Summary

蛍光活性化核ソーティングを用いた脂肪組織を用いた脂肪細胞特異的ATAC-Seq

Published: March 17, 2023
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Summary

トランスジェニックレポーターマウスから単離された脂肪組織との核ソーティングを使用して、脂肪細胞上で特異的にトランスポザーゼアクセス可能なクロマチン(ATAC-seq)を核蛍光標識でアッセイするためのプロトコルを紹介します。

Abstract

ハイスループットシーケンシングによるトランスポザーゼアクセス可能なクロマチンのアッセイ(ATAC-seq)は、ゲノムワイドなクロマチンアクセシビリティプロファイリングを可能にする堅牢な技術です。この技術は、さまざまな生物学的プロセスにおける遺伝子発現の制御メカニズムを理解するのに役立っています。ATAC-seqはさまざまな種類のサンプルに対して修飾されていますが、脂肪組織に対するATAC-seq法の効果的な修飾はありませんでした。脂肪組織の課題には、複雑な細胞の不均一性、大きな脂質含有量、および高いミトコンドリア汚染が含まれます。これらの問題を克服するために、トランスジェニックレポーターの核タグ付けおよび翻訳リボソームアフィニティー精製(NuTRAP)マウスの脂肪組織との蛍光活性化核ソーティングを使用することにより、脂肪細胞特異的ATAC-seqを可能にするプロトコルを開発しました。このプロトコルは、核入力と試薬の量を減らしながら、無駄なシーケンシングリードを最小限に抑えて高品質のデータを生成します。この論文は、マウス脂肪組織から分離された脂肪細胞核の使用について検証されたATAC-seq法の詳細なステップバイステップの説明を提供します。このプロトコルは、多様な生物学的刺激による脂肪細胞のクロマチン動態の調査に役立ち、新しい生物学的洞察を可能にします。

Introduction

脂質分子の形で余分なエネルギーを蓄えることに特化した脂肪組織は、代謝調節の重要な器官です。脂肪細胞の形成と維持の厳密な制御は、脂肪組織の機能と全身のエネルギー恒常性に不可欠です1。多くの転写調節因子は、脂肪細胞の分化、可塑性、および機能の制御において重要な役割を果たします。これらの調節因子のいくつかは、ヒトの代謝障害に関与しています2,3。遺伝子発現およびエピゲノム解析のためのハイスループットシーケンシング技術の最近の進歩により、脂肪細胞生物学の分子調節因子の発見がさらに促進されました4。脂肪組織を用いた分子プロファイリング研究は、これらの組織の不均一性のために実施が困難です。脂肪組織は主に脂肪貯蔵を担う脂肪細胞で構成されていますが、線維芽細胞、内皮細胞、免疫細胞など、他のさまざまな細胞タイプも含まれています5。さらに、脂肪組織の細胞組成は、温度や栄養状態などの病態生理学的変化に応じて劇的に変化します6。これらの問題を克服するために、私たちは以前に、GFPタグ付きリボソームとmCherryタグ付きビオチン化核をCreリコンビナーゼ依存的に生成するトランスジェニックレポーターマウス「核タグ付けおよび翻訳リボソームアフィニティー精製(NuTRAP)」を開発しました7。二重標識システムにより、組織を用いて細胞種特異的なトランスクリプトーム解析およびエピゲノム解析を行うことができます。脂肪細胞特異的アディポネクチン-Cre株(Adipoq-NuTRAP)と交配したNuTRAPマウスを使用して、in vivoで純粋な脂肪細胞集団からの遺伝子発現プロファイルとクロマチン状態を以前に特徴付け、肥満時にそれらがどのように変化するかを決定しました7,8。以前、茶色とベージュ色の脂肪細胞特異的Ucp1-Cre株(Ucp1-NuTRAP)と交配したNuTRAPマウスにより、温度変化に応答したまれな熱発生脂肪細胞集団であるベージュ脂肪細胞のエピゲノムリモデリングを特徴付けることができました9

ATAC-seqは、ゲノム全体のクロマチンアクセシビリティを評価するために広く使用されている分析方法です。ATAC-seqで使用される超反応性Tn5トランスポザーゼは、核10のクロマチンアクセス可能な領域のシーケンシングアダプターにタグを付けることにより、開いたクロマチン領域の同定を可能にします。ATAC-seqはシンプルなメソッドですが、ロバストな結果が得られ、低インプットのサンプルでも非常に効率的です。したがって、それは最も人気のあるエピゲノムプロファイリング方法の1つになり、多様な生物学的文脈における遺伝子発現の制御メカニズムの理解に貢献してきました。オリジナルのATAC-seqプロトコルが作成されて以来、様々なタイプのサンプルに対してプロトコルを修正および最適化するために、様々なATAC-seq派生技術がさらに開発されてきた。例えば、Fast−ATACは血球サンプル11の分析用に設計されており、Omni−ATACは凍結組織サンプル12用に最適化されたプロトコルであり、MiniATAC−seqは初期段階の胚分析13に有効である。しかし、ATAC-seq法を脂肪細胞、特に組織サンプルに適用することは依然として困難です。脂肪組織の不均一性に加えて、その高い脂質含有量は、核単離後もTn5トランスポザーゼによる効率的な組換え反応を妨げる可能性があります。さらに、脂肪細胞、特に茶色とベージュ色の脂肪細胞における高いミトコンドリア含有量は、高いミトコンドリアDNA汚染と無駄なシーケンシングリードを引き起こします。この論文では、Adipoq-NuTRAPマウスを用いた脂肪細胞特異的ATAC-seqのプロトコルについて説明します(図1)。蛍光標識された核ソーティングを利用することにより、このプロトコルは、他の交絡細胞タイプから離れた脂肪細胞核の純粋な集団の収集と、脂質、ミトコンドリア、および組織破片の効率的な除去を可能にします。したがって、このプロトコルは、標準プロトコルと比較して少ない入力量と試薬を使用しながら、細胞タイプ固有の高品質データを生成し、ミトコンドリアリードからの無駄を最小限に抑えることができます。

Protocol

動物の世話と実験は、インディアナ大学医学部の施設内動物管理および使用委員会によって承認された手順に従って実施されました。 1.実験開始前の準備 ティッシュの準備脂肪細胞の核標識のために、NuTRAPマウスを脂肪細胞特異的アディポネクチン-Cre株(Adipoq-Cre)と交配して、Adipoq-CreとNuTRAPの両方で半接合性であるAdipoq-NuTRAPマウスを作製します…

Representative Results

このATAC-seqプロトコルを使用して脂肪組織を分析するために、飼料を与えられたAdipoq-NuTRAPマウスを生成しました。次に、フローサイトメトリーを用いて精巣上体白色脂肪組織(eWAT)、鼠径白脂肪組織(iWAT)、褐色脂肪組織(BAT)から脂肪細胞核を単離した。単離された核をタグ付けに使用し、続いて上記のようにDNA精製、PCR増幅、品質チェックステップ、シーケンシング、およびデータ分析を行い?…

Discussion

この論文では、 in vivoでの脂肪細胞特異的クロマチンアクセシビリティを評価するための最適化されたATAC-seqプロトコルを提示しました。Adipoq-NuTRAPマウスを用いたこのATAC-seqプロトコルは、脂肪細胞特異的クロマチンアクセシビリティプロファイルの生成に成功しました。ATAC-seq実験の成功と再現性の最も重要な要素は、核の品質です。解剖した脂肪組織を液体窒素中で直ちに急速凍結?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、IUSMショーウォルター研究信託基金(H.C.R.)、IUSM糖尿病および代謝性疾患センターのパイロットおよび実現可能性助成金(H.C.R.)、国立糖尿病および消化器および腎臓病研究所(R01DK129289からH.C.R.)、および米国糖尿病学会ジュニアファカルティ賞(7-21-JDF-056からH.C.R.)によって支援されました。

Materials

Animals
Adiponectin-Cre mouse The Jackson Laboratory 28020
NuTRAP mouse The Jackson Laboratory 29899
Reagents & Materials
1.5 mL DNA-LoBind tubes Eppendorf 86-923
100 µm cell strainer Falcon 352-360
15 mL tubes VWR 525-1071
2x TD buffer Illumina 15027866
384-well PCR plate Applied biosystem 4483285
40 µm cell strainer Falcon 352-340
50 mL tubes VWR 525-1077
AMPure XP reagent (SPRI beads) Beckman Coulter A63881
Bioanalyzer High Sensitivity DNA kit Agilent Technologies 5067-4626
Clear adhesive film Applied biosystem 4306311
DNase/RNase-free distilled water Invitrogen 10977015
Dounce tissue grinder DWK Life Sciences 357542
DTT Sigma D9779
DynaMag-96 side skirted magnet Thermo Fishers 12027
FACS tubes Falcon  28719128
HEPES Boston BioProducts BBH-75
Hoechst 33342 Invitrogen 2134015
KCl (2 M) Boston BioProducts MT-252
Magnetic separation rack for PCR 8-tube strips EpiCypher 10-0008
MgCl2 (1 M) Boston BioProducts MT-200
MinElute PCR purification kit Qiagen 28004
NEBNext High-Fidelity 2x PCR master mix BioLabs M0541S
NP40 Thermo Fishers 28324
PCR 8-tube strip USA scientific 1402-4708
Protease inhibitor cocktail (100x) Thermo Fishers 78439
Qubit dsDNA HS assay kit Invitrogen Q32851
Sucrose Sigma S0389-1KG
SYBR Green I (10,000x) Invitrogen S7563
TDE I enzyme Illumina 15027865
Instruments
Flow cytometer BD Biosciences FACSAria Fusion
Qubit fluorometer Invitrogen Q33226
Real-Time PCR system Thermo Fishers QuantStudio 5

References

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Cite This Article
Kim, K., Taleb, S., So, J., Wann, J., Cheol Roh, H. Adipocyte-Specific ATAC-Seq with Adipose Tissues Using Fluorescence-Activated Nucleus Sorting. J. Vis. Exp. (193), e65033, doi:10.3791/65033 (2023).

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