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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
In this work we provide an experimental workflow of how active enhancers can be identified and experimentally validated.
배아 개발은 많은 유전자의 활성화와 억압을 포함하는 다단계 과정이다. 게놈 인핸서 요소는 세포 분화 동안 유전자 발현의 조직 및 세포 - 유형 특이 조절에 기여하는 것으로 알려져있다. 따라서, 자신의 식별 및 추가 조사는 세포의 운명이 결정되는 방법을 이해하기 위해 중요하다. 유전자 발현 데이터 (예를 들어, 마이크로 어레이 또는 RNA-SEQ) 및 염색질 면역 (칩) 기반 게놈 전체 연구 (칩 SEQ)의 결과의 통합은 이러한 조절 영역의 대규모 식별을 허용한다. 그러나, 세포 형 특정 증강 기능 검증은 생체 외 및 생체 내 실험 절차에 더 필요합니다. 여기에서 우리는 활성 강화제를 식별하고 실험적으로 검증 할 수있는 방법에 대해 설명합니다. 칩 서열 데이터 분석, 2)의 복제 및 EXPER 의해 조절 영역 1) 식별이 프로토콜을 포함하는 단계별 흐름을 제공한다imental 리포터 분석에서 확인 된 게놈 서열의 추정 규제 가능성 검증 및 인핸서 RNA 전 사체 수준을 측정하여 생체 내에서 증강 활성 3) 결정. 제시된 프로토콜은 실험실에서이 워크 플로를 설정하는 사람을 도울 수있을만큼 자세히 설명되어 있습니다. 중요한 것은,이 프로토콜은 쉽게 적응 및 셀룰러 모델 시스템에서 사용될 수있다.
Development of a multicellular organism requires precisely regulated expression of thousands of genes across developing tissues. Regulation of gene expression is accomplished in large part by enhancers. Enhancers are short non-coding DNA elements that can be bound with transcription factors (TFs) and act from a distance to activate transcription of a target gene1. Enhancers are generally cis-acting and most frequently found just upstream of the transcription start site (TSS), but recent studies also described examples where enhancers were found much further upstream, on the 3' of the gene or even within the introns and exons2.
There are hundreds of thousands of potential enhancers in the vertebrate genomes1. Recent methods based on chromatin immunoprecipitation (ChIP) provide high-throughput data of the whole genome that can be used for enhancer analysis3-9. Though data obtained by ChIP-seq experiments greatly increases the likelihood to identify cell and tissue-specific enhancers, it is important to keep in mind that detected binding sites do not necessarily identify direct DNA binding and/or functional enhancers. Thus, further functional analysis of newly identified enhancers is indispensable. In this work, we present a basic three-step process of putative active enhancer identification and validation. This includes: 1) selection of putative transcription factor binding sites by bioinformatics analysis of ChIP-seq data, 2) cloning and validation of these regulatory sequences in reporter constructs, and 3) measurement of enhancer RNA (eRNA).
Exposure of embryonic stem (ES) cells to retinoic acid (RA) is frequently used to promote neural differentiation of the pluripotent cells 10. RA exerts its effects by binding to RA receptors (RARα, β, γ) and retinoid X receptors (RXRα, β, γ). RARs and RXRs in a form of heterodimer bind to DNA motifs called RA-response elements, that is typically arranged as direct repeats of AGGTCA sequence (called as half site) and regulate transcription. Ligand-treatment experiments allowed the identification of several retinoic acid regulated genes in ES cells 11,12. However, enhancer elements for many of these genes has not been described yet. To demonstrate how the here-described workflow can be used for enhancer identification and validation we show step-by-step the selection and characterization of two retinoic acid-dependent enhancers in embryonic stem cells.
칩 서열 분석에 기초하여 선택 1. 향상제
2. 리포터 분석
주 : 루시페린 / 루시 페라 제를 사용하는 시스템전사 조절에 대해 매우 민감 기자 분석 등. 인핸서 활성을 루시퍼 라제 효소에 따라 검출 될 수있는 bioluminescense 결과 oxyluciferin하는 루시페린의 산화를 촉매하는 것이다 생성된다. 첫 번째 단계로서, 식별 된 추정 인핸서 서열은 리포터 벡터 (예 : 루시 페라 TK-22 또는 pGL3 NanoLuc)에 서브 클로닝한다.
증강 RNA의 3 특성
참고 : 증강 활동의 직접적인 지표는 최근 게놈 w 등장했다증강로부터 전사되는 NT 50 2000에서 크기에 이르기까지 많은 짧은 비 코딩 RNA를 식별하고, (eRNAs)을 증강 RNA를 지칭하는 IDE 연구 16,25,26 (그림 4). eRNA 유도 매우 인접 엑손 - 코딩 유전자의 유도와 연관. 따라서, 신호 의존 인핸서 활성은 RT-qPCR에 의해 여러 가지 조건 사이 eRNA 생산과 비교하여 생체 내에서 정량화 할 수있다.
우리는 게놈 전체에있는 RA-조절 유전자가 근접 수용체 농축을 식별하기 위해 범 특정 RXR 항체를 사용했다. 레티노 산으로 처리 ES 세포에서 얻은 RXR 칩 서열 데이터의 생물 정보학 분석은 RXR 사이트를 점령 하에서 핵 수용체 절반 사이트 (AGGTCA) (그림 1)의 농축을 밝혔다. 생물 정보학 알고리즘을 사용하여 우리는 RXR 칩 - 서열 데이터에 반 사이트 (그림 2)?...
In recent years, advances in sequencing technology have allowed large-scale predictions of enhancers in many cell types and tissues 7-9. The workflow described above allows one to perform primary characterization of candidate enhancers chosen based on ChIP-seq data. The detailed steps and notes will help anyone to set up a routine enhancer validation in the lab.
The most critical step in the luciferase reporter assay is the transfection efficiency. It is recommended to include a GFP...
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge Dr. Bence Daniel, Matt Peloquin, Dr. Endre Barta, Dr. Balint L Balint and members of the Nagy laboratory for discussions and comments on the manuscript. L.N is supported by grants from the Hungarian Scientific Research Fund (OTKA K100196 and K111941) and co-financed by the European Social Fund and the European Regional Development Fund and Hungarian Brain Research Program - Grant No. KTIA_13_NAP-A-I/9.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
KOD DNA polymerase | Merck Millipore | 71085-3 | for PCR amplification of enhancer from gDNA |
DNeasy Blood & Tissue kit | Qiagen | 69504 | for genomic DNA isolation |
QIAquick PCR Purification kit | Qiagen | 28106 | for PCR product purification |
Gel extraction kit | Qiagen | 28706 | for gel extraction if there are more PCR product |
HindIII | NEB | R3104L | restriction enzyme |
BamHI | NEB | R3136L | restriction enzyme |
FastAP | Thermo Scientific | EF0651 | release of 5'- and 3'-phosphate groups from DNA |
T4 DNA ligase | NEB | M0202 | for ligation |
QIAprep Spin Miniprep kit | Qiagen | 27106 | for plasmid isolation |
DMEM | Gibco | 31966-021 | ES media |
FBS | Hyclone | SH30070.03 | ES media |
MEM Non-Essential Amino Acid | Sigma | M7145 | ES media |
Penicillin-Streptomycin | Sigma | P4333 | ES media |
Beta Mercaptoethanol | Sigma | M6250 | ES media |
FuGENE HD | Promega | E2311 | transfection reagent |
Opti-MEM® I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-062 | for transfection |
All-trans retinoic acid | Sigma | R2625 | ligand, for activation of RAR/RXR |
96-well clear plate | Greiner | 655101 | for Beta galactosidase assay |
96-well white plate | Greiner | 655075 | for Luciferase assay |
D-luciferin, potassium salt | Goldbio.com | 115144-35-9 | for Luciferase assay |
ATP salt | Sigma | A7699-1G | for Luciferase assay |
MgSO4•7H2O | Sigma | 230391-25G | for Luciferase assay |
HEPES | Sigma | H3375-25G | for Luciferase assay |
Na2HPO4 •7H2O | Sigma | 431478-50G | for Beta galactosidase assay |
NaH2PO4 •H2O | Sigma | S9638-25G | for Beta galactosidase assay |
MgSO4•7H2O | Sigma | 230391-25G | for Beta galactosidase assay |
KCl | Sigma | P9541-500G | for Beta galactosidase assay |
ONPG (o-nitrophenyl-β-D-galactosidase) | Sigma | N1127-1G | for Beta galactosidase assay |
TRIzol® | Life Technologies | 15596-026 | RNA isolation |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Life Technologies | 4368814 | reverse transcription of eRNA |
Rnase-free Dnase | Promega | M6101 | Dnase treatment |
SsoFast Eva Green | BioRad | 750000105 | RT-qPCR mastermix |
CFX384 Touch™ Real-Time PCR Detection System | BioRad | qPCR machine | |
BioTek Synergy 4 microplate reader | BioTek | luminescent counter |
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