Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
ATAC-seq - это метод секвенирования ДНК, который использует гиперактивную мутантную транспозазу Tn5 для отображения изменений доступности хроматина, опосредованных факторами транскрипции. ATAC-seq позволяет обнаружить молекулярные механизмы, лежащие в основе фенотипических изменений в раковых клетках. Этот протокол описывает процедуры оптимизации для ATAC-seq в типах эпителиальных клеток, включая раковые клетки.
Анализ на транспозаз-доступный хроматин с высокопроизводительным секвенированием (ATAC-seq) проверяет доступность дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) с использованием гиперактивной транспозазы Tn5. Адаптеры Tn5 для резки и лигата для высокопроизводительного секвенирования в доступных областях хроматина. В эукариотических клетках геномная ДНК упакована в хроматин, комплекс ДНК, гистонов и других белков, который действует как физический барьер для транскрипционного механизма. В ответ на внешние сигналы транскрипционные факторы рекрутируют комплексы ремоделирования хроматина, чтобы обеспечить доступ к транскрипционному механизму активации генов. Поэтому идентификация открытых областей хроматина полезна при мониторинге активности энхансера и генного промотора во время биологических событий, таких как прогрессирование рака. Поскольку этот протокол прост в использовании и имеет низкую потребность во входе клеток, ATAC-seq был широко принят для определения открытых областей хроматина в различных типах клеток, включая раковые клетки. Для успешного сбора данных при подготовке библиотек ATAC-seq необходимо учитывать несколько параметров. Среди них выбор буфера лизиса клеток, титрование фермента Tn5 и начальный объем клеток имеют решающее значение для подготовки библиотеки ATAC-seq в раковых клетках. Оптимизация необходима для получения высококачественных данных. Здесь мы приводим подробное описание методов оптимизации ATAC-seq для типов эпителиальных клеток.
Доступность хроматина является ключевым требованием для регуляции экспрессии генов по общегеномной шкале1. Изменения доступности хроматина часто связаны с несколькими болезненными состояниями, включая рак 2,3,4. На протяжении многих лет были разработаны многочисленные методы, позволяющие исследователям исследовать ландшафт хроматина путем картирования областей доступности хроматина. Некоторые из них включают DNase-seq (секвенирование гиперчувствительных сайтов DNase I)5, FAIRE-seq (формальдегидная изоляция регуляторных элементов)6, MAPit (протокол доступности метилтрансферазы для отдельных шаблонов)7 и фокус данной статьи, ATAC-seq (анализ для транспозаз-доступного хроматина)8. DNase-seq отображает доступные области, используя ключевую особенность ДНКазы, а именно предпочтительное переваривание голой ДНК, свободной от гистонов и других белков, таких как факторы транскрипции5. FAIRE-seq, подобно ChIP-seq, использует сшивание формальдегида и обработку ультразвуком, за исключением того, что иммунопреципитация не участвует, а области, свободные от нуклеосом, выделяются экстракцией фенол-хлороформа6. Метод MAPit использует GC метилтрансферазу для исследования структуры хроматина с одномолекулярным разрешением7. ATAC-seq полагается на гиперактивную транспозазу, Tn58. Транспозаза Tn5 предпочтительно связывается с открытыми областями хроматина и вставляет адаптеры секвенирования в доступные области. Tn5 работает через ДНК-опосредованный механизм «вырезать и вставить», в результате чего транспозаза, предварительно загруженная адаптерами, связывается с открытыми участками хроматина, разрезает ДНК и лицензирует адаптеры8. Связанные с Tn5 области восстанавливаются путем амплификации ПЦР с использованием праймеров, которые отжигают эти адаптеры. FAIRE-seq и DNase-seq требуют большого количества исходного материала (~ 100 000 клеток до 225 000 клеток) и отдельного этапа подготовки библиотеки перед секвенированием9. С другой стороны, протокол ATAC-seq относительно прост и требует небольшого количества ячеек (<50 000 ячеек)10. В отличие от методов FAIRE-seq и DNase-seq, подготовка библиотеки секвенирования ATAC-seq относительно проста, так как изолированный образец ДНК уже помечен адаптерами секвенирования Tn5. Таким образом, для завершения подготовки библиотеки требуется только этап амплификации ПЦР с соответствующими праймерами, а предварительные этапы обработки, такие как конечный ремонт и лигирование адаптера, не должны выполняться, что экономит время11. Во-вторых, ATAC-seq позволяет избежать необходимости конверсии, клонирования и усиления бисульфита с помощью региональных праймеров, необходимых для MAPit7. Благодаря этим преимуществам ATAC-seq стал чрезвычайно популярным методом определения открытых областей хроматина. Хотя метод ATAC-seq прост, несколько шагов требуют оптимизации для получения высококачественных и воспроизводимых данных. В этой рукописи обсуждаются процедуры оптимизации для подготовки стандартной библиотеки ATAC-seq, особенно выделяются три параметра: (1) состав буфера лизиса, (2) концентрация транспозазы Tn5 и (3) номер клетки. Кроме того, в данной работе приведены примеры данных из условий оптимизации с использованием как раковых, так и нераковых адгезивных эпителиальных клеток.
1. Подготовка перед началом эксперимента
2. Сбор клеток
3. Лизис клеток
4. Тегментация Tn5
5. Очистка ДНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Очистка требуется перед усилением. Очистка ДНК осуществляется с помощью набора для очистки MinElute PCR (Таблица материалов).
6. ПЦР-амплификация
ПРИМЕЧАНИЕ: ПЦР-амплификация транспонированных (помеченных) ДНК необходима для секвенирования. В этом примере использовались адаптеры комплекта Nextera (Таблица материалов). Грунтовки, используемые в данном исследовании, перечислены в таблице 1.
7. Очистка бисера
ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь использовались бусины AMPure XP (Таблица материалов).
8. Проверка концентрации и качества ДНК
9. Секвенирование
10. Анализ данных
Для получения успешных и качественных данных ATAC-seq важно оптимизировать условия эксперимента. Подготовка библиотеки ATAC-seq может быть разделена на пять основных этапов (рисунок 1), а именно лизис клеток, тегментация (фрагментация и вставка адаптера Tn5), геномная очистка ДН?...
ATAC-seq широко используется для картирования открытых и активных областей хроматина. Прогрессирование раковых клеток часто обусловлено генетическими изменениями и эпигенетическим перепрограммированием, что приводит к изменению доступности хроматина и экспрессии генов. Пример такого ...
Авторы заявляют, что нет никаких релевантных или материальных финансовых интересов, которые относятся к исследованию, описанному в данной статье.
Мы с признательностью выражаем признательность механизму UND Genomics Core за выдающуюся техническую помощь.
Эта работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения [P20GM104360 to M.T., P20 GM104360 to A.D.] и стартовыми фондами, предоставленными Школой медицины и наук о здоровье Университета Северной Дакоты, Департамент биомедицинских наук [до M.T.].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1615-5500 | Natural |
10 µL XL TipOne tips | USA Scientific | 1120-3810 | Filtered and low-retention |
100 µL XL TipOne RPT tips | USA Scientific | 1182-1830 | Filtered and low-retention |
100 µL XL TipOne tips | USA Scientific | 1120-1840 | Filtered and low-retention. Beveled Grade |
15 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352096 | |
20 µL TipOne RPT tips | USA Scientific | 1183-1810 | Filtered and low-retention |
200 µL TipOne RPT tips | USA Scientific | 1180-8810 | Filtered and low-retention |
50 mL Centrifuge Tubes | Fisherbrand | 06-443-19 | |
Agarose | ThermoFisher Scientific | YBP136010 | Genetic Analysis Grade |
All the cell lines used in this study are obtained from ATCC | ATCC | ||
Allegra X-30R Centrifuge | Beckman Coulter | 364658 | SX2415 |
AMPure XP beads | Beckman Coulter | A63881 | Bead purification kit |
CellDrop Cell Counter | DeNovix | CellDrop FL | Cell counter |
EDTA | MilliporeSigma | EDS | BioUltra, anhydrous, ≥99% (titration) |
EGTA | MilliporeSigma | E3889 | |
Ethanol 100% | ThermoFisher Scientific | AC615100020 | Anhydrous; Fisher Scientific - Decon Labs Sterilization Products |
Fetal Bovine Serum - TET Tested | R&D Systems | S10350 | Triple 0.1 µm filtered |
Gibco DMEM 1x | ThermoFisher Scientific | 11965092 | [+] 4.5 g/L D-glucose; [+] L-Glutamine; [-] Sodium pyruvate |
Gibco PBS 1x | ThermoFisher Scientific | 10010023 | pH 7.4 |
Gibco Trypsin-EDTA 1x | ThermoFisher Scientific | 25200056 | (0.25%), phenol red |
Glycerol | IBI Scientific | 56-81-5 | |
Glycine | MilliporeSigma | G8898 | |
HCl | MilliporeSigma | H1758 | |
HEPES | MilliporeSigma | H3375 | |
Invitrogen Qubit Fluorometer | ThermoFisher Scientific | Q32857 | |
MgCl2 | MilliporeSigma | M3634 | |
MinElute PCR Purification kit | Qiagen | 28004 | DNA purification kit |
NaCl | IBI Scientific | 7647-14-5 | |
NaOH | MilliporeSigma | S8045 | BioXtra, ≥98% (acidimetric), pellets (anhydrous) |
NEBNext High-Fidelity 2x PCR Master Mix | New England Biolabs | M0541 | |
Nextera DNA Sample Preparation Kit | Illumina | FC-121-1030 | 2x TD and Tn5 Transposase |
NP - 40 (IGEPAL CA-630) | MilliporeSigma | I8896 | for molecular biology |
PCR Detection System | BioRad | 1855484 | CFX384 Real-Time System. C1000 Touch Thermal Cycler |
PIPES | MilliporeSigma | P1851 | BioPerformance Certified, suitable for cell culture |
Qubit dsDNA HS Assay kit | ThermoFisher Scientific | Q32854 | Invitrogen; Nucleic acid quantitation kit |
Quibit Assay Tubes | ThermoFisher Scientific | Q32856 | Invitrogen |
SDS | MilliporeSigma | L3771 | |
Sodium Acetate | Homemade | - | pH 5.2 |
Sucrose | IBI Scientific | 57-50-1 | |
SYBR Gold | ThermoFisher Scientific | S11494 | |
SYBR Green Supermix, 1.25 mL | BioRad | 1708882 | |
T100 Thermal Cycler | BioRad | 1861096 | |
TempAssure 0.2 mL PCR 8-Tube Strips | USA Scientific | 1402-4700 | Flex-free, natural, polypropylene |
TempPlate 384-WELL PCR PLATE | USA Scientific | 1438-4700 | Single notch. Natural polypropylene |
Tris Base | MilliporeSigma | 648311 | ULTROL Grade |
Triton x-100 | IBI Scientific | 9002-93-1 | |
TrueSeq Dual Index Sequencing Primer Kit | Illumina | PE-121-1003 | paired-end |
Trypan Blue Stain | ThermoFisher Scientific | Q32851 | |
Tween-20 | MilliporeSigma | P7949 | BioXtra, viscous liquid |
Water | MilliporeSigma | W3500 | sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены