הכרומטין immunoprecipitation Assay עבור זיהוי של אינטראקציות החלבון-דנ"א ארבידופסיס<em> In vivo</em

Summary

immunoprecipitation הכרומטין הוא טכניקה רבת עוצמה לזיהוי DNA מחייבת אתרים של חלבוני ארבידופסיס in vivo. הליך זה כולל הכרומטין המקשר בין-ופיצול, immunoprecipitation עם נוגדנים נגד סלקטיבית החלבון של עניין, וניתוח qPCR של DNA הקשור. אנו מתארים assay שבב פשוט מותאם לצמחי ארבידופסיס.

Abstract

Intricate gene regulatory networks orchestrate biological processes and developmental transitions in plants. Selective transcriptional activation and silencing of genes mediate the response of plants to environmental signals and developmental cues. Therefore, insights into the mechanisms that control plant gene expression are essential to gain a deep understanding of how biological processes are regulated in plants. The chromatin immunoprecipitation (ChIP) technique described here is a procedure to identify the DNA-binding sites of proteins in genes or genomic regions of the model species Arabidopsis thaliana. The interactions with DNA of proteins of interest such as transcription factors, chromatin proteins or posttranslationally modified versions of histones can be efficiently analyzed with the ChIP protocol. This method is based on the fixation of protein-DNA interactions in vivo, random fragmentation of chromatin, immunoprecipitation of protein-DNA complexes with specific antibodies, and quantification of the DNA associated with the protein of interest by PCR techniques. The use of this methodology in Arabidopsis has contributed significantly to unveil transcriptional regulatory mechanisms that control a variety of plant biological processes. This approach allowed the identification of the binding sites of the Arabidopsis chromatin protein EBS to regulatory regions of the master gene of flowering FT. The impact of this protein in the accumulation of particular histone marks in the genomic region of FT was also revealed through ChIP analysis.

Introduction

בשנים האחרונות מגוון רחב של כלים גנטיים, מולקולריים והגנומי פותחו בthaliana ארבידופסיס מיני מודל. טכנולוגיה זו יש להקל מאוד את ההתקדמות בהבנה כיצד התפתחות צמח מוסדרת. בין התהליכים התפתחותיים למדו באמצעות ארבידופסיס כמודל, הבקרה הגנטית של זמן פריחה כבר נותחה בהרחבה. מחקרים אלה הראו כי צמחים לווסת בדיוק מאוד הזמן של פריחה בתגובה לרמזים אנדוגני כגון הורמונים והגיל של הצמח, וגם לאותות סביבתיים כגון photoperiod וטמפרטורה לסנכרן פריחת זמן עם מחזור הטבעי של עונות ^{1, 2.} הבידוד והאפיון של מוטציות ארבידופסיס עם שינויים בזמן של פריחה היה הקובע בחשיפת רשת מורכבת של גנים המווסתים את זמן הפריחה בתגובה לגורמי אנדוגני והסביבתיים. מעגלים הגנטיים אלהמשולב ברמה של כמה גני הורים הפועלים כמתגים של פריחה, והעיתוי של הייזום הפרחוני המדויק תלוי באיזון של פריחת קידום ומדחיק את פעילות שעובדות במעלה הזרם של גני אינטגרטור הפרחוני ^1,3.

האפיון הפונקציונלי של הגנים שזוהו על תפקידם בשליטה של ​​ייזום פריחה, נעזר בשימוש האחרון של גישות הגנומי, חשפו את התפקיד המרכזי של רגולציה תעתיק באפנון של זמן פריחה. למעשה, רבים מהגנים ההורים של שעתוק לקודד פריחת גורמי ^4. בנוסף, מספר מתחמי חלבון שיפוץ הכרומטין להשפיע על הביטוי של גני הורים של פריחה. מספר מוטציות ארבידופסיס המבודדים לזמן הפריחה שינה התברר לשאת מוטציות בגני מקודדי מגוון של מכפילי הכרומטין. remodelers הכרומטין שונה שמציג את השינויים בposttranslational Histonדואר זנבות, למקם nucleosomes ביחס ל- DNA או להחליף ההיסטונים הקנונית על ידי גרסאות היסטון נחוצים לוויסות הנכונה של הפריחה בארבידופסיס ^5,6. חלק מפעילויות שיפוץ הכרומטין אלה לזרז את התצהיר או הסרת שינויים קוולנטיים כגון acetylation או מתילציה בשאריות היסטון ספציפיות. סימני היסטון אלה מוכרים במיוחד על ידי effectors מיוחדת שמגייסות מתחמים אחרים שיפוץ הכרומטין, גורמי שעתוק או רכיבים של מכונות תעתיק להסדיר את פעילות תעתיק של גנים פורחים.

הכרומטין immunoprecipitation (שבב) מאפשר זיהוי של in vivo אתרים לחלבונים של עניין מחייב DNA (איור 1). הליך זה מנצל את היכולת של כימיקלים מסוימים לקישור צולב חלבונים לדנ"א. מתחמי DNA החלבון וכתוצאה מכך ניתן immunoprecipitated אז באמצעות אגא נוגדנים הספציפיגורמי שעתוק Inst, מחייב חלבוני הכרומטין, או שינויים מסוימים וepitopes Heterologous (המכונים "תגים" בדרך כלל) שצורפו לחלבון של בחירה. ה- DNA מטוהר מimmunoprecipitates אלה יכול לשמש כתבנית בתגובות PCR (qPCR) כדי להעריך להעשרה של רצפים מסוימים של עניין. בדרך זו, ניתן להקים אתרי הקישור של גורמי שעתוק או ההפצה של סימני היסטון בגנים מסוימים ^7,8. בנוסף, בשילוב עם הדור הבא רצף (NGS) המאפשר רצף מקביל מאסיבי, טכנולוגיית שבבים הפכה אפשרית זיהוי הגנום של אתרי הקישור של גורמי שעתוק כמו גם נופי epigenomic הסרת לוט משינויי היסטון. יתר על כן, הניתוח בו זמני של ביטוי גנים מאפשר ניטור איך המחייב של רגולטורי תעתיק או התצהיר של סימני היסטון מסוימים לתאם עם תעתיק פעילויותיוty של גנים ^9.

השימוש בפרוטוקולי שבב בארבידופסיס אפשר להעריך את ההשפעה שמגוון של רגולטורי תעתיק יש בארגון הכרומטין של גני הורים של פריחה וכיצד שינויים המבניים אלה משפיעים על ביטוי גני ^5,6. תוצאות קודמות הראו כי הנעילה מוקד ארבידופסיס מוקדם בימים קצרים (EBS) פועלת כמדכאת של פריחה ומוטציות בגן זה מופע ההאצה של פריחה וגברת ביטוי של גן ההורים של FT פריחה. בנוסף, מוטציות פסד של הפונקציה בFT לדכא באופן מלא את הפנוטיפ הפריחה המוקדם של הצמחים מוטנטים EBS, המצביע על כך FT דרוש לפריחה המוקדמת של מוטציות EBS ושEBS הוא הכרחי לדיכוי של גן הורים זה של פריחת ^{10 , 11.} EBS מקודד חלבון המכיל PHD שיכול להיקשר באופן ספציפי di- היסטון H3 וtrimethylated בהליזין דואר 4 שאריות (H3K4me2 / 3), המצביעות על תפקיד לEBS בדיכוי בתיווך הכרומטין של ¹² FT. השימוש בגישת השבב הוכיח כי EBS החלבון המכיל PHD ארבידופסיס ^10,11 נקשר אזורי רגולציה של FT גן אינטגרטור הפרחוני להדחיק ביטויה ^12. נתונים נוספים שהושגו באמצעות השימוש בטכנולוגיית השבבים הראו כי נדרש חלבון זה כדי לשמור על רמות נמוכות של acetylation היסטון, סימן היכר של שעתוק פעיל, בהכרומטין של גן הורים זה של פריחה בשלבים ראשוניים של פיתוח ארבידופסיס. תצפיות אלה, יחד עם נתונים ביטוי גנטי וגן, להוכיח שיש חלבון זה ארבידופסיס PHD המכיל תפקיד מרכזי בכוונון העדין של זמן פריחה על ידי ויסות הביטוי של גן אינטגרטור הפרחוני ¹² FT. העבודה המוצגת כאן מספקת שיטה מותאמת שימושית לא רק לניתוח של ההיסטונים אלא גם לאחריםהכרומטין קשורים חלבונים, ועם התייעלות וצמצום זמן ניסוי. יתר על כן, דו"ח זה מדגים כיצד השימוש בפרוטוקולי שבב סיפק תובנות חדשות את הקשר בין שינויים בשינויי הכרומטין ומדינות תעתיק של גני צמח, וכיצד מנגנונים אלה בתיווך הכרומטין של השפעת שליטת ביטוי גנים בתחילת הפריחה בארבידופסיס.

Protocol

1. Crosslinking של צמח החומר (1 שעה) לגדול קווי ארבידופסיס השתמשו בניסוי (הסוג בר – WT – לעומת מוטציות, ו / או קווים המבטאים את הגרסה מתויגת של חלבון עניין שלך לעומת קווים המבטאים את התג לא התמזגו לכל חלבון) ל12-18 ימים בצלחות פטרי גד…

Representative Results

ניתן בחרו לצאת שמונה שלבים עיקריים בפרוטוקול שבב זה לזיהוי של אינטראקציות החלבון-דנ"א in vivo, כוללים גידול וקציר של חומר צמחי, cross-linking של הכרומטין, בידוד הכרומטין, פיצול הכרומטין, בידוד סלקטיבי של המתחמים בין ה- DNA ו החלבון של עניין על ידי immunoprecipitation, עיכול חלבון, ט…

Discussion

פרוטוקול השבב המתואר כאן הוא טכניקה לשחזור ורבה עוצמה כדי לנתח אינטראקציות בין חלבונים ורצפי DNA ספציפיים in vivo בצמחי ארבידופסיס. זיהוי מוצלח של אתרי קישור לחלבונים של עניין מחייב בחירה נאותה של איברי צמח או שלבי התפתחות שבו האינטראקציות הרלוונטיות למעשה מתרחשות…

Materials

MES	Sigma	M8250
MS (Murashige and Skoog Basal Salt Mixture)	Sigma	M5524
Formaldehyde 37%	Sigma	F8775-25	Use under the fume hood
Protease inhibitor mix cOmplete ULTRA Tablets, Mini, EDTA-free, EASYpack	Roche	5892791001
Bioruptor Standard sonication device	Diagenode	B01010002 (UCD200TO)
Glycine	Sigma	50046
QIAquick PCR Purification Kit	Qiagen	28104
Dynabeads® magnetic beads coupled with protein A or protein G	Life Technologies	10003D/10001D	Check manufacturer’s manual for antibody affinity
Miracloth	Merck Millipore	475855
Triton™ X-100 Surfact-Amps™ Detergent Solution	Life Technologies	85112
(mouse, rat, rabbit…)-IgG	Diagenode	C15400001, C15420001, C15410206
Magnetic rack – DynaMag™-2	Life Technologies	12321D
H3K9/14ac polyclonal antibody – Premium	Diagenode	C15410200-10
Chelex® 100 Resin	Bio-Rad	142-2832
Proteinase K	Life Technologies	17916
Anti-Myc Tag Antibody, clone 4A6	Millipore	05-724
LightCycler® 480 SYBR Green I Master	Roche	4707516001