Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Loop de cromatina desempenha um papel significativo na regulação gênica; no entanto, tem havido sem avanços tecnológicos que permitem a modificação seletiva e reversível de loops de cromatina. Aqui descrevemos um sistema poderoso para reorganização do laço da cromatina usar CRISPR-dCas9 (CLOuD9), demonstrado para seletivamente e reversivelmente modular a expressão gênica no alvo loci.
Estudos recentes demonstraram claramente que cromatina de longo alcance, tridimensional loop jogo de interações, um papel importante na regulação da expressão gênica, mas se o loop é responsável ou um resultado de alterações na expressão gênica é ainda desconhecido. Até recentemente, como cromatina loop afeta a regulação da atividade do gene e a função celular tem sido relativamente ambígua, e limitações de métodos existentes para manipular essas estruturas impediram a exploração profunda dessas interações. Para resolver esta incerteza, nós produzimos um método para a reorganização do laço cromatina seletivo e reversível usando CRISPR-dCas9 (CLOuD9). O dinamismo do sistema CLOuD9 foi demonstrado pelo sucesso localização das construções CLOuD9 para loci genômicos para modular a conformação da cromatina local de destino. Importante, a capacidade de reverter o contato induzido e restaurar a conformação da cromatina endógena também foi confirmada. Modulação da expressão genética com este método estabelece a capacidade de regular a expressão gênica celular e ressalta o grande potencial para aplicações desta tecnologia na criação de loops de cromatina que afetam marcadamente gene estável de novo expressão nos contextos de desenvolvimento e de câncer.
A relação entre cromatina dobrar no núcleo e a organização específica do genoma tem atraído interesse significativo nos últimos anos, como tem sido mostrado ser intimamente associada com a expressão de gene1,2. Enquanto a relação exacta entre a atividade do gene e modulação da estrutura da cromatina permanece obscura, tem sido a hipótese de que as interações entre contatos cromossômicos como resultado da organização da cromatina tridimensional dinâmica servem um Gene regulador de função3. Com efeito, tal efeito foi bem demonstrado no locus do gene da globina humana, onde a região de locus de controle (LCR) regula a atividade dos genes da globina de maneira específica desenvolvente, criando um loop de cromatina entre as duas regiões4. No entanto, nesta e outras regiões, não está claro se cromatina loop é uma causa ou a consequência de alterações na expressão gênica.
Até agora, os desafios em estudar este fenômeno permaneceram sem solução. Por exemplo, outras tentativas de indução de loops de cromatina envolveram modificando a sequência de DNA linear ou procedimentos complicados, que exigem uma abundância de conhecimento sobre elementos específicos que facilitam a loop5,6, 7,8. Além disso, enquanto trabalho anterior sugeriu que cromatina loops de expressão gênica de unidade em um contexto específico e restrito de7,8, o nível no qual cromatina loop afeta transcrição globalmente é incerto. Embora o interesse no impacto de loop de longo alcance na expressão gênica tem crescido continuamente nos últimos anos, perguntas sem resposta sobre como estabelecer e manter contatos de cromatina para alterar a atividade do gene persistirem.
A tecnologia que temos engenharia emprega a nuclease deficiente em cluster regularmente intercaladas curta palíndromo repetições (CRISPR) - CRISPR - associadas proteína 9 (dCas9), para permitir o direcionamento amplamente aplicável de qualquer loci genômicos9. Esta tecnologia elimina as questões complexas relacionadas com modificações da sequência de DNA linear e é acessível sem significativo conhecimento prévio dos componentes de loop particulares. Mais notavelmente, a ferramenta é universal e amplamente aplicável às alças de cromatina reconhecidas no desenvolvimento, bem como uma variedade de doenças, como câncer. O poder do CLOuD9 é demonstrado, reversível, alterando a estrutura de loops para efetivamente modular a expressão gênica.
1. gRNA Design
2. cultura de pilha
3. plasmídeo preparação e gRNA inserção15
Nota: Plasmídeo mapas estão disponíveis no apêndice e primers utilizados nas experiências de exemplo estão disponíveis em complementar a tabela 1.
4. lentivirus produção
5. lentivirus transdução de células
6. celular dimerização e lavagem para fora
7. imunoprecipitação e Co-moleculas
Nota: Verifique todos os buffers fresco e imediatamente antes da utilização.
8. RNA extração e PCR quantitativo
9. ensaio de captura de conformação de cromossomo
CLOuD9 induz reversível de β-globina promotor-LCR loop. Uso adequado do sistema CLOuD9 induz contato reversível do CSA complementar e CSP CLOuD9 constrói através da adição ou remoção de ABA para meios de cultura de células (Figura 1a). Construções de CSA e CSP (Figura 1b) estão localizadas apropriadas regiões genômicas usando padrão CRISPR gRNAs. Considerando a vasta documentação do locus de globina humana bem como frequente de dobramento cromossômica e rearranjo que ali ocorre durante o desenvolvimento, esta região foi escolhida para demonstrar a utilidade do sistema CLOuD9. Além disso, a linhagem celular K562 foi selecionada porque mostrou consistentemente expressar altos níveis do gene γ-globina fetal, ao contrário do gene de β-globina que é normalmente expressa em células de linhagem eritroide adulto saudável. Usando as células K562, a capacidade de CLOuD9 para modificar a expressão gênica pode ser examinada por tentar restaurar a expressão do gene da β-globina nesta linha de celular.
Antes da indução de dimerização, cromatina PCR quantitativo de imunoprecipitação (ChIP-qPCR) foi utilizado para assegurar a localização exata e direcionamento de cada componente CLOuD9 (complementar a Figura 1). Além disso, o co-imunoprecipitação (Co-IP) com e sem ABA verificado dimerização CSA e CSP na presença do ligante, bem como a reversibilidade na ausência do ligante (Figura 1C e complementar a Figura 2). 24 h após a adição de ABA, maior contato entre β-globina e o LCR apareceu como medido pela captura de conformação de cromossomo (3c) nas células com ambas as partes de dimerização, mas não os controles contendo apenas duas construções CSA ou CSP, validando, assim, o especificidade da mudança da cromatina para os sites alvo (Figura 1C e complementares figuras 3,4). Criando a interação de LCR-β-globina não eliminam completamente o contato de LCR-globina endógeno, mas em vez disso, adicionado ao contato de original, como relatado anteriormente8. Foram observados aumentos nos contactos de β-globina/LCR para até 72 h de dimerização, independentemente da região exata dentro da LCR e β-globina promotor região de destino (figuras complementares 5,6). Por último, a reversibilidade do sistema foi confirmada com 3C depois de retirar a ABA, que mostrou uma renovação completa da conformação endógena (Figura 1 d e complementar figuras 3-6).
Consideramos que o sucesso mostrado nas células K562 pode ser um resultado do local locus globina em uma região da eucromatina (Figura 1 d), então uma segunda linha de celular foi utilizada para explorar essa ideia. O sistema CLOuD9 foi aplicado às células de 293T HEK em regiões que são heterocromático e não expressar genes de globina (Figura 1e). O resultado foi semelhante ao que foi observado em K562s; mais associações de LCR de β-globina foram medidas por 3C após 24 h com ABA (Figura 1e e complementar a Figura 3), fornecendo evidências para capacidade de robusta do CLOuD9 para funcionar em ambientes celulares diferentes, apesar do estado original de cromatina ou conformação.
Loci adicionais foram testados para garantir a plena aplicabilidade da CLOuD9, incluindo o promotor Oct4 e um potenciador distal 5' dentro das células 293T. Anteriormente, não houve nenhuma expressão Oct4 detectável nesta linha de célula e ainda mais, sem contatos endógenos descritos. Provas de Oct4 expressão em células-tronco embrionárias resultantes de contactos com o enhancer distal 5' motivaram esta experiência, e o mesmo resultado foi observado com o locus de β-globina18. Contato entre o Oct4 promotor e enhancer distal foi identificada em células CLOuD9 habilitado, mas não as células de controle (Figura 1f). Além disso, observou-se que o promotor de Oct4 e interação de enhancer distal 5' também será solicitado um potenciador de 3' para entrar em contato com o promotor de Oct4. Este evento é consistente com a evidência que o amplificador de 3' interage com o promotor de Oct4/5 ' distal realçador do complexo durante o gene endógeno ativação10.
