Mapping genomweite zugänglich Chromatin in primären menschlichen T-Lymphozyten durch ATAC-Seq
Summary
Test für Transposase zugänglichen Chromatin gepaart mit Hochdurchsatz-Sequenzierung (ATAC-Seq) ist eine genomweite Methode zugänglich Chromatin aufzudecken. Dies ist ein Schritt für Schritt ATAC-Seq-Protokoll von molekularen bis die abschließende computergestützte Analyse, optimiert für menschlichen Lymphozyten (Th1/Th2). Dieses Protokoll kann von Wissenschaftlern ohne Vorkenntnisse in Next Generation Sequencing Methoden übernommen werden.
Abstract
Test für Transposase zugänglichen Chromatin mit Hochdurchsatz-Sequenzierung (ATAC-Seq) ist eine Methode zur Identifizierung von offenen (zugänglich) Regionen des Chromatins. Diese Regionen sind regulatorische DNA-Elemente (z.B., Promotoren, Enhancer, Locus Kontrollregionen, Isolatoren), welche, die Transkription Faktoren binden. Mapping der zugänglichen Chromatin-Landschaft ist ein leistungsfähiger Ansatz zur Aufdeckung aktive regulatorische Elemente über das Genom. Diese Informationen dienen als eine unvoreingenommene Ansatz für die Entdeckung, das Netz der relevanten Transkriptionsfaktoren und Mechanismen der Chromatinstruktur, die Genprogramme Ausdruck zu regieren. ATAC-Seq ist eine robuste und sensible Alternative zu DNase ich Überempfindlichkeit Analyse gepaart mit Next Generation Sequencing (DNase-Seq) und Formaldehyd-gestützte Isolation der regulatorischen Elemente (Jahrmarkt-Seq) für genomweite Analyse von Chromatin Zugänglichkeit und die Sequenzierung von micrococcal Nuklease-Sensitive Websites (MNase-Seq) Nukleosom Positionierung zu bestimmen. Wir präsentieren Ihnen ein detailliertes ATAC-Seq-Protokoll optimiert für menschliche primäre d.h. CD4 +-Lymphozyten Immunzellen (T-Helfer 1 (Th1) und Th2-Zellen). Dieses umfassende Protokoll beginnt mit Zellernte, dann beschreibt das molekulare Verfahren von Chromatin Tagmentation, Probenvorbereitung für die Sequenzierung der nächsten Generation, und auch Methoden und Überlegungen für die computergestützten Analysen verwendet, um interpretieren Sie die Ergebnisse. Um Zeit und Geld zu sparen, haben wir darüber hinaus eingeführt Qualitätskontrollmaßnahmen zur Bewertung der ATAC-Seq-Bibliothek vor der Sequenzierung. Wichtig ist, erlauben die Grundsätze, die in diesem Protokoll präsentiert seine Anpassung an anderen menschlichen immun- und nicht-immunen Primärzellen und Zell-Linien. Diese Richtlinien werden auch nützlich für Labore die nicht geübt im Umgang mit Next Generation Sequencing-Methoden sind.
Introduction
ATAC-Seq1,2 ist eine robuste Methode, die Ermittlung der regulatorischen3 offene Chromatin Regionen und Nukleosom Positionierung ermöglicht. Diese Information gilt für ableiten, die Lage, die Identität und die Aktivität von Transkriptionsfaktoren. Die Methode Empfindlichkeit zur Messung der quantitative Abweichungen in Chromatinstruktur ermöglicht die Untersuchung der Aktivität von Chromatin Faktoren, einschließlich Chromatin Remodelers und Modifikatoren sowie die transkriptionelle Aktivität der RNA-Polymerase II1. ATAC-Seq bietet somit einen leistungsstarke und unvoreingenommenen Ansatz für die Entschlüsselung der Mechanismen, die transkriptionelle Regulierung in jeden Zelltyp des Interesses zu regieren. Wir beschreiben die Anpassung der ATAC-Seq an primären menschlichen Th1 und Th2-Zellen.
ATAC-Seq geladen hyperaktiven Tn5 Transposase mit Adaptern für Next Generation Sequencing (NGS) Paare DNA-Fragmentierung mit tagging von DNA mit Adaptern (d.h. der Prozess “Tagmentation”)1. Nach PCR-Amplifikation sind die daraus resultierenden DNA-Bibliotheken bereit für Next Generation Sequencing (Abbildung 1). Die bevorzugte Tagmentation von zugänglich Chromatin wird durch die Analyse der lokalen Bereicherung der ATAC-Seq Sequenzierung liest erkannt.
Die kurze Versuchsdurchführung und Voraussetzung für weniger Ausgangsmaterial, im Vergleich zu anderen Methoden zur Messung von Chromatin Zugänglichkeit und nucleosomal Positionierung z. B. DNase-Seq4und FAIRE Seq5MNase-Seq6, hat die Verwendung von ATAC-Seq in mehrere biologische Systeme, einschließlich menschliche Primärzellen1,7 und klinischen Proben8, sowie Einzeller9, Pflanzen10, Fruchtfliegen11 gefördert , und verschiedene Säugetiere12.
Die Identität der Transkription, die Faktoren, die an zugänglich Loci gebunden sind durch Analyse der Anreicherung von ihrer Bindung Sequenzmotive oder Kombination von ATAC-Seq mit Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) gefolgt von Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung (aufgedeckt werden können ChIP-seq). Dieser Ansatz ermöglicht die Identifizierung von Geschlecht-spezifische Transkriptionsfaktoren wichtig für die Blutbildung Maus13. Die unvoreingenommene und globale Natur der ATAC-Seq ermöglicht Studium der Genregulation in Organismen für die Reagenzien wie Antikörper gegen ChIP-Analyse nicht verfügbar sind. Z. B. evolutionäre Variationen in Cis-regulatorische Regionen wurden durch das Studium der kranialen Neuralleiste Zellen von Menschen und Schimpansen14, Entwicklungsstörungen Variationen in regulatorischen Elemente während der frühen Maus Embryogenese15, ändert in der regulatorischen Landschaft während einer Lebensdauer von einzelligen C. Owzarzaki9und die Entwicklung der Promotoren und Enhancer über 20 Säugetier Arten12.
ATAC-Seq war auch maßgeblich für die Messung von Chromatin Barrierefreiheit in Einzelzellen, so aufschlussreich Variabilität innerhalb Zell-Populationen, die in der Regel genomweite Studien7,16entzieht. ATAC-Seq kann darüber hinaus verwendet werden, um Veränderungen zu studieren, die in regulatorischen Regionen der DNA in Erkrankungen, auftreten, in denen Proben selten sind. Z. B. ATAC-Seq kann verwendet werden, um Veränderungen im regulatorischen Umfeld zu studieren, während der Beginn der akuten myeloischen Leukämie (AML)17 oder Ras-Onkogenese11angetrieben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das hier beschriebene ATAC-Seq-Protokoll erfolgreich eingesetzte für die Analyse von zugänglich Chromatin in primäre Zellen (menschliche Th1, Th2 Zellen und B-Zellen) sowie die kultivierten Zelllinien (MCF10A menschlichen Brustkrebszellen und U261-Glioblastom-Zellen). Andere Zelltypen ATAC-Seq zuweisen kann einige Protokoll-Optimierung, vor allem in der Lyse Schritt erfordern. Wenn die Konzentration von nichtionischen Waschmittel zu hoch ist, liegt möglicherweise ein höherer Prozentsatz der mitochondrialen DNA-Konta…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird unterstützt von der Israel Science Foundation (Grant 748/14), Marie-Curie-Integration gewähren (CIG) – RP7-Menschen-20013-CIG-618763 und -CORE Programm für Planung und Budgetierung Ausschuss und der Israel Science Foundation grant Nr. 41/11.
Materials
| 50 mL tubes | Lumitron | LUM-CFT011500-P | Can be from other vendors. |
| Microtubes | Axygen Inc | MCT-175-C | Can be from other vendors. |
| 25 mL serological pipettes | Corning Costar | 4489 | Can be from other vendors. |
| Tissue culture flask | Lumitron | LUM-TCF-012-250-P | Can be from other vendors. |
| Countes Automated Cell Counter | Invitrogen | C10227 | |
| NucleoSpin Tissue | MACHEREY-NAGEL | 740952.5 | |
| Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) | ATCC | PCS800011 | Can be from other vendors. |
| RPMI 1640 Medium | Biological Industries | 01-103-1A | Can be from other vendors. |
| L-Glutamine Solution (200 mM) | Biological Industries | 03-020-1B | Can be from other vendors. |
| Penicillin-Streptomycin | Biological Industries | 03-031-1B | Can be from other vendors. |
| Fetal Bovine Serum (FBS), Heat Inactivated, European Grade | Biological Industries | 04-127-1 | Can be from other vendors. |
| MACS CD4 microbeads, human | Miltenyi Biotec | 130-045-101 | |
| MACS MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
| Anti-Human CD4 FITC | Biogems | 06121-50 | |
| Mouse IgG1 Isotype Control FITC | Biogems | 44212-50 | |
| Anti-Human CD3 (OKT3) | Tonbo biosciences | 40-0037 | |
| Anti-Human CD28 SAFIRE Purified | Biogems | 10311-25 | |
| Recombinant Human IL2 | Peprotech | 200-02 | |
| Recombinant Human IL4 | Peprotech | 200-04 | |
| Recombinant Human IL12 p70 | Peprotech | 200-12 | |
| In Vivo Ready Anti-Human IL-4 (MP4-25D2) | Tonbo | 40-7048 | |
| LEAF Purified anti-human IFN-γ | BioLegend | 506513 | |
| NaCl, analytical grade | Carlo Erba | 479687 | Can be from other vendors. |
| Magnesium chloride, Hexahydrate, molecular biology grade | Calbiochem | 442611 | Can be from other vendors. |
| EDTA | MP Biomedicals | 800682 | Can be from other vendors. |
| Tris, ultra pure, 99.9% pure | MP Biomedicals | 819620 | Can be from other vendors. |
| NP-40 alternative (Nonylphenyl Polyethylene Glycol) | Calbiochem | 492016 | Can be from other vendors. |
| Protease Inhibitors | Sigma | P2714 | this protease inhibitor coctail is a powder. To make 100 x solution dilute in 1 mL of molecular-biology grade water. |
| Magnetic solid phase reverse immobilization beads: AMPure XP beads | Beckman | 63881 | |
| PCR purification kit | HyLabs | EX-GP200 | Can be from other vendors. |
| Nextera DNA Library Preparation Kit (TDE1 transposase and TD buffer) | Illumina | FC-121-1030 | |
| NEBNext High-Fidelity 2 x PCR Master Mix | New England BioLabs | M0541 | |
| NEBNext Q5 Hot Start HiFi PCR Master Mix | New England BioLabs | M0543 | |
| SYBR Green I | Invitrogen | S7585 | |
| CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio-rad | 185-5200 | Can be from other vendors. |
| CFX Manager Software | Bio-rad | 1845000 | |
| master mix for qPCR: iTaq Universal SYBR Green Supermix | Bio-rad | 172-5124 | Can be from other vendors. |
| Qubit fluorometer 2.0 | Invitrogen | Q32866 | |
| Qubit dsDNA HS Assay Kit | Invitrogen | Q32854 | |
| Magnet for eppendorf tubes | Invitrogen | 12321D | Can be from other vendors. |
| Swing bucket cooling centrifuge with the buckets for 15 mL falcon tubes and eppendorf tubes | Thermo Scientific | 75004527 | Could be from other vendors. It is important that it has buckets for eppendorf tubes. |
| Thermo-shaker | MRC | Can be from other vendors. | |
| High Sensitivity D1000 ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5584 | |
| High Sensitivity D1000 Reagents | Agilent Technologies | 5067-5585 | |
| 4200 TapeStation system | Agilent Technologies | G2991AA | Tape-based platform for electrophoresis |
| High Sensitivity DNA kit | Agilent Technologies | 5067-4626 | Reagent for high-sensitivity TapeStation analysis |
| Primer name and sequence | Company | ||
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IDT | Ad1-noMx: 5'-P5 sequence-transposase sequence-3' | |
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| Ad2.24_CCACTCCT: 5'-CAAGCAGAAGACGGCATACGA GAT[AGGAGTGG]GTCTCGTGGGCT CGGAGATGT-3' |
IDT | Ad2.24_expected index sequence read: 5'-P7 sequence-[index sequence]-transposase sequence-3' | |
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| F2: 5'-TTGAGGGATGCCATAACAGTC-3' | IDT | ||
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| R4: 5'-AGCCGGAAAGAAAGTTCCTG-3' | IDT |
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