Chromatin Immunoprecipitation을위한 Cross-linked Skeletal Musculus로부터 고품질 핵을 준비하기위한 Filtration 기반 방법
Summary
우리는 cross-linked 마우스 골격근으로부터 고품질의 핵을 분리하기위한 여과 기반의 프로토콜을 제시했습니다. 우리는 초 원심 분리의 필요성을 제거하여 쉽게 적용 할 수있게했습니다. 우리는 핵에서 준비한 염색질이 염색질 면역 침전 및 염색질 면역 침전 시퀀싱 연구에 적합 함을 보여줍니다.
Abstract
Chromatin immunoprecipitation (ChIP)은 염색질 DNA에 결합하는 단백질을 결정하는 강력한 방법입니다. 그러나, 섬유가 풍부한 골격근은 근원 섬유의 오염을 최소화하면서 고품질의 핵을 분리하는 기술적 어려움으로 인해 ChIP에 대한 도전 과제였습니다. 이전의 프로토콜은 가교 결합 전에 핵을 정제하려고 시도했는데, 이는 연장 된 핵 준비 과정 동안 DNA- 단백질 상호 작용의 변화를 초래할 위험이있다. 현재의 프로토콜에서, 우리는 먼저 쥐에서 수집 한 골격 근육 조직을 교차 결합시키고, 조직을 다듬고 초음파 처리 하였다. 우리는 초 원심 분리가 교차 결합 된 근육 조직을 사용하여 근원 섬유에서 핵을 분리 할 수 없다는 것을 발견했기 때문에 중요한 근섬유 오염이없는 고품질의 핵을 얻기 위해 순차 여과 절차를 고안했습니다. 우리는 초음파 장비를 사용하여 염색질을 준비하고, 항 -BALAL1 항체로 ChIP 분석을 실시하여 강력한 일사 항 결합유전자 발기인을 표적으로하는 BMAL1의 패턴. 이 여과 프로토콜은 cross-linked 골격근 조직으로부터 고품질의 핵을 분리하는 데 쉽게 적용 할 수있는 방법으로, 일주기 및 기타 시간에 민감한 연구에 일관된 시료 처리가 가능합니다. 차세대 시퀀싱 (NGS)과 함께, 우리의 방법은 골격 근육 기능에 초점을 맞춘 다양한 기계 및 게놈 연구를 위해 배치 될 수 있습니다.
Introduction
골격근은 생리학 및 행동에 중요한 역할을합니다. 다핵 근섬유는 액틴과 미오신이 수축력을 생성하는 근육 절개 (sarcomeres)라고 불리는 기능 단위를 형성하는 근원 섬유 (myofibrils)로 구성됩니다. 골격근은 체내에서 가장 큰 대사 기관이기도하며, 식후 80 %를 초과하는 포도당 섭취량과 인슐린 반응과 대사 항상성을 조절합니다 1 , 2 . 근육 생리와 신진 대사는 24 시간 내내 시계에 의해 밀접하게 조절되며, 본질적인 생물학적 타이머 인 3 , 4 , 5 , 6 . 예를 들어, 생체 시계 핵심 구성 요소 중 하나 인 Bmal1 의 골격 근육 특이 적 결실은 인슐린 저항성을 초래하고 골격근에서의 포도당 섭취를 감소 시켰으며 동물은 제 2 형 당뇨병을 발생시키는 것으로 밝혀졌습니다. 나는또한 골격근은 전신 대사 및 생리를 조절하기 위해 myokines를 분비하는 내분비 기관으로 점차 인식되고 있습니다. 골격근에서의 이러한 조절 기능을 완전히 이해하려면 역학 연구가 필요합니다.
ChIP는 DNA 결합 단백질의 프로모터 모집을 묘사하는 강력한 접근법입니다. ChIP는 처음에 염색질 DNA 9 , 10 에서 뉴 클레오 솜 조직을 확인하기 위해 개발되었습니다. 포름 알데히드, 디메틸 설페이트 또는 자외선 조사 (UV) 11,12를 사용하여 다양한 방법으로 단백질과 염색질 DNA를 가교 결합시키는 것으로보고되었습니다. 포름 알데히드 교차 결합은 가장 일반적으로 사용되는 것으로, 염색질 구조와 DNA- 단백질 상호 작용을 보존합니다 9 , 13 , 14 . 교차 결합 크로마토 그래피in은 sonication에 의해 파쇄되고 관심의 특정 DNA 결합 단백질 15 , 16 에 대한 항체와 immunoprecipitated입니다. 최근 몇 년 동안 ChIP와 NGS가 결합 된 ChIP-sequencing (ChIP-seq)이 게놈 차원의 전사 인자 바인딩 17 을 조사하고 경우에 따라 시간 경과에 따른 동적 변화를 모니터링하기 위해 개발되었습니다 18 , 19 , 20 . 예를 들어 circadian ChIP-seq 연구는 circadian clock 구성 요소와 히스톤 마커의 게놈 결합의 고도로 조율 된 서열을 밝혀 냈습니다.이 마커는 ~ 24 시간 circadian cycle 18 동안 일시적으로 정확한 유전자 발현을 유도합니다.
가장 많이 사용되는 ChIP 프로토콜은 연조직 ( 예 : 간, 뇌 등 ) 용으로 설계되었으며, 골격활 근육. 섬유가 풍부한 골격근을 균질화하고 고품질 핵 21을 분리하는 것은 기술적으로 어렵습니다. 특히 교차 결합이 필요한 ChIP 실험의 경우 더욱 그렇습니다. 최근 근육 ChIP 연구 22에서 , 위성 세포는 근섬유로부터 분리되었고, 핵은 조직 소화를 포함하는 장기간의 절차를 통해 양 세포 유형으로부터 준비되었다. 격리 된 핵에서 포름 알데히드 가교 결합을 수행하기까지 전체 공정을 완료하는 데 약 3 시간이 걸렸습니다. 이 절차로 인해 근육 조직이 근육 조직을 효율적으로 균질화되지 못하도록 만들었으며 고품질의 핵을 생성 할 수 있었지만 조직 수집에서 핵 가교로의 상당한 시간 지연으로 인해 DNA가 변경 될 위험이 있습니다 – 단백질 상호 작용. 대조적으로, 대부분의 연구는 실시간 DNA-protei를 보존하기 위해 실험적 치료 또는 조직 수집 직후 가교 결합을 수행했다바인딩 12 . 가교 결합 이전의 핵 분리의 두 번째 단점은 전형적으로 3 ~ 4 시간 간격으로 발생하는 24 시간 샘플 수집과 같이 시간에 민감한 애플리케이션을 배제한다는 점입니다. 핵을 가교 결합시키지 않으면 절개 직후에 분리가 진행되어야하며, 시간이 경과 된 후에 가교 샘플을 함께 처리 할 수 있으므로 실험 일관성이 향상됩니다.
미가공 골격근으로부터의 핵 분리에 대한 다른 프로토콜도보고되었다. 두 개의 연구는 잔류 근원 섬유 및 세포 잔해로부터 핵을 분리하기위한 구배 초 원심 분리의 사용을 기술하고있다 23 , 24 . 수크로오스 또는 콜로이드 성 구배 초 원심 분리가 미가 교 근육 조직에 효과적이지만, 본 발명자들의 실험에 의하면 가교 결합 후 구배 초 원심 분리가 세포를 세포로부터 분리 시키는데 실패했다그라디언트에 ebris.
따라서 우리는 가교 된 마우스 골격 근육 조직을 이용하여 고품질의 핵을 분리하는 절차를 개발했습니다. 그라디언트 초 원심 분리보다는 핵을 파편과 효과적으로 분리하기 위해 연속 여과 방식을 고안했습니다. 초음파 처리 후, 염색질 샘플은 표적 프로모터에 결합하는 BMAL1 단백질의 일주기 패턴을 나타내는 ChIP 연구에 성공적으로 적용되었다. 우리의 방법은 근육 조직에 대한 다양한 기계 연구에 광범위하게 적용될 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기서 우리는 가교 결합 된 골격 근육 조직이 고품질의 핵을 분리하는 데 사용되는 견고한 방법을 설명합니다. 순차적 인 여과가 파편으로부터 핵을 효과적으로 분리하기 위해 수행되었고, 접시 형 변환기의 초음파 음향 에너지가 ChIP 분석을 위해 염색질을 전단했다. 그 결과는 표적 프로모터에 BMAL1의 24 시간 특정 결합을 보여 주었다.
ChIP는 가교 결합이 일어날 때 게놈 DNA?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
도움을 청하기 위해 Karyn Esser, Nobuya Koike, Noeon Park에게 감사드립니다. 이 작품은 부분적으로 NIH / NIGMS (R01GM114424)가 S.-HY에, Robert A. Welch Foundation (AU-1731)과 NIH / NIA (R01AG045828)가 ZC
Materials
| Materials | |||
| Formaldehyde solution | Sigma Aldrich | F8775 | |
| Glycine | Fisher Scientific | BP381-5 | |
| Trypan Blue solution (0.4%) | Fisher Scientific | 15250061 | |
| RNase A | Sigma Aldrich | 10109142001 | |
| Protease K | Sigma Aldrich | 3115887001 | |
| Chicken Anti-BMAL1 antibody | Generated in chicken (Cocalico Biologicals) against antigen aa 318-579, and IgY was affinity purified using the same antigen. | ||
| Chicken IgY Precipitating Resin | GenScript | L00405 | |
| Equipment | |||
| KINEMATICA Polytron PT2100 Benchtop Homogenizer | Fisher Scientific | 08-451-178 | |
| 15mL Dounce tissue grinder | Whearton | 357544 | |
| Falcon Cell Strainers 100µm | Fisher Scientific | 08-771-19 | |
| Falcon Cell Strainers 70µm | Fisher Scientific | 08-771-1 | |
| Falcon Cell Strainers 40µm | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
| pluriStrainer 30 µm | PluriSelect | 43-50030-03 | |
| pluriStrainer 20 µm | PluriSelect | 43-50020-03 | |
| pluriStrainer 10 µm | PluriSelect | 43-50010-03 | |
| Covaris S2 Focused-ultrasonicator | Covaris | Model S2 | |
| Labquake | Thermo Scientific | C415110 | |
| CCD Microscope Camera | Leica Microsystems | DFC3000 G | |
| Reagent Kit | |||
| DNA extraction kit | Thermo Scientific | K0691 | |
| Buffers | |||
| All buffer components are discribed in the protocol. Each component was purchased from Sigma Aldrich |
References
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