CLOuD9 induz alterações específicas do contexto em loci gene. Após a confirmação de que o sistema CLOuD9 realmente induzir cromossômicos contatos em loci de gene, procuramos examinar efeito dos loops na expressão gênica. Foi documentado que a transcrição de genes Oct4 e globina são contingentes sobre os contatos entre os Locus do gene LCR e globina e entre a distal 5' enhancer e o promotor Oct4, respectivamente,1,11. Assim, formulamos a hipótese que o uso do sistema de formação de laço de cromatina de unidade em cada uma destas regiões resultaria na expressão de gene convincente CLOuD9.
Em ambos os loci, RT-qPCR demonstrou essa ABA induzido cromatina loops dirigiu aumentos em Oct4 expressão em células de 293T e na expressão da β-globina em células K562, embora não em 293Ts (Figura 2a). Embora a adição de uma ABA para celular cultura para tão pouco como 24 expressão h β-globina aumentada significativamente, expressão continuou a aumentar progressivamente até 72 horas e foi reversível após fracasso de ABA (Figura 2a). Todas as células K562 exceto os controles seguiram esta tendência, não importa onde os componentes de dimerização estavam localizados nas regiões de promotor LCR e β-globina (Figura 2a e figuras complementares 7,8). Em apoio essas conclusões, ChIP-qPCR de H3K4me3 e RNA Pol-II no locus de β-globina em K562s e 293Ts correspondeu-se com as alterações observadas na transcrição (Figura 2 c-f).
CLOuD9 estabelece laços de cromatina estável. Embora a curto prazo indução de laço com CLOuD9 seguido claramente as expectativas, se a longo prazo indução de loop diferenciais efeitos permaneceram a ser observado. Para investigar isso, as células foram cultivadas na presença de ABA para 10 dias. Enquanto ambos K562s e 293Ts exibiu maior frequência de contato entre o locus de β-globina e o LCR em relação a controles (Figura 3a, b e complementares figuras 9,10), alterações na expressão de β-globina ainda só foram observadas nas células K562 (Figura 3C). Curiosamente, no entanto, observou-se que a longo prazo dimerização em K562s, onde a transcrição foi fortemente upregulated, era não mais reversível (Figura 3a e complementar figuras 9-11). No entanto, em 293Ts, onde nenhuma alteração na transcrição foi observada após longo prazo dimerização, induzida por alterações na cromatina contatos permanecidos reversíveis (Figura 3b e complementar a Figura 9).
Em geral, apenas uma pequena diminuição na expressão do gene foi observada após 10 dias de afastamento de ABA, que permaneceu significativamente mais elevados do que os níveis de expressão do gene antes da dimerização (Figura 3C). De acordo com isto, as células K562, mas não 293T células, mostraram alterações sustentadas em H3K4me3 e RNA Pol-II no locus de β-globina pelo ChIP-qPCR, comparados aos controles, mesmo depois de 10 dias antes da remoção da ABA (Figura 3d-f). Assim, nossos resultados indicam que a estabilidade do loop da cromatina implica mais sustentável de expressao.
Figura 1: CLOuD9 induz reversível de β-globina promotor-LCR loop. (a) adição de ácido abscísico (ABA, verde) traz duas construções complementares de CLOuD9 (CLOuD9 s. pyogenes (CSP), CLOuD9 S. aureus (CSA), vermelho e azul, respectivamente) em proximidade, remodela a estrutura da cromatina. Remoção da ABA restaura a conformação da cromatina endógena. (b) CLOuD9 construções combinam tecnologia CRISPR-dCas9 de S. aureus e S. pyogenes com domínios PYL1 e ABI1 reversível dimerizeable. (c) cronograma de CLOuD9 dimerização experimentos. (d) 3 C do ensaio medição frequências de reticulação todo o locus de β-globina em células K562 após 24 h de tratamento com ABA (vermelho) e posterior esmaecimento (azul) mostrando a reversibilidade do induzido contatos de β-globina/LCR (destacados em cinza). Pontas de seta laranja indicam regiões-alvo específicas CLOuD9 construção. O fragmento de EcoRI contendo sites de hipersensibilidade 1-4 do LCR (barra preta) foi usado como a região de âncora. Sua frequência de reticulação com outros fragmentos de EcoRI indicados (nomes no topo do gráfico) foram avaliados. Os genes de β-globina humana e sites de hipersensibilidade LCR são descritos na parte inferior do gráfico com as coordenadas de posição cromossômica. Os dados do ChIP-seq de H3K4me3 e H3K9me3 demonstram que esta região é eucromatina em K562s. (e) semelhante reversíveis mudanças na estrutura da cromatina são vistas nas células HEK 293T, apesar das evidências de dados H3K4me3 e H3K9me3 ChIP-seq que o globin a região é heterocromático neste tipo de célula. (f) 3 C ensaio medindo frequências de reticulação todo o locus Oct4 em 293T células após 72 h de tratamento com ABA (vermelho) mostrando induzida contatos de potenciador Oct4/distal (destacados em cinza). Pontas de seta laranja indicam regiões-alvo específicas CLOuD9 construção. O fragmento de MboI contendo o promotor Oct4 (barra preta) foi usado como a região de âncora. Sua frequência de reticulação com outros fragmentos de MboI indicados (nomes no topo do gráfico) foram avaliados. As regiões de Oct4 humanas são descritas na parte inferior do gráfico com as coordenadas de posição cromossômica. Todos os resultados de 3C foram obtidos de pelo menos três experimentos independentes. C 3 valores foram normalizados para tubulina. Para β-globina, frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Para Oct4, frequências de interação entre o fragmento de âncora e um fragmento de controlo negativo fora da região de interação Oct4 estavam definidas como zero. Barras de erro indicam s.d. n = 3. Esta figura foi modificada da Figura 1 em Morgan, Stefanie L., et al 9. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: CLOuD9 induz alterações específicas do contexto em estado de expressão e cromatina de gene. (a) induzida pela CLOuD9 cromatina loop no locus de β-globina resulta na indução da expressão da β-globina em K562s mas não em 293Ts. significado dado em relação ao controle Tratado células reversível. De student bicaudal t-testes * P < 0.05, t = 3.418, df = 5; P < 0,0001, t = 10,42 df = 5; n.s. não significativas. Barras de erro indicam s.d. n = 3. (b) indução de Oct4 expressão foi observada em 293Ts após induzida pela CLOuD9 loop para o mesmo locus. Importância é dada em relação ao controle Tratado células. De student bicaudal t-testes * P < 0.05, t = 4.562, df = 2. Barras de erro indicam s.d. (c) esquema de ChIP-qPCR locais de primeira demão ao longo do corpo do gene de β-globina. (d, e) ChIP-qPCR demonstra alterações reversíveis em H3K4me3 no locus de β-globina em K562s mas não em 293Ts induzida pela CLOuD9 loop a seguir. De student bicaudal t-testes * P < 0.05, * * P < 0,001, * * * P < 0,0001. Barras de erro indicam s.d. (f) CLOuD9 mediada por alterações na transcrição de β-globina em K562s correspondem com aumentos na ocupação de RNA Pol-II em toda a totalidade do organismo de gene de β-globina. De student bicaudal t-testes * P < 0.05, * * P < 0,001, * * * P < 0,0001. Barras de erro indicam s.d. Esta figura foi modificada da Figura 2 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: CLOuD9 estabelece laços de cromatina estável que sustentam a expressão de gene robusto seguinte dimerização a longo prazo. (a, b) 3 C ensaio demonstra que em K562s mas não 293Ts, cromatina induzida pela CLOuD9 loop torna-se irreversível após 10 dias de tratamento ABA, mesmo quando a ABA é removido por até 10 dias adicionais. 3C todos os resultados foram obtidos de pelo menos três experimentos independentes. C 3 valores foram normalizados para tubulina, e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Barras de erro indicam s.d. n = 3. (c) estabilização de Loop em K562s resulta em expressão persistente de β-globina, mesmo após 10 dias de esmaecimento de ABA. Sem mudanças na expressão de β-globina são observadas no 293Ts. significado dado em relação ao controle Tratado células. De student bicaudal t-testes * * * P < 0,0001, t = 5.963, df = 5; Não-significativas (d) ChIP-qPCR apresentando aumentos n.s. H3K4me3 marcas sobre o locus de β-globina em resposta a induzida pela CLOuD9 loop são sustentados após 10 dias de esmaecimento de ligante em do K562s. student bicaudal t-testes * P < 0.05, * * P < 0,001, * * * P < 0,0001. (e) sem alterações significativas na H3K4me3 sinaliza a longo prazo seguinte dimerização foram observados por ChIP-qPCR em 293Ts. (f) ocupação aumentou RNA Pol-II do locus de β-globina após indução de laço a longo prazo foi mantido em K562s após 10 dias de esmaecimento de ligante. De student bicaudal t-testes * P < 0.05, * * P < 0,001, * * * P < 0,0001. Todas as barras de erro indicam s.d. Esta figura foi modificada de Figura 3 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Complementar Figura 1: CLOuD9 construções localizar às suas regiões-alvo pretendido. Imunoprecipitação da cromatina e quantitativo PCR de CLOuD9 construções demonstram a localização correta de seus loci genômicos pretendido. Esta figura foi modificada de complementar Figura 1 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 2: CLOuD9 construções reversível associam em resposta ao tratamento ABA. Co-moleculas demonstrando a Associação das proteínas dCas9 seguinte 72 h de tratamento ABA é revertida seguinte subsequentes 72 h de esmaecimento de ligante. Esta figura foi modificada de complementar Figura 2 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 3: tratamento controle não induz nenhuma alteração nos contatos de cromatina. Tratamento com DMSO, um agente de controle, para 24 horas não induz nenhuma alteração na conformação da cromatina endógena por 3C em qualquer células K562 ou HEK 293Ts. C 3 valores foram normalizados para tubulina e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidos como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 3 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 4: células de controle CLOuD9 transfectadas não mostram nenhuma alteração na cromatina loop. Dirigindo dois CLOuD9 constrói a qualquer um o LCR ou o promotor de β-globina induz sem alterações significativas na estrutura da cromatina por 3C ABA no tratamento em relação ao tratamento controle. C 3 valores foram normalizados para tubulina, e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 4 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 5: CLOuD9 cromatina loop permanece reversível após 72 horas de dimerização. 3C ensaio em K562s demonstra a reversibilidade das CLOuD9 induzido β-globina/LCR contatos após 72 horas de tratamento ABA. C 3 valores foram normalizados para tubulina, e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 5 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 6: CLOuD9 loop de β-globina/LCR induzido não é afetado pelo site de destino de globina. Direção de CSA e CSP constrói para regiões alternativas do LCR ou os resultados de promotor de β-globina em semelhantes alterações reversíveis na indução de laço por 3C após 72 horas de tratamento ABA. C 3 valores foram normalizados para tubulina, e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 6 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 7: CLOuD9 induzida por alterações na expressão gênica são sustentadas independentemente do local de destino da globina. Direção de CSA e CSP constrói para regiões alternativas promotor da β-globina e LCR não tem impacto na indução da expressão do gene após 72 h de dimerização. No entanto, enquanto alguns impactam na força de expressão gênica seguir dimerização de longo prazo (dia 10) foi observada, altos níveis de β-globina em relação ao controle Tratado células foram esmaecimento de ligante subsequentes seguir sustentado por 10 dias adicionais. Importância é dada em relação ao controle Tratado células. p < 0,001, t = 10.25, df = 5; p < 0,0001, da esquerda para a direita t = 8.697, df = 6, t = 40,31, df = 7; n.s. não significativas. Todas as barras de erro indicam SD Esta figura foi modificada de complementar a Figura 7 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 8: controle CLOuD9 transfectadas células não mostram nenhuma alteração na expressão da β-globina. Dirigindo dois CLOuD9 constrói a qualquer um o LCR ou o promotor de β-globina não induz nenhuma mudança significativa na expressão de β-globina ABA no tratamento em relação ao tratamento controle. Importância é dada em relação ao controle Tratado células. n.s. não significativas. Esta figura foi modificada de complementar Figura 8 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 9: tratamento de controle a longo prazo não induz nenhuma alteração nos contatos de cromatina. Tratamento com DMSO, um agente de controle, por 10 dias não induz nenhuma mudança na conformação da cromatina endógena por 3C em qualquer células K562 ou HEK 293Ts. C 3 valores foram normalizados para tubulina e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidos como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 9 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 10: Long-Term CLOuD9 loop de β-globina/LCR induzido não é afetado pelo site de destino de globina. Direcionar o CSA e CSP constrói para regiões alternativas do LCR ou os resultados de promotor de β-globina da mesma forma sustentada laço de indução, como demonstrado por 3C após 10 dias de tratamento ABA e 10 dias de esmaecimento de ligante subsequentes. C 3 valores foram normalizados para tubulina, e frequências de interação entre o fragmento de âncora e o fragmento englobando o fragmento β/HS foram definidas como zero. Barras de erro indicam SD. n = 3. Esta figura foi modificada de complementar Figura 10 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Complementar Figura 11: CLOuD9 construções irreversivelmente associam em resposta ao tratamento a longo prazo da ABA. Co-moleculas demonstrando Associação irreversível das proteínas dCas9 CSA e CSP após 10 dias de tratamento ABA e 10 dias subsequentes do esmaecimento do ligante. Esta figura foi modificada de complementar Figura 11 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. , por favor clique aqui para baixar esta figura.
Suplementares tabela 1: lista de primer sequências para gRNAs, qRT-PCR, qPCR ChIP e 3C. Esta tabela foi modificada de complementar a tabela 1 em Morgan, Stefanie L., et al. 9. por favor clique aqui para baixar esta tabela
The Most passos críticos no loop de cromatina CLOuD9 são: 1) projetando ou usando o gRNAs correto, mídia 2) mudando diariamente em células transfectadas CLOuD9, incluindo a ABA ou DMSO, 3) manter o frescor da ABA e 4) executar avaliações de precisa e cuidadosos de conformação da cromatina.
Os limites de CLOuD9 principalmente residem na capacidade de criar guias para a região de destino de escolha. Guia de RNAs realizar a importante tarefa de localizar os componentes dCas9 para regiões de DNA alvo para ser dimerized e a eficácia dos guias baseiam-se em seu local de destino específico. Sem os componentes de gRNA adequada, o sistema não será capaz de formar reversivelmente CLOuD9 induzida por laços. Assim, projetando vários guias para cada região de interesse e espalhando os guias sobre uma região de 250-1000 bp, será assegurado pelo menos um guia bem sucedido. Guia local é também parte integrante resultados precisos. É importante evitar guias localizados em locais de ligação do fator da transcrição ou outras regiões críticas para evitar efeitos de fundo como acima ou para baixo de regulação da transcrição. Além disso, a localização precisa da construção de CLOuD9 ligeiramente pode afetar a transcrição do gene alvo. Isto enfatiza a importância de testar vários pares de guias para cada região de destino, para identificar o par mais robusto para fins experimentais. Além disso, em cada par de regiões-alvo, a construção da CSA deve ser alvejada com gRNAs por S. aureus, e construção de CSP deve ser alvejada com gRNAs por S. pyogenes para segmentação de especificidade.
Para garantir resultados precisos e dimerização correta, também é importante manter o frescor dos ambientes celulares seguindo a transdução das construções CLOuD9. Muda de mídia diária e a adição de dimerizer fresco (ou controle) garante que as construções complementares permanecerá na proximidade e preservar a conformação da cromatina alterado. Além disso, garantir a ABA é fresco e foi armazenado adequadamente de acordo com o protocolo do fabricante (aberto no prazo de 6 meses, ficou frio, protegidos da luz) é essencial para a obtenção de resultados autênticos.
Notavelmente, o dimerizer de ABA para CLOuD9 foi usado com as proteínas de dimerização ABI e PYL, ao invés do mais comumente utilizaram sistema FRB e FKBP. A necessidade de uma rapalog para o sistema FRB/FKBP teria limitado a aplicabilidade da CLOuD9, devido a toxicidade para as células cancerosas. O sistema alternativo de ABI/PYL contornado essa limitação, permitindo efetivamente CLOuD9 ser mais amplamente utilizáveis.
Coletivamente, nós desenvolvemos CLOuD9, uma tecnologia exclusiva e robusta que pode forçosamente mas reversível criar contatos entre loci genômicos de longo alcance do alvo. Através da indução de loops de cromatina, demonstramos também que CLOuD9 pode ser utilizada para modificar a expressão do gene no contexto celular adequado. A adaptabilidade da tecnologia permite o estudo irrestrito das interações entre qualquer dois loci genômicos, sem a necessidade de conhecimento prévio do loop regiões ou mecanismos de loop. Além disso, reversibilidade de demonstrada exclusiva do CLOuD9 mais permite análise dos mecanismos de loop em doença e desenvolvimento. Enquanto os efeitos no alvo de cromatina loop demonstraram claramente, ainda há a ser dados, oferecendo uma visão sobre os efeitos de loop fora do alvo e o subsequente impacto sobre os loops no alvo.
Nossos dados ilustra apenas alguns aplicativos desta ferramenta, mas implica a principal ideia subjacente que arranjo de cromatina é indicativo da expressão do gene. Nossa tecnologia pode ser usada para estudar e revelar as nuances da estrutura da cromatina na regulação gênica, melhorando assim a compreensão global do papel da cromatina dobradura na transcrição de genes. Uma melhor compreensão das sutilezas da dinâmica transcriptional pode liderar o caminho na investigação e tratamento de câncer, doenças hereditárias e doenças congénitas, na qual cromatina distinta assembleia, sem dúvida, altera gene expressão20, 21,22,23. Trabalhos posteriores, utilizando a tecnologia CLOuD9 acenderá ainda mais detalhes sobre a organização e a dinâmica dos domínios da cromatina e como eles conduzem a dobradura para sustentar a expressão do gene estável no desenvolvimento e na doença.
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecemos H. Chang, T. Oro, S. Tavazoie, R. Flynn, P. Batista, Calo E. e o laboratório de Wang inteiro para suporte técnico e leitura crítica do manuscrito. S.L.M foi apoiado neste trabalho através da NSFGRF (DGE-114747), NDSEGF (FA9550-11-C-0028) e o Instituto Nacional de câncer (1F99CA222541-01). K.C.W. é suportado por um prémio de carreira para médicos cientistas da Burroughs Wellcome fundo e é um Donald E. e Delia B. Baxter Foundation Scholar de faculdade.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
RPMI 1640 media | Life Technologies | 11875-119 | For K562 cell culture |
DMEM media | Life Technologies | 11995-065 | 1X, for 293T cell culture |
lentiCRISPR v2 | Addgene plasmid | #52961 | For CLOuD9 plasmid development |
pRSV-Rev | Addgene plasmid | #12253 | For lentivirus production |
pMD2.G | Addgene plasmid | #12259 | For lentivirus production |
pMDLg/pRRE | Addgene plasmid | #12251 | For lentivirus production |
Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher Scientific | 11668-019 | For lentivirus production |
anti-HA antibody | Cell Signaling | 3724 | For immunoprecipitation |
anti-Flag antibody | Sigma | F1804 | For immunoprecipitation |
DNeasy Blood and Tissue Kit | Qiagen | 69504 | For DNA extraction |
TRIzol | Life Technologies | 15596-018 | For RNA extraction |
RNeasy Kit | Qiagen | 74106 | For RNA extraction |
Superscript VILO | Life Technologies | 11754-050 | For cDNA |
SYBR Green I MasterMix | Roche | 4707516001 | For qPCR analysis |
Light Cycler 480II | Roche | For qPCR analysis | |
anti-H3K4me3 antibody | AbCam | ab8580 | For ChIP-qPCR |
anti-RNA Pol-II antibody | Active Motif | 61083 | For ChIP-qPCR |
EDTA free protease inhibitor | Roche | 11873580001 | For protein extraction |
4-12% Tris Glycine gel | Biorad | Any size, For western blot | |
anti-Rabbit HRP antibody | Santa Cruz | sc-2030 | For western blot |
anti-mouse HRP antibody | Cell Signaling | 7076S | For western blot |
K562 and H3K293 ChIP-Seq data | Encode | ENCSR000AKU | For ChIP-seq analysis |
K562 and H3K293 ChIP-Seq data | Encode | ENCSR000APE | For ChIP-seq analysis |
K562 and H3K293 ChIP-Seq data | Encode | ENCSR000FCJ | For ChIP-seq analysis |
K562 and H3K293 ChIP-Seq data | GEO | GSM1479215 | For ChIP-seq analysis |
Dynabeads Protein A for Immunoprecipitation | Thermo Fisher Scientific | 10001D | For immunoprecipitation |
Dynabeads Protein G for Immunoprecipitation | Thermo Fisher Scientific | 10004D | For immunoprecipitation |
RNA Clean & Concentrator-5 | Zymo Research | R1015 | For RNA purification |
Pierce 16% Formaldehyde Methanol-free | Thermo Fisher Scientific | 28908 | For crosslinking |
PX458 Plasmid | Addgene | 48138 | Suggested active Cas9 plasmid for gRNA cloning, but any active Cas9 plasmid will do |
QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | For PCR purification |
FastDigest BsmBI | Thermo Fisher Scientific | FD0454 | For cloning guide RNAs |
FastAP | Thermo Fisher Scientific | EF0651 | For cloning guide RNAs |
10X FastDigest Buffer | Thermo Fisher Scientific | B64 | For cloning guide RNAs |
QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | For cloning guide RNAs |
10X T4 Ligation Buffer | NEB | B0202S | For cloning guide RNAs |
T4 PNK | NEB | M0201S | For cloning guide RNAs |
2X Quick Ligase Buffer | NEB | B2200S | For cloning guide RNAs |
Quick Ligase | NEB | M2200S | For cloning guide RNAs |
Buffers | |||
Farnham lysis buffer | 1% Tris-Cl pH 8.0, 1% SDS, 1% protease inhibitor water solution (non-EDTA), and 1 mM EDTA in water | ||
Modified RIPA buffer | 1% NP40/Igepal, 0.5% sodium deoxycholate, 0.1% SDS, 1 mM EDTA, and 1% protease inhibitor water solution (non-EDTA) in PBS pH 7.8 or 7.4 | ||
IP dilution buffer | 0.01% SDS, 1.1% Triton-X 100, 1.2 mM EDTA, 16.7 mM Tris-HCl pH 8.0, 167 mM NaCl, 0.1x protease inhibitor | ||
Wash buffer | 100 mM Tris pH 9, 100 mM LiCl, 1% NP-40, and 1% sodium deoxycholate | ||
Swelling buffer | 0.1 M Tris pH 7.5, 10 mM potassium acetate, 15 mM magnesium acetate, 1% NP-40 | ||
Dilution buffer | 0.01% SDS, 1.1% Triton X-100, 1.2 mM EDTA, 16.7 mM Tris pH 8 and 167 mM NaCl | ||
IP elution buffer | 1% SDS, 10% NaHCO3 |
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