Reagents for preparing the Methyl-Seq library |
SureSelect Rat Methyl-Seq Capture Library | Agilent Technologies | 931143 | RNA baits for enrichment of rat targets |
IDTE, pH 8.0 | IDT DNA | 11-05-01-09 | 10 mM TE, 0.1 mM EDTA |
DNA LoBind Tube 1.5 mL | Eppendorf | 22431021 | |
Covaris E-series or S-series | Covaris | - | Isothermal sonicator |
microTUBE AFA Fiber Pre-Slit Snap-Cap 6x16mm (25) | Covaris | 520045 | |
Water, Ultra Pure (Molecular Biology Grade) | Quality Biological | 351-029-721 | |
Veriti 96 Well-Thermal Cycler | Applied Biosystems | 4375786 | |
AMPure XP Beads | Beckman Coulter | A63880 | DNA-Binding magnetic beads |
96S Super Magnet | ALPAQUA | A001322 | Magnetic plate for purification steps |
2200 TapeStation | Agilent Technologies | G2965AA | Electrophresis-based bioanalyzer |
D1000 ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5582 | |
D1000 ScreenTape High Sensitivity | Agilent Technologies | 5067-5584 | |
D1000 Reagents | Agilent Technologies | 5067-5583 | |
D1000 Reagents High Sensitivity | Agilent Technologies | 5067-5585 | |
DNA110 SpeedVac | ThermoFisher Scientific | - | Vacuum Concentrator |
Dynabeads MyOne Streptavidin T1 magnetic beads | Invitrogen | 65601 | Streptavidin magnetic beads |
Labquake Tube Rotator | ThermoFisher Scientific | 415110Q | Nutator Mixer is also acceptable |
EZ DNA Methylation-Gold Kit | Zymo Research | D5006 | Bisulfite conversion kit. Contains Binding, Wash, Desulphonation, and Elution buffers |
Illumina Hi-Seq 2500 | Illumina | - | Next-generation sequencing machine |
PCR and Pyrosequencing Primers | IDT DNA | Variable | |
Taq DNA Polymerase with ThermoPol Buffer - 2,000 units | New England BioLabs | M0267L | |
Deoxynucleotide (dNTP) Solution Set | New England BioLabs | N0446S | |
Pyromark MD96 | QIAGEN | - | Pyrosequencing machine |
Ethyl Alcohol 200 Proof | Pharmco-Aaper | 111000200 | 70% Ethanol solution |
Sodium Hydroxide Pellets | Sigma-Aldrich | 221465 | 0.2 M NaOH denature buffer solution |
Tris (Base) from J.T. Baker | Fisher Scientific | 02-004-508 | 10 mM Tris Acetate Buffer wash buffer solution |
PyroMark Gold Q96 Reagents (50x96) | QIAGEN | 972807 | Reagents required for pyrosequencing |
PyroMark Annealing Buffer | QIAGEN | 979009 | |
PyroMark Binding Buffer (200 mL) | QIAGEN | 979006 | |
Streptavidin Sepharose High Performance Beads | GE Healthcare | 17-5113-01 | Streptavidin-coated sepharose beads |
PyroMark Q96 HS Plate | QIAGEN | 979101 | Pyrosequencing assay plate |
Eppendorf Thermomixer R | Fisher Scientific | 05-400-205 | Plate mixer. 96-well block sold separately (cat. No 05-400-207) |
SureDesign Website | Agilent Technologies | - | Target capture design software (https://earray.chem.agilent.com/suredesign/) |
UCSC Genome Browser | University of California Santa Cruz | - | rat Nov 2004 rn4 assembly |
Agilent Methyl-Seq Protocol | Agilent Technologies | - | https://www.agilent.com/cs/library/usermanuals/public/G7530-90002.pdf |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved