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Method Article
Este manuscrito descreve um protocolo para preparar uma biblioteca ATAC-seq de neutrófilos da medula óssea murina, com o objetivo de garantir a viabilidade ideal dos neutrófilos e a alta qualidade da biblioteca. Ele oferece instruções passo a passo sobre a preparação do BMC, classificação imunomagnética e construção de bibliotecas, servindo como um guia valioso, especialmente para iniciantes no estudo de neutrófilos.
Ensaio para cromatina acessível por transposase com sequenciamento (ATAC-seq) é uma técnica poderosa e de alto rendimento para avaliar a acessibilidade da cromatina e entender a regulação epigenômica. Os neutrófilos, como um tipo leucocitário crucial nas respostas imunes, sofrem alterações substanciais na arquitetura da cromatina durante a diferenciação e ativação, que afetam significativamente a expressão gênica necessária para suas funções. O ATAC-seq tem sido fundamental na descoberta de fatores-chave de transcrição na maturação de neutrófilos, revelando assinaturas epigenômicas específicas de patógenos e identificando alvos terapêuticos para doenças autoimunes. No entanto, a sensibilidade dos neutrófilos ao meio externo complica a produção de dados ATAC-seq de alta qualidade. Aqui, propomos um protocolo escalável para preparar bibliotecas ATAC-seq a partir de neutrófilos derivados da medula óssea de roedores, apresentando separação imunomagnética aprimorada para garantir a viabilidade celular ideal e bibliotecas de alta qualidade. Os elementos vitais que impactam a qualidade da biblioteca e os princípios de otimização para a extensão metodológica são discutidos em detalhes. Este protocolo apoiará os pesquisadores que desejam estudar a arquitetura da cromatina e a reprogramação epigenômica de neutrófilos, avançando nos estudos em imunologia básica e clínica.
Os neutrófilos são um dos tipos de células imunes mais abundantes e cruciais em vertebrados, constituindo 50% a 70% dos leucócitos humanos1. Os neutrófilos desempenham um papel central na detecção e eliminação de microrganismos nos hospedeiros. Durante a sepse, os neutrófilos maduros estão entre os primeiros a responder2. Eles se mobilizam rapidamente para os locais de infecção via quimiotaxia3, onde combatem patógenos ingerindo microrganismos (fagocitose), produzindo espécies reativas de oxigênio dependentes de NADPH oxidase (explosões respiratórias), secretando grânulos (degranulação) e formando armadilhas extracelulares de neutrófilos (NETs) que capturam e matam bactérias extracelulares assim que chegam ao local da inflamação4. Os neutrófilos imaturos também são rapidamente mobilizados da medula óssea para a circulação periférica por quimiocinas 5,6. Esses neutrófilos atraídos para o sítio infeccioso também liberam citocinas, que estão envolvidas em vários processos fisiológicos, como hematopoiese, angiogênese e cicatrização de feridas 7,8. Pacientes acometidos por doenças congênitas ou adquiridas que resultam em diminuição da contagem de neutrófilos são mais suscetíveis a infecções 9,10. No entanto, a ativação de neutrófilos é uma faca de dois gumes. A ativação excessiva e a liberação de citocinas podem causar danos aos tecidos e órgãos, levando à disfunção de múltiplos órgãos se as infecções não forem prontamente controladas11,12. Além disso, os neutrófilos também contribuem para várias doenças inflamatórias e autoimunes e podem influenciar a progressão e metástase do câncer13,14. Isso ressalta a necessidade de estudar a regulação da atividade dos neutrófilos para equilibrar a resposta imune eficaz e prevenir danos ao hospedeiro.
Nos neutrófilos, a arquitetura da cromatina sofre mudanças distintas e dinâmicas em sua diferenciação, migração e ativação, exercendo papéis regulatórios fundamentais ao longo da vida celular. Essa jornada, do núcleo grande, redondo e rico em eucromatina dos mieloblastos para um núcleo mais recuado em mielócitos e metamielócitos e, em seguida, para células em banda em forma de C ou S e altamente lobuladas com cromatina densamente compactada em neutrófilos polimorfonucleares15,16, é uma prova da complexidade da biologia dos neutrófilos. A configuração especializada da cromatina garante a expressão seletiva de genes essenciais para a função dos neutrófilos, como aqueles envolvidos na produção de grânulos e respostas transcricionais rápidas necessárias para a eliminação eficaz do patógeno17. Quando os neutrófilos são mobilizados para sítios inflamatórios via quimiotaxia, a migração transendotelial pressiona o complexo ligante do complexo nucleoesqueleto/citoesqueleto (LINC), levando à remodelação da cromatina e maior potencial de ativação18. Na sepse, os neutrófilos ativados exibem um "desvio nuclear-esquerdo", com morfologia anormal da cromatina, como núcleos bilobados ou não lobados e condensação da cromatina significativamente mais frouxa19. Isso resulta em maior acessibilidade dentro das regiões gênicas associadas à resposta inflamatória, induzindo assim a expressão significativa desses genes. Se as infecções não forem devidamente controladas, a citrulinação de histonas e a subsequente desconstrução da cromatina são necessárias para formar TNEs20,21. Portanto, entender a arquitetura da cromatina dos neutrófilos é crucial para o avanço da biologia dos neutrófilos e o desenvolvimento de tratamentos para doenças inflamatórias e autoimunes, oferecendo esperança para o tratamento futuro da doença.
A acessibilidade da cromatina serve como uma métrica para a arquitetura da cromatina no nível epigenômico. Indica como as regiões genômicas são fisicamente permissíveis a intensificadores, promotores, isolantes e fatores de ligação à cromatina e como esses elementos influenciam a expressão gênica22. O ensaio para cromatina acessível por transposase com sequenciamento (ATAC-seq) é uma técnica amplamente utilizada para avaliar a acessibilidade da cromatina em todo o genoma23. Não requer conhecimento prévio de elementos regulatórios, tornando-se uma ferramenta potente para pesquisas epigenéticas. Este método envolve o isolamento de núcleos de amostras, fragmentação do DNA genômico pela transposase Tn5 e adição de primers de sequenciamento para preparação de bibliotecas, sequenciamento e análise de dados23. O ATAC-seq tem sido fundamental no estudo do mapeamento de nucleossomos, análise de ligação do fator de transcrição, mecanismos regulatórios em vários tipos de células ou doenças, identificação de novos potenciadores, descoberta de biomarcadores, etc.22,23. Muitas vezes é combinado com outras técnicas, como sequenciamento de RNA, para uma análise abrangente da expressão gênica.
O ATAC-seq avançou nosso conhecimento da biologia dos neutrófilos, descobrindo mecanismos epigenéticos precisos na saúde e na doença. Ele revelou vários fatores-chave de transcrição (ou seja, RUNX1, KLF6, PU.1, etc.) na maturação de neutrófilos e respostas efetoras24 , 25 , descobriu assinaturas específicas de patógenos com potencial de biomarcador na sepse26, elucidou os mecanismos epigenômicos da memória imune inata12 e identificou alvos terapêuticos na leucemia mielóide aguda pediátrica (LMA) 27. No entanto, como um componente celular proeminente na vigilância imunológica, os neutrófilos exibem alta sensibilidade ao seu meio externo e, portanto, representam um desafio para a produção de dados ATAC-seq de alta qualidade. Em circunstâncias fisiológicas, a meia-vida média dos neutrófilos humanos é de 3,8 dias, enquanto a meia-vida média dos neutrófilos de camundongo é de 12,5 h. Vale ressaltar que sua meia-vida é consideravelmente menor quando estudada in vitro28,29. Durante a operação in vitro de neutrófilos isolados, a exposição a microrganismos ou padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), bem como procedimentos experimentais redundantes e operações severas, podem resultar em ativação aberrante de neutrófilos e diminuição da viabilidade celular devido à apoptose ou NETose. As células mortas geralmente abrigam quantidades significativas de DNA não cromatinizado altamente suscetíveis ao Tn5, consequentemente elevando o ruído de fundo do ATAC-seq23.
Aqui, propomos um protocolo escalável para a preparação de bibliotecas ATAC-seq otimizadas para neutrófilos derivados de amostras de medula óssea de roedores. A Figura 1 apresenta uma visão geral gráfica do protocolo, que engloba a separação imunomagnética de neutrófilos da medula óssea, seguida pelo ATAC-seq. A classificação imunomagnética aprimorada garante a viabilidade ideal dos neutrófilos antes de extrair o núcleo para a biblioteca ATAC-seq, garantindo assim a alta qualidade das bibliotecas e facilitando a incorporação de avaliações adicionais de neutrófilos no esquema. A implementação deste protocolo ajudará os pesquisadores a entender as características da arquitetura da cromatina e os mecanismos de reprogramação epigenômica dos neutrófilos quando expostos a vários desafios microambientais. Espera-se que isso tenha amplas aplicações em estudos de imunologia básica e clínica.
Todos os procedimentos em animais apresentados abaixo cumpriram as diretrizes e regulamentos nacionais de ética e bem-estar animal, que foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa em Cuidados com Animais da Capital Medical University, Pequim, China (sjtkl11-1x-2022(060)).
1. Preparação de suspensões de células da medula óssea (BMC)
2. Marcação imunomagnética de neutrófilos com esferas magnéticas anti-Ly6G
3. Separação de neutrófilos com classificação de células imunomagnéticas
4. Extração do núcleo
5. Marcação ligada ao nucleossomo com transposase
6. Construção de bibliotecas para sequenciamento de próxima geração (NGS)
7. Controle de qualidade e sequenciamento da biblioteca
O protocolo descrito foi empregado para isolar neutrófilos da medula óssea de camundongos C57BL/6 e comparar suas respectivas variâncias na acessibilidade da cromatina pré e pós-estimulação do lipopolissacarídeo (LPS) via ATAC-seq. Normalmente, 2 x 107 BMCs podem ser colhidos de ambos os fêmures de um camundongo C57BL / 6 de 6 semanas de idade e, posteriormente, 2-5 x 106 neutrófilos podem ser isolados. Entre eles, 1 x 105 células são empregad...
Este manuscrito relata um protocolo experimental para a preparação de bibliotecas ATAC-seq otimizadas para neutrófilos derivados de amostras de medula óssea de roedores. Devido aos neutrófilos serem células imunes altamente suscetíveis e prontamente ativadas, os esforços de otimização priorizaram a manutenção da viabilidade dos neutrófilos isolados. O tratamento inadequado pode levar à NETose e outras formas de morte celular, levando à liberação de quantidades significat...
Os autores não têm nada a divulgar.
Este trabalho foi apoiado por doações do Programa de P&D da Comissão Municipal de Educação de Pequim (KZ202010025041) e dos Institutos Chineses de Pesquisa Médica, Pequim (Grant No. CX24PY29).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.4% Trypan Blue | Scientific | T10282 | |
1x phosphate-buffered saline | Biosharp | BL302A | |
20 bp–5000 bp Alignment marker | Bioptic | C109102-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
5k Size marker(Standard 50 bp Ladder) | Bioptic | C109101-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
Amplicons Purification Beads | Beckman | A63881 | Amplicons Purification Beads is a nucleic acid purification kit for obtaining high quality DNA products. |
Anti-Ly6G MicroBeads Ultrapure, mouse | miltenyi | 130-120-337 | The Anti-Ly-6G MicroBeads UltraPure, mouse were developed for positive selection or depletion of mouse neutrophils from single-cell suspensions of mouse bone marrow. |
Anti-mouse CD11b-BV605 (1:200) | BD | Cat#563015 | |
Anti-mouse CD48-PE-Cy7 (1:400) | BD | Cat#560731 | |
Anti-mouse Ly6G-BV510 (1:200) | BD | Cat#740157 | |
C57BL/6J mice, wild type, 8-week-old, male | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | |
DNA Separation Buffer | Bioptic | C104406 | DNA fragment analyzer supporting products |
E. coli derived ultrapure LPS (serotype0111: B4) | Sigma-Aldrich | Cat#L-2630 | |
DNA Quantitative Reagent | vazyme | EQ111 | DNA Quantitative Reagentt is a simple, sensitive and accurate double-stranded DNA (dsDNA) fluorescence quantitative assay kit. |
Erythrocyte lysis buffer (10x) | BioLegend | Cat#420301 | |
Fetal bovine serum | Gibco | Cat#10099141C | |
MS Separation columns | miltenyi | 130-042-201 | MS Columns are designed for positive selection of cells. |
RPMI 1640 medium | Gibco | C11875500BT | |
S2 Gel electrophoresis needle | Bioptic | C105101 | DNA fragment analyzer supporting products |
Surgical instruments: scalpel, dissection scissors, microdissection scissors, fine forceps, blunt anatomical forceps, needle holder | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/us/en/browse/90184247/surgical-tools | Can be purchased from other qualified suppliers |
Syringe (1 mL) | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464 | Can be purchased from other qualified suppliers |
TruePrepTM DNA Library Prep Kit V2 for Illumina | vazyme | TD501-01 | TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina is a purpose-built kit specifically developed for Illumina's high-throughput sequencing platform. Using the kit, DNA can be prepared into sequencing libraries dedicated to Illumina's high-throughput sequencing platform. |
TruePrepTM Index Kit V2 for Illumina | vazyme | TD202 | TruePrep Index Kit V2 for Illumina is a Kit for the TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina. It can be used to prepare 96 different double-ended Index libraries. |
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