Method Article
CHIRP è una tecnica innovativa e rapida mappa genomica siti di legame di RNA non codificanti lunghi (lncRNAs). Il metodo sfrutta la specificità di oligonucleotidi anti-senso di affiancamento per consentire l'enumerazione di lncRNA-bound siti genomici.
RNA non codificanti lunghi sono regolatori chiave degli Stati cromatina per importanti processi biologici quali la compensazione del dosaggio, imprinting, e l'espressione genica di sviluppo 1,2,3,4,5,6,7. La recente scoperta di migliaia di lncRNAs in associazione con specifici complessi di modifica della cromatina, come Polycomb Complex repressiva 2 (PRC2) che media l'istone H3 lisina 27 trimethylation (H3K27me3), suggerisce i ruoli di massima per la gestione lncRNAs numerosi stati della cromatina in un gene specifico moda 8,9. Mentre alcuni lncRNAs sono pensati per lavorare in cis sui geni vicini, lncRNAs altri lavorano in trans per regolare i geni si trovano lontano. Per esempio, Drosophila lncRNAs roX1 e roX2 legano numerose regioni del cromosoma X delle cellule maschili, e sono fondamentali per la compensazione del dosaggio 10,11. Tuttavia, le posizioni esatte dei loro siti di legame non sono note ad alta risoluzione. Allo stesso modo, umano lncRNA Hotair può influire sulla occupazione PRC2 hundreds di geni genoma 3,12,13, ma come specificità si ottiene non è chiaro. LncRNAs può anche servire come strutture modulari di assumere l'assemblaggio di complessi proteici multipli. Il classico trans-agente RNA scaffold è il TERC RNA che serve come modello e scaffold per la telomerasi complesso 14; Hotair può anche servire come impalcatura per PRC2 e H3K4 demetilasi complesso 13.
Precedenti studi di mappatura occupazione RNA a cromatina hanno rivelato notevoli intuizioni 15,16, ma solo in un locus singolo gene alla volta. I siti di occupazione della maggior parte dei lncRNAs non sono noti, ei ruoli dei lncRNAs nella regolazione della cromatina sono stati in gran parte dedotta dagli effetti indiretti della perturbazione lncRNA. Proprio come immunoprecipitazione della cromatina seguita da microarray o sequenziamento profondo (ChIP-chip o ChIP-seq, rispettivamente) ha notevolmente migliorato la nostra comprensione di interazioni proteina-DNA su scala genomica, qui illustrare un RecenTLY pubblicato strategia per mappare lunga occupazione RNA genome-wide ad alta risoluzione 17. Questo, Isolamento metodo cromatina di purificazione dell'RNA (CHIRP) (Figura 1), si basa sulla cattura affinità di bersaglio lncRNA: complesso cromatina allineando-oligo antisenso, che genera un mappa genomica di siti di legame ad una risoluzione di diverse centinaia di basi con alta sensibilità e basso background. CHIRP è applicabile a molti lncRNAs perché il progetto di affinità sonde è semplice data la sequenza di RNA e non richiede alcuna conoscenza della struttura del RNA o domini funzionali.
1. Sonda di progettazione
Design anti-senso DNA piastrellatura sonde per il recupero selettivo di RNA bersaglio CHIRP.
2. Raccogliere cellule
Raccogliere cellule che verranno utilizzati per l'esperimento CHIRP.
3. Cross-Link Cells e raccogliere pellet cellulare
Crosslink raccolte le cellule con glutaraldeide per preservare le interazioni RNA-cromatina e preparare pellet di cellule.
4. Lisi cellulare
Lisare cellule reticolati per preparare lisato cellulare.
5. Sonicazione
Shear DNA da lisati cellulari sonicazione reticolati.
6. CHIRP
Ibridano sonde di DNA a RNA biotinilati e isolare cromatina legata.
7. RNA isolamento
Estratto frazione di RNA da campioni CHIRP per quantificare da qRT-PCR.
8. DNA Isolation
Estratto frazione di DNA da campioni CHIRP mediante sequenziamento per identificare o quantificare da qPCR.
10. Risultati rappresentativi
Figura 1 descrive il flusso di lavoro CHIRP. Un esperimento CHIRP successo arricchisce tipicamente RNA bersaglio significativamente nel non-specifici RNA. Figura 2 mostra arricchimento della telomerasi RNA umano (TERC) da cellule HeLa oltre GAPDH, un RNA abbondanti cellulari che serve come controllo negativo. La maggior parte degli RNA TERC (~ 88%) presenti nella cellula sono state abbattute eseguendo CHIRP, mentre solo il 0,46% del GAPDH RNA è stato recuperato, dimostrando un fattore di arricchimento di circa 200 volte. Le sonde non specifici quali sonde di targeting LacZ RNA, che non è espressa in cellule di mammifero (Figura 2), può essere usato come addizionali controlli negativi.
Regioni di DNA prevede di impegnare la lncRNA destinazione sono in genere arricchiti sulle regioni negativi quando misurata dal qPCR. La figura 3 mostra la convalida qPCR di quattro Hotair-bound siti primari fibroblasti del prepuzio umano che siamo determinati eseguendo CHIRP-seq nella linea stessa cella, mentre TERC e GAPDH DNA siti di sérve come regioni di controllo negativo. Sia "anche" e la sonda "dispari" imposta arricchimento prodotto comparabile attesi Hotair-bound siti su regioni negativi, un segno distintivo di veri lncRNA siti di legame.
High-throughput sequenziamento del DNA CHIRP arricchito produce una mappa globale di lncRNA siti di legame. La Drosophila lncRNA roX2 è noto per interagire con il cromosoma X in un modo che è necessaria la compensazione del dosaggio. Figura 4 mostra roX2 profilo di legame su una sezione del cromosoma X. Sia "anche" e "dispari" i campioni sono stati sequenziati e le loro unici rumori sono stati eliminati per produrre una traccia di segnali sovrapposti. Ogni "picco" indica qui un sito di forte roX2 vincolante. La pista e la lista delle roX2 geni bersaglio sono stati descritti in Chu et al. 2011 17.
Figura 1. Diagramma di flusso della procedura CHIRPdure. La cromatina è reticolata ad lncRNA: addotti proteici in vivo Biotinylated sonde piastrelle sono ibridate per indirizzare lncRNA e complessi della cromatina sono purificati utilizzando perline streptavidina magnetici, seguiti da lavaggi stringenti.. Noi eluire DNA legato lncRNA o proteine, con un cocktail di RNasi A e H. è schematizzata Una sequenza putativa lncRNA vincolante in arancione. Precedentemente pubblicato in Chu et al. 2011 17.
Figura 2. Arricchisce CHIRP per l'uomo TERC RNA. TERC-asDNA sonde recuperare ~ 88% dei cellulari TERC RNA non rilevabile e GAPDH. LacZ-asDNA sonde vengono utilizzati come controlli negativi e recuperare né RNA. Media + sd vengono visualizzati. Precedentemente pubblicato in Chu et al. 2011 17.
Figura 3. Hotair CHIRP-qPCR in umana primaria perfibroblasti Eskin. NFKBIA, HOXD3-4, SERINC5 e ABCA2 sono regioni che interagiscono con Hotair. TERC e GAPDH serviti come controlli negativi. Media + sd vengono visualizzati. Precedentemente pubblicato in Chu et al. 2011 17.
Figura 4. CHIRP-seguenti dati di roX2 SL2 RNA in cellule di Drosophila. "Anche" e "dispari" sono stati sequenziati separatamente, i loro dati si fondono in modo da riflettere solo picchi comuni in entrambi. La pista è mostrato unito. Precedentemente pubblicato in Chu et al. 2011 17.
Qui abbiamo descritto CHIRP-seq, un metodo di mappatura in vivo i siti di legame lncRNA genome-wide. I parametri chiave per il successo sono le piscine separate di piastrelle sonde oligonucleotidiche e reticolazione glutaraldeide. Il disegno di sonde per affinità è semplice data la sequenza di RNA e non richiede alcuna conoscenza preventiva della struttura del RNA o domini funzionali. Il nostro successo con roX2, TERC e Hotair - tre RNA piuttosto differenti in due specie - suggerisce che CHIRP-seq è probabile generalizzabile a molte lncRNAs. Come per tutti gli esperimenti, i controlli per la cura e propria sono tenuti a interpretare i risultati. LncRNA diversi possono richiedere la titolazione delle condizioni, giudizioso e il cambiamento delle condizioni, come la selezione di sonde affinità diverse o reticolanti, può mettere in luce aspetti diversi di interazioni RNA-cromatina. Come ChIP-seq, non tutti gli eventi vincolanti sono necessariamente funzionali, e sono necessari ulteriori studi per accertare le conseguenze biologiche di RNA occupancy sulla cromatina. Tuttavia, si prevede molte interessanti applicazioni di questa tecnologia per i ricercatori di altri cromatina associate lncRNAs, che ora si contano a migliaia 8,9. Proprio come ChIP-seq ha aperto la porta per la genome-wide esplorazioni di interazioni proteina-DNA, CHIRP-seq studi della "RNA interattoma" può rivelare molte nuove vie della biologia.
C. Chu e HY Chang sono denominati come inventori su una domanda di brevetto basato su questo metodo.
Ringraziamo T. Hung, MC. Tsai, O. Manor, E. Segal, M. Kuroda, T. Swigut e I. Shestopalov per le discussioni. Supportato da parte dell'Agenzia di Scienza, Tecnologia e Ricerca di Singapore (CC), NIH R01-R01-CA118750 e HG004361 (HYC), e la California Institute for Regenerative Medicine (HYC). HYC è uno scienziato inizi della carriera del Howard Hughes Medical Institute.
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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