Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu el yazması, optimal nötrofil canlılığını ve yüksek kütüphane kalitesini garanti etmeyi amaçlayan, murin kemik iliğinden nötrofillerden oluşan bir ATAC-seq kütüphanesi hazırlamak için bir protokolün ana hatlarını çizmektedir. BMC hazırlama, immünomanyetik sıralama ve kütüphane yapımı hakkında adım adım talimatlar sunarak, özellikle nötrofilleri incelemeye yeni başlayanlar için değerli bir rehber görevi görür.
Dizileme ile Transpozaz Erişilebilir Kromatin Testi (ATAC-seq), kromatin erişilebilirliğini değerlendirmek ve epigenomik regülasyonu anlamak için güçlü, yüksek verimli bir tekniktir. İmmün yanıtlarda çok önemli bir lökosit türü olan nötrofiller, farklılaşma ve aktivasyon sırasında önemli kromatin mimari değişikliklerine uğrar ve bu da işlevleri için gerekli gen ekspresyonunu önemli ölçüde etkiler. ATAC-seq, nötrofil olgunlaşmasında anahtar transkripsiyon faktörlerini ortaya çıkarmada, patojene özgü epigenomik imzaları ortaya çıkarmada ve otoimmün hastalıklar için terapötik hedefleri belirlemede etkili olmuştur. Bununla birlikte, nötrofillerin dış ortama duyarlılığı, yüksek kaliteli ATAC-seq veri üretimini zorlaştırır. Burada, kemirgen kemik iliği türevi nötrofillerden ATAC-seq kütüphaneleri hazırlamak için, optimum hücre canlılığı ve yüksek kaliteli kütüphaneler sağlamak için geliştirilmiş immünomanyetik ayırma özelliğine sahip ölçeklenebilir bir protokol öneriyoruz. Kütüphane kalitesini etkileyen hayati unsurlar ve metodolojik genişleme için optimizasyon ilkeleri ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. Bu protokol, nötrofillerin kromatin mimarisini ve epigenomik yeniden programlamasını incelemek, temel ve klinik immünoloji alanındaki çalışmaları ilerletmek isteyen araştırmacıları destekleyecektir.
Nötrofiller, omurgalılarda en bol bulunan ve en önemli bağışıklık hücresi tiplerinden biridir ve insan lökositlerinin %50-70'ini oluşturur1. Nötrofiller, konakçılardaki mikroorganizmaların tespit edilmesinde ve ortadan kaldırılmasında merkezi bir rol oynar. Sepsis sırasında, olgun nötrofiller ilk yanıt verenler arasındadır2. Kemotaksis3 yoluyla enfeksiyon bölgelerine hızla harekete geçerler, burada mikroorganizmaları yutarak (fagositoz), NADPH oksidaza bağımlı reaktif oksijen türleri üreterek (solunum patlamaları), granüller salgılayarak (degranülasyon) ve iltihap bölgesine vardıklarında hücre dışı bakterileri yakalayan ve öldüren nötrofil hücre dışı tuzaklar (NET'ler) oluştururlar4. Olgunlaşmamış nötrofiller ayrıca kemokinler 5,6 tarafından kemik iliğinden periferik dolaşıma hızla mobilize edilir. Enfeksiyöz bölgeye çekilen bu nötrofiller ayrıca hematopoez, anjiyogenez ve yara iyileşmesi gibi çeşitli fizyolojik süreçlerde yer alan sitokinleri de serbest bırakır 7,8. Nötrofil sayısının azalmasına neden olan konjenital veya edinsel hastalıklardan muzdarip hastalar enfeksiyonlara daha duyarlıdır 9,10. Bununla birlikte, nötrofil aktivasyonu iki ucu keskin bir kılıçtır. Aşırı aktivasyon ve sitokin salınımı doku ve organ hasarına neden olabilir ve enfeksiyonlar derhal kontrol edilmezse çoklu organ fonksiyon bozukluğuna yol açabilir 11,12. Ek olarak, nötrofiller ayrıca çeşitli enflamatuar ve otoimmün hastalıklara katkıda bulunur ve kanserin ilerlemesini ve metastazı etkileyebilir13,14. Bu, etkili bağışıklık tepkisini dengelemek ve konakçıya zarar gelmesini önlemek için nötrofil aktivitesinin düzenlenmesini inceleme ihtiyacının altını çizmektedir.
Nötrofillerde, kromatin mimarisi, farklılaşmalarında, göçlerinde ve aktivasyonlarında belirgin ve dinamik değişikliklere uğrar ve hücresel yaşam süresi boyunca çok önemli düzenleyici roller oynar. Miyeloblastların büyük, yuvarlak, ökromatin açısından zengin çekirdeğinden, miyelositlerde ve metamiyelositlerde daha girintili bir çekirdeğe ve daha sonra C veya S şeklinde bir bant içi hücrelere ve polimorfonükleer nötrofillerde yoğun şekilde paketlenmiş kromatin ile yüksek oranda lobüle edilmişbu yolculuk 15,16, nötrofil biyolojisinin karmaşıklığının bir kanıtıdır. Özel kromatin konfigürasyonu, granül üretiminde yer alanlar ve etkili patojen eliminasyonu için gerekli olan hızlı transkripsiyonel yanıtlar gibi nötrofil fonksiyonu için gerekli olan genlerin seçici ekspresyonunu sağlar17. Nötrofiller kemotaksis yoluyla enflamatuar bölgelere mobilize edildiğinde, transendotelyal göç, nükleoskeleton / hücre iskeleti kompleksi bağlayıcı (LINC) kompleksi üzerinde baskı uygulayarak kromatinin yeniden şekillenmesine ve daha fazla aktivasyon potansiyelineneden olur 18. Sepsiste, aktive edilmiş nötrofiller, iki loblu veya lobsuz çekirdekler ve önemli ölçüde daha gevşek kromatin yoğunlaşması gibi anormal kromatin morfolojisi ile bir "nükleer-sola kayma" sergiler19. Bu, enflamatuar yanıtla ilişkili gen bölgelerinde erişilebilirliğin artmasına neden olur ve böylece bu genlerin önemli ölçüde ekspresyonunu indükler. Enfeksiyonlar gerektiği gibi kontrol edilmezse, NET'leri oluşturmak için histon sitrülinasyonu ve ardından kromatin dekonstrüksiyonu gereklidir20,21. Bu nedenle, nötrofil kromatin mimarisini anlamak, nötrofil biyolojisini ilerletmek ve inflamatuar ve otoimmün hastalıklar için tedaviler geliştirmek için çok önemlidir ve gelecekteki hastalık tedavisi için umut verir.
Kromatin erişilebilirliği, epigenomik düzeyde kromatin mimarisi için bir metrik görevi görür. Genomik bölgelerin güçlendiriciler, destekleyiciler, yalıtkanlar ve kromatin bağlayıcı faktörler için fiziksel olarak nasıl izin verildiğini ve bu elementlerin gen ekspresyonunu nasıl etkilediğini gösterir22. Dizileme ile transpozaz erişilebilir kromatin testi (ATAC-seq), genom23 boyunca kromatin erişilebilirliğini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Düzenleyici unsurlar hakkında önceden bilgi gerektirmez, bu da onu epigenetik araştırmalar için güçlü bir araç haline getirir. Bu yöntem, numunelerin çekirdeklerinin izole edilmesini, genomik DNA'nın transpozaz Tn5 ile parçalanmasını ve kütüphane hazırlama, dizileme ve veri analizi için dizileme primerlerinin eklenmesini içerir23. ATAC-seq, nükleozom haritalama, transkripsiyon faktörü bağlanma analizi, çeşitli hücre tiplerinde veya hastalıklarda düzenleyici mekanizmalar, yeni güçlendirici tanımlama, biyobelirteç keşfi vb.çalışmalarda etkili olmuştur 22,23. Gen ekspresyonunun kapsamlı bir analizi için genellikle RNA dizilimi gibi diğer tekniklerle birleştirilir.
ATAC-seq, sağlık ve hastalıkta kesin epigenetik mekanizmaları ortaya çıkararak nötrofil biyolojisi hakkındaki bilgimizi geliştirmiştir. Nötrofil olgunlaşması ve efektör yanıtlarında24,25 birkaç anahtar transkripsiyon faktörünü (yani RUNX1, KLF6, PU.1, vb.) ortaya çıkarmış, sepsis26'da biyobelirteç potansiyeline sahip patojene özgü imzaları ortaya çıkarmış, doğuştan gelen bağışıklık hafızasının12 epigenomik mekanizmalarını aydınlatmış ve pediatrik akut miyeloid lösemide (AML) terapötik hedefleri tanımlamıştır27. Bununla birlikte, immün sürveyansta önemli bir hücresel bileşen olarak, nötrofiller dış ortamlarına karşı yüksek hassasiyet gösterirler ve bu nedenle yüksek kaliteli ATAC-seq verileri üretmek için bir zorluk oluştururlar. Fizyolojik koşullar altında, insan nötrofillerinin medyan yarılanma ömrünün 3.8 gün olduğu, fare nötrofillerinin ortalama yarılanma ömrünün ise 12.5 saat olduğu bildirilmektedir. İn vitro olarak incelendiğinde yarılanma ömürlerinin önemli ölçüde daha kısa olması dikkat çekicidir 28,29. İzole nötrofillerin in vitro çalışması sırasında, mikroorganizmalara veya patojenle ilişkili moleküler modellere (PAMP'ler) maruz kalmanın yanı sıra gereksiz deneysel prosedürler ve zorlu işlemler, apoptoz veya NETosis nedeniyle anormal nötrofil aktivasyonuna ve hücresel canlılığın azalmasına neden olabilir. Ölen hücreler genellikle Tn5'e oldukça duyarlı olan önemli miktarda kromatinleşmemiş DNA barındırır ve sonuç olarak ATAC-seq23'ün arka plan gürültüsünü yükseltir.
Burada, kemirgen kemik iliği örneklerinden türetilen nötrofiller için optimize edilmiş ATAC-seq kütüphanelerini hazırlamak için ölçeklenebilir bir protokol öneriyoruz. Şekil 1 , nötrofillerin kemik iliğinden immünomanyetik olarak ayrılmasını ve ardından ATAC-seq'i kapsayan protokolün grafiksel bir genel bakışını sunmaktadır. Geliştirilmiş immünomanyetik sınıflandırma, ATAC-seq kütüphanesi için çekirdeği çıkarmadan önce nötrofillerin optimal canlılığını garanti eder, böylece kütüphanelerin yüksek kalitesini sağlar ve şemaya ek nötrofil değerlendirmelerinin dahil edilmesini kolaylaştırır. Bu protokolün uygulanması, araştırmacılara çeşitli mikro-çevresel zorluklara maruz kaldıklarında nötrofillerin kromatin mimarisini, özelliklerini ve epigenomik yeniden programlama mekanizmalarını anlamalarında yardımcı olacaktır. Bunun temel ve klinik immünoloji çalışmalarında geniş uygulama alanlarına sahip olması beklenmektedir.
Aşağıda sunulan tüm hayvan prosedürleri, Pekin, Çin'deki Başkent Tıp Üniversitesi Hayvan Bakımı Araştırma Etik Komitesi tarafından onaylanan ulusal etik ve hayvan refahı yönergelerine ve düzenlemelerine uygundur (sjtkl11-1x-2022(060)).
1. Kemik iliği hücresi (BMC) süspansiyonlarının hazırlanması
2. Nötrofillerin anti-Ly6G manyetik boncuklarla immünomanyetik etiketlenmesi
3. İmmünomanyetik hücre ayırma ile nötrofil ayırma
4. Çekirdek ekstraksiyonu
5. Transpozaz ile nükleozoma bağlı etiketleme
6. Yeni nesil dizileme (NGS) için kütüphane inşaatı
7. Kütüphane kalite kontrolü ve sıralaması
Ana hatlarıyla belirtilen protokol, nötrofilleri C57BL / 6 farelerinin kemik iliğinden izole etmek ve ATAC-seq yoluyla kromatin erişilebilirliği öncesi ve sonrası lipopolisakkarit (LPS) stimülasyonundaki ilgili varyanslarını karşılaştırmak için kullanıldı. Tipik olarak, 6-8 haftalık bir C57BL / 6 farenin her iki uyluk kemiğinden 2 x 107 BMC toplanabilir ve daha sonra 2-5 x 106 nötrofil izole edilebilir. Bunlar arasında, ATAC-seq için 1 x 10
Bu el yazması, kemirgen kemik iliği örneklerinden türetilen nötrofiller için optimize edilmiş ATAC-seq kütüphanelerinin hazırlanması için deneysel bir protokol bildirmektedir. Nötrofillerin oldukça duyarlı ve kolayca aktive edilmiş bağışıklık hücreleri olması nedeniyle, optimizasyon çabaları izole nötrofillerin canlılığını korumaya öncelik verdi. Yanlış tedavi, NETosis ve diğer hücre ölümü biçimlerine yol açarak önemli miktarlarda kromatinize edi...
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Bu çalışma, Pekin Belediye Eğitim Komisyonu (KZ202010025041) Ar-Ge Programı ve Pekin Çin Tıbbi Araştırma Enstitüleri'nden (Hibe 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. |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır