Arabidopsis Protein-DNA Etkileşimleri Tespiti için Kromatin Immunoprecipitation Deneyi<em> İn Vivo</em
Summary
Kromatin immüno-çökeltmesi DNA in vivo olarak Arabidopsis proteinlerin bağlanma yerlerinin tanımlanması için güçlü bir tekniktir. Bu prosedür, kromatin çapraz bağlama ve parçalanma, ilgi konusu proteine karşı seçici antikorlar ile immünopresipitasyon ve bağlı DNA qPCR analizini içermektedir. Biz, Arabidopsis bitkiler için optimize edilmiş basit ChIP tahlili tarif eder.
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
Son yıllarda, moleküler genetik ve genomik geniş bir araç, model türleri, Arabidopsis thaliana geliştirilmiştir. Bu teknoloji bitki gelişim nasıl düzenlendiğinin anlaşılması muazzam ilerleme kolaylaştırmıştır. Bir model olarak Arabidopsis kullanılarak incelenmiştir gelişim süreçleri arasında, çiçeklenme zamanında genetik kontrolü yaygın analiz edilmiştir. Bu çalışmalar, bitkiler gibi hormonlar ve bitki yaşı gibi endojen uyaranlara yanıt olarak çiçeklenme çok hassas zaman modüle olduğunu göstermiştir ve ayrıca mevsim 1 doğal döngüsü ile vakit çiçekli senkronize gibi fotoperiyot ve sıcaklık gibi çevresel sinyallere, 2. Çiçeklenme zamanında değişiklikler ile Arabidopsis mutantlar ün izolasyonu ve tanımlanması, endojen ve çevresel faktörlere yanıt olarak çiçeklenme süresini düzenleyen genlerin karmaşık bir ağ meydana çıkararak belirleyici olmuştur. Bu genetik devrelerdirÇiçeklenme anahtarları olarak hareket birkaç usta genlerin seviyesinde entegre ve çiçek inisiyasyon tam zamanlama çiçekli teşvik ve çiçek entegratör genlerinin 1,3 yukarısında işe faaliyetlerini bastırmak dengesine bağlıdır.
Genomik yaklaşımların son kullanımı ile destekli çiçekli başlama kontrolünde rolü için belirlenen genlerin fonksiyonel karakterizasyonu, çiçeklenme zamanında modülasyonu transkripsiyonel regülasyon merkezi rolünü ortaya koymuştur. Aslında, çiçekli kodlamak transkripsiyon usta genlerin çoğu 4 faktörleri. Buna ek olarak, kromatin remodeling protein komplekslerinin bir dizi çiçeklenme ana genlerin ekspresyonunu etkilemektedir. Gözlemlenmesi, değişen çiçeklenme defa izole Arabidopsis Bir dizi mutantlar kromatin değiştirici çeşitli kodlayan genlerinde mutasyon taşıyan ortaya çıktı. Histon olarak posttranslasyonel modifikasyonlar farklı kromatin remodelerse kuyrukları, DNA'ya göre nükleozom konumlandırmak ya da Arabidopsis'te 5,6 çiçeklenme uygun düzenlenmesi için histon varyantları gerekli kanonik histonları vardır alışverişi. Bu kromatin remodeling aktiviteleri arasında birikmesini veya örneğin belirli histon kalıntılarda asetilasyon veya metilasyon gibi kovalent modifikasyon çıkarılmasını katalizler. Bu histon işaretleri özellikle çiçekli genlerin transkripsiyonel aktivitesini düzenleyen diğer kromatin remodeling kompleksleri, transkripsiyon faktörlerini veya transkripsiyonel makine bileşenleri işe özel etkileyiciler tarafından tanınır.
Kromatin immüno-çökeltmesi (chip) in vivo DNA-bağlanma ilgi duyulan proteinler için (Şekil 1) belirlenmesini sağlar. Bu prosedür, DNA çapraz bağlantı belirli kimyasalların yeteneği proteinleri yararlanır. Elde edilen DNA-protein kompleksleri daha sonra özel antikor aga kullanılarak immunopresipite edilebilirinst, transkripsiyon faktörleri, kromatin bağlayıcı proteinler ya da özel bir değişiklik ve heterolog epitopları tercih proteine bağlanmış (genel olarak "etiketi" olarak adlandırılır). Bu İmmüno-saflaştırılmış DNA, ilgi konusu özel dizilerin zenginleşmesine değerlendirmek için kantitatif PCR (qPCR) reaksiyonlarında şablon olarak kullanılabilir. Bu şekilde, transkripsiyon faktörlerinin bağlanma bölgeleri ya da belirli genlerdeki histon işaretleri dağılımı 7,8 kurulabilir. Buna ek olarak, masif paralel sıralama sağlayan Yeni Nesil Dizileme (NGS) ile birlikte, ChIP teknoloji transkripsiyon faktörlerinin bağlanma siteleri yanı sıra histon modifikasyonları meydana çıkarıyor Epigenomik manzara genom kimlik mümkün kıldı. Ayrıca, gen ekspresyonunun eşzamanlı analiz transkripsiyonel düzenleyici bağlanması ya da belirli histon bakışı depozisyon transkripsiyonel Activi orantılı olduğunu izlenmesine olanak verirgenlerin 9 ty.
Arabidopsiste ChIP protokollerin kullanılması transkripsiyonel düzenleyiciler çeşitli kromatin çiçeklenme usta genlerinin organizasyonu ve nasıl bu yapısal değişiklikler gen ifadesini etkileyen 5,6 üzerindeki etkisini değerlendirmek izin verdi. Önceki sonuçlar KISA GÜN İÇİNDE Arabidopsis odağı ERKEN cIVATALAMA (EBS) bu gen gösterisinde çiçeklenme ve çiçeklenme FT ana geninin upregülasyonu bir ivme çiçeklenme ve mutantlar bir bastıncısı gibi hareket ettiğini gösterdi. Buna ek olarak, FT-kaybı fonksiyonu mutasyonları tamamen FT ebs mutantlar erken çiçeklenme ve EBS 10 çiçeklenme bu ana geninin bastırılması için gerekli olduğu gerekli olduğunu belirten ebs mutant bitkilerin erken çiçek açan fenotip bastırmak 11. EBS özellikle histon H3 di- bağlamak ve inci de trimethylated bir PHD içeren proteinini kodlayanFT 12 kromatin aracılı bastırılması olarak EBS için bir rolü olduğunu düşündürmektedir e lizin 4 Kalıntı (/ 3 H3K4me2). ChIP yaklaşımının kullanılması Arabidopsis PHD içeren protein EBS 10,11 ifadesini 12 bastırmak için çiçek entegratör gen FT düzenleyici bölgeleri bağlar olduğunu göstermiştir. ChIP teknolojisi kullanımı yoluyla elde edilen ek veriler bu proteinin Arabidopsis gelişmenin ilk aşamalarında çiçeklenme bu ana geninin kromatin histon asetilasyon, aktif transkripsiyon bir damgasını düşük seviyelerde, korumak için gerekli olduğunu göstermiştir. Birlikte genetik ve gen ifadesi verileri Bu gözlemler, bu Arabidopsis PHD içeren protein çiçek entegratör geninin FT 12 ifadesini modüle etmek suretiyle çiçeklenme zamanı ince ayar merkezi bir role sahip olduğunu göstermektedir. Burada sunulan çalışma histonlarının analizi için değil, aynı zamanda diğer için değil, sadece yararlı optimize edilmiş bir yöntem sağlarkromatin proteinleri ilişkili ve artan verimlilik ve deneysel süreyi azalttı. Ayrıca, bu rapor ChIP protokollerin kullanımı Arabidopsis çiçeklenme başlangıcı ile ilgili gen ifadesinin kontrolü etkisi bu kromatin aracılı mekanizmalar kromatin modifikasyonları değişiklikler ve bitki genlerinin transkripsiyonel devletler arasındaki ilişkiye yeni anlayışlar sağladı ve nasıl nasıl gösterir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan ChIP protokolü Arabidopsis bitkileri, in vivo proteinler ve özel DNA dizileri arasındaki etkileşimi analiz etmek için tekrarlanabilir ve güçlü bir tekniktir. Ilgi proteinlerin için bağlayıcı siteleri başarılı bir kimlik ilgili etkileşimler aslında yer alıyor bitki organları ya da gelişimsel aşamaları yeterli bir seçim gerektirir. Buna ek olarak, bitki malzemesinin, uygun bir tespit ve sonikasyon ile kromatin optimal kesme elde etmek için kritiktir. Seçilen protein / e…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge The Plant Cell for allowing the use of some data published in this journal to elaborate the representative results described here in Figure 4. This work was supported by the EU 7FP Marie Curie-Initial Training Network EpiTRAITS (Grant Agreement 316965), and by the Spanish Ministerio de Economìa y Competitividad (grants BIO2010-15589 and BIO2013-43098-R).
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 |
Referências
- Andres, F., Coupland, G. The genetic basis of flowering responses to seasonal cues. Nat Rev Genet. 13 (9), 627-639 (2012).
- Capovilla, G., Schmid, M., Pose, D. Control of flowering by ambient temperature. J Exp Bot. 66 (1), 59-69 (2015).
- Jarillo, J. A., Piñeiro, M. Timing is everything in plant development. The central role of floral repressors. Plant Science. 181 (4), 364-378 (2011).
- Pajoro, A., et al. The (r)evolution of gene regulatory networks controlling Arabidopsis plant reproduction: a two-decade history. J Exp Bot. 65 (17), 4731-4745 (2014).
- He, Y. Chromatin regulation of flowering. Trends Plant Sci. 17 (9), 556-562 (2012).
- Jarillo, J. A., Pineiro, M., Cubas, P., Martinez-Zapater, J. M. Chromatin remodeling in plant development. International Journal of Developmental Biology. 53 (8-10), 1581-1596 (2009).
- Saleh, A., Alvarez-Venegas, R., Avramova, Z. An efficient chromatin immunoprecipitation (ChIP) protocol for studying histone modifications in Arabidopsis plants. Nat Protoc. 3 (6), 1018-1025 (2008).
- Haring, M., et al. Chromatin immunoprecipitation: optimization, quantitative analysis and data normalization. Plant Methods. 3, 11 (2007).
- Kaufmann, K., et al. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) of plant transcription factors followed by sequencing (ChIP-SEQ) or hybridization to whole genome arrays (ChIP-CHIP). Nat Protoc. 5 (3), 457-472 (2010).
- Gomez-Mena, C., et al. early bolting in short days: An Arabidopsis mutation that causes early flowering and partially suppresses the floral phenotype of leafy. Plant Cell. 13 (5), 1011-1024 (2001).
- Piñeiro, M., Gomez-Mena, C., Schaffer, R., Martinez-Zapater, J. M., Coupland, G. EARLY BOLTING IN SHORT DAYS is related to chromatin remodeling factors and regulates flowering in Arabidopsis by repressing FT. Plant Cell. 15 (7), 1552-1562 (2003).
- Lopez-Gonzalez, L., et al. Chromatin-dependent repression of the Arabidopsis floral integrator genes involves plant specific PHD-containing proteins. Plant Cell. 26 (10), 3922-3938 (2014).
- Sambrook, J., Fritsch, E. F., Maniatis, T. . Molecular Cloning: A Laboratory Manual. , (1989).
- Lorenz, T. C. Polymerase Chain Reaction: Basic Protocol Plus Troubleshooting and Optimization Strategies. J. Vis. Exp. , e3998 (2012).
- Wong, M. L., Medrano, J. F. Real-time PCR for mRNA quantitation. Biotechniques. 39 (1), 75-85 (2005).
- Dedon, P. C., Soults, J. A., Allis, C. D., Gorovsky, M. A. A simplified formaldehyde fixation and immunoprecipitation technique for studying protein-DNA interactions. Anal Biochem. 197 (1), 83-90 (1991).
- Yu, C. W., et al. HISTONE DEACETYLASE6 interacts with FLOWERING LOCUS D and regulates flowering in Arabidopsis. Plant Physiology. 156 (1), 173-184 (2011).
- Zhou, J., et al. Genome-wide profiling of histone H3 lysine 9 acetylation and dimethylation in Arabidopsis reveals correlation between multiple histone marks and gene expression. Plant Mol Biol. 72 (6), 585-595 (2010).
- Lafos, M., et al. Dynamic regulation of H3K27 trimethylation during Arabidopsis differentiation. PLoS Genet. 7 (4), e1002040 (2011).
- Barcala, M., Fenoll, C., Escobar, C. Laser microdissection of cells and isolation of high-quality RNA after cryosectioning. Methods Mol Biol. 883, 87-95 (2012).
- Carter, A. D., Bonyadi, R., Gifford, M. L. The use of fluorescence-activated cell sorting in studying plant development and environmental responses. Int J Dev Biol. 57 (6-8), 545-552 (2013).
- Deal, R. B., Henikoff, S. The INTACT method for cell type-specific gene expression and chromatin profiling in Arabidopsis thaliana. Nat Protoc. 6 (1), 56-68 (2011).
- Zeng, P. Y., Vakoc, C. R., Chen, Z. C., Blobel, G. A., Berger, S. L. In vivo dual cross-linking for identification of indirect DNA-associated proteins by chromatin immunoprecipitation. Biotechniques. 41 (6), 694-698 (2006).
- Das, P. M., Ramachandran, K., vanWert, J., Singal, R. Chromatin immunoprecipitation assay. Biotechniques. 37 (6), 961-969 (2004).
- Kaufmann, K., et al. Target genes of the MADS transcription factor SEPALLATA3: integration of developmental and hormonal pathways in the Arabidopsis flower. PLoS Biol. 7 (4), e1000090 (2009).
