Simplified ChIP-exo assays

Dynabeadsに結合した抗体

ウサギIgG(Sigma)を、タンパク質Aを含むTAPタグが標的となっているTapタグ株に対して使用した。 Millipore0 7−7 2 9抗体を、CTCFを標的とするK5 6 2試料に対して使用した。

Tn5精製

pET-45b(+)ベクター中のTn5E54K E110K P242A L372P14のカスタム構築物を、N末端His6タグで過活性Tn5を発現するように注文した(GenScript)。 このプラスミドはAddgene(Addgene ID:1 1 2 1 1 2)で入手可能である。 BL2 1(DE3)compentent E.coli細胞(New England Biolabs)を形質転換し、単一コロニーを、5 0 0mlのLB+5 0μ g/mlアンピシリン+3 0μ g/mlクロラムフェニコール中で、3 7℃でOD6 0 0 0. 細胞を遠心分離によって収集し、ST緩衝液で一度洗浄し、細胞ペレットを液体窒素中でフラッシュ凍結した。

Tn5は、前述のように精製した10、改変はほとんどなかった。 5、1 0 0M M Nacl、1m M EDTA、1 0%グリセロール、0.1%Triton−X1 0 0)中に再懸濁し、リゾチーム(Sigma;1mg/1gの細胞ペレット)と室温で3 0分間インキュベーションすることにより溶解した。 溶解物を4℃で20,000×gで20分間遠心分離し、上清を0.25%polyethyleneimine(Sigma)で沈殿させ、10,000×gで15分間遠心分離した。 次いで、上清を4 7%飽和硫酸アンモニウムで沈殿させた(0.28g/ml)を30分間インキュベーションし、次いで20,000×gで15分間遠心分離した。<8587><7001>ペレットを50mlのニッケル親和性負荷緩衝液(50mMリン酸カリウム、pH7.4、50mM KCl、20%グリセロール)に再懸濁し、HisTrap HPカラム(GE Healthcare;5ml)に1.5ml/分で負荷し、同じ緩衝液で平衡化した。 カラムを洗浄緩衝液I(50mMリン酸カリウム、pH7.4、1M KCl、50mMイミダゾール、20%グリセロール)、洗浄緩衝液II(50mMリン酸カリウム、pH7.4、1M KCl、50mMイミダゾール、20%グリセロール)で順次洗浄した。4、5 0 0m M Kcl、5 0 0m Mイミダゾール、2 0%グリセロール)で2ml/分で溶出し、次いで、Tn5を、ニッケル親和性溶出緩衝液(5 0m Mリン酸カリウム、pH7. 溶出液を希釈緩衝液(50mMリン酸カリウム、pH7.4、20%グリセロール)で300mM KClに希釈し、TEGX300緩衝液(20mM Tris-HCl、pH7.5、300mM NaCl、1mM EDTA、10%グリセロール、0.1%Triton-X100)で50mlに調整した。

次に、サンプルをTEGX300と1ml/分で平衡化したHiTrapヘパリンHPカラム(GE Healthcare;1ml)に負荷した。 5カラム容量の緩衝液で洗浄した後、1 0mlの直鎖状(3 0 0m M〜1. Tn5は約6 0 0m M Naclでカラムから溶出した。 <8 5 8 7><5 9 6 7>酵母クロマチン調製物<4 3 9 3><7 0 0 1>TAP−tagged Saccharomyces cerevisiae株(Open Biosystems)を、5 0 0mlの酵母ペプトンデキストロース培地中で2 5℃でOD6 0 0=0. 細胞は、室温で1%の最終濃度でホルムアルデヒドと15分間架橋し、125mMグリシンの最終濃度で5分間クエンチした。 細胞を遠心分離によって収集し、1mlのST緩衝液(10mM Tris-HCl、pH7.5、100mM NaCl)中で4℃で洗浄し、2つのアリコートに分割した。 細胞を再びペレット化し、上清を除去し、ペレットを急速冷凍した。<8587><7001>250mlの培養物アリコートを、750μ lのFA溶解緩衝液(50mM Hepes-KOH、pH7.5、150mM NaCl、2mM EDTA、1%Triton、0.5)中で溶解した。1%デオキシコール酸ナトリウム、およびCPI)および1mlの体積の0.5mmジルコニア/シリカビーズは、ミニBeadbeater-96マシン(Biospec)で3分間オン/5分間オフサイクルの三サイク 溶解物を新しい管に移し、クロマチンをペレット化するために4℃で3分間最大速度でマイクロ遠心した。 上清を捨て、ペレットを0.1%SDSを補充した750μ LのFA溶解緩衝液に再懸濁し、15mlのポリスチレン円錐管に移した。 次いで、試料をBioruptor(Diagenode)中で3 0秒のオン/オフ間隔で1 5サイクル超音波処理して、1 0 0〜5 0 0bpの大きさのDNA断片を得た。 ワンチップエクソアッセイは、50mlの細胞培養物(-6×108細胞)の同等物を処理しました。 これは、必要最小限の量ではなく、便利な量を表します。

K562クロマチン製剤

ヒト慢性骨髄性白血病細胞(K562、ATCC)は、10%ウシ胎児血清を補充したDMEM培地中で1×105と1×106細胞/mlの間に維持され、37℃で5%CO2。 細胞をPBS(8mM Na2Hpo4、2mM KH2PO4、150mM NaCl、および2.7mM KCl)で洗浄した後、ホルムアルデヒドを最終濃度1%で室温で10分間架橋し、最終濃度125mMグリシンで5分間 上清を除去し、細胞を1mlのPBS中に再懸濁して洗浄した。 細胞を1億個の細胞を含むように分取し、遠心分離し、上清を除去し、ペレットを急速冷凍した。<8 5 8 7><7 0 0 1>1億個のアリコート(複数のチップで使用するため)を5 0 0μ l(1 0m M Tris−Hcl、pH8.5%NP4 0、および完全プロテアーゼ阻害剤(CPI、Roche))を氷上で1 0分間インキュベートすることにより。 上清を除去し、ペレットを1ml(50mM Tris-pH8.0、10mM EDTA、0.32%SDS、およびCPI)に再懸濁し、氷上で10分間インキュベートして核を溶解した。 試料を、6 0 0μ lの免疫沈降希釈緩衝液(IP希釈緩衝液:2 0m MのTris−Hcl、pH8.0、2m MのEDTA、1 5 0m MのNacl、1%のTriton X−1 0 0、およびCPI)で希釈し、最終濃度(4 0m Mのtris−Hcl、pH8.0、7m MのEDTA、5 6m MのNacl、0.4%のTriton−X1 0 0、0)1 0 0〜5 0 0bpの大きさのDNA断片を得るために、3 0秒のオン/オフ間隔で1 0サイクルにわたってBioruptor(Diagenode)で超音波処理した。

マウス組織調製

16週齢の成人男性マウス脳、肺、肝臓、腎臓の組織は、Yanming Wang博士によって寛大に提供されましたマウス組織は100mgで処理され、以前に記載されているようにクロマチンが生成されました21マイナーな修正を加えました。 手短に言えば、100mgのマウス組織を氷上で小片に粉砕し、1%ホルムアルデヒドで10分間固定し、その後、125mMグリシンの最終濃度で5分間クエンチした。 細胞を紡糸し、PBSで洗浄し、次いで、1mLの冷たいFarnham細胞溶解緩衝液(2 0m M Tris−Hcl、pH8. 分離された核をスピンダウンすることによって単離し、RIPA核溶解緩衝液(1×PBS、1%NP-40、0.5%NaDeoxycholate、0.5%SDS、およびCPI)中に再懸濁した。 次いで、核を、1 0 0〜5 0 0bpサイズ範囲のDNAを生成するために、3 0秒のオン/オフ間隔で1 0サイクルにわたってBioruptor(Diagenode)で超音波処理した。 肝細胞数は、以前に記載されたように推定された22、1mgの組織湿潤重量の換算係数を使用して、〜250,000細胞に等しい。

クロマチン免疫沈降

50mlの培養液当量の酵母または10万細胞当量のK562クロマチンをIP希釈緩衝液で200μ lに希釈し、適切な抗体で4℃で一晩インキュベー 酵母試料に、1 0μ lの床容積のIgg−Dynabeadsを添加した。; そして、3μ gの抗CTCF抗体を、1 0μ lのスラリー当量のProtein A Mag Sepharose(GE H Ealthcare)と共に、K5 6 2試料に添加した。

ChIP-exo1.1

ChIP-exo1.1は前述のように実行されました7,8,23. 手短に言えば、以下の酵素工程を、各工程の間に複数の塩洗浄を伴う樹脂上の免疫沈降クロマチンを用いて実施した。: T4DNAポリメラーゼ末端研磨、T4ポリヌクレオチドキナーゼ、KlenowフラグメントA-テーリング、T4DNAリガーゼ媒介Read_2アダプターライゲーション、phi29DNAポリメラーゼ充填、第二T4ポリヌクレオチドキナーゼ、ラムダexonuclease消化、およびRecJfエキソヌクレアーゼ消化。 一晩の逆架橋およびプロテイナーゼK処理に続いて、以下のステップは、溶液中で実施した:phi29プライマー拡張、第二KlenowフラグメントA-テーリング、T4DNAリガーゼ媒介Read_1

チップ-exo3.0と3。1(タグ化ベース版)

免疫沈降後、樹脂上で以下の工程を行った。 トランスポザーゼを組み立てるために、Tn5を以下の成分を含む10×トランスポザーゼミックス中でインキュベートし、室温で30分間インキュベートした:12.5μ M Tn5、50%グリセロール、および7.5μ Mアダプター(Nexa2/ME comp)。 この研究で使用されるオリゴヌクレオチド配列については、補足表1を参照してください。<8 5 8 7><7 0 0 1>樹脂上のチップ材料を、fa溶解緩衝液、Nacl緩衝液(5 0m M HEPES−KO H、pH7.1%デオキシコール酸ナトリウム)、Licl緩衝液(1 0 0m M Tris−Hcl、pH8.0、5 0 0m M Licl、1%NP−4 0、1%デオキシコール酸ナトリウム)、及び1 0m M Tris−Hcl、pH8.0(4℃で)<8 5 8 7><7 0 0 1>を含有するタグ化反応(3 0μ l):2 0m M Tris−Hcl、pH7.5、5m M Mgcl2、1 0%ジメチルホルムアミド、及び1×タグ化混合物(1×タグ化混合物)を含む。5、5 0 0M Mグアニジン−塩酸塩、2M M Edta、1%triton−X1 0 0、0で樹脂を2回洗浄した。ptaは、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、1 0 0m M、<8 5 8 7><7 0 0 1>1 0Uのphi2 9ポリメラーゼ(NEB)、1×phi2 9反応緩衝液(NEB)、2×(2 0 0μ g/ml)BS A、および1 6 5μ MのdNTPを含む充填反応(3 0μ l)を3 0℃で2 0分間インキュベートした。<8 5 8 7><7 0 0 1>10U T4pNK(NEB)、1×t4Dnaリガーゼ緩衝液(Neb)、および2×bsaを含むキナーゼ反応(30μ l)を37℃で15分間インキュベートした後、10mM Tris-hcl、ph8.0で4℃で洗浄した。: 1%Triton−X1 0 0、および5%DMSOを3 7℃で3 0分間インキュベートし、次いで、1 0m M Tris−Hcl、pH8.<8 5 8 7><7 0 0 1>樹脂からDNAを溶出させ、逆架橋およびプロテイナーゼK処理(4 0Μ l):3 0μ gプロテイナーゼK、2 5m mトリス−Hcl、Ph7を含有して行った。<8 5 8 7>、<7 0 0 1>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、<8 5 8 7>、5%SDSを6 5℃で1 6時間インキュベートした後、上清を新しい管に移し、Agencourt Ampuremagnetic beads(Beckman Coulter)で製造業者の指示に従って精製し、DNA体積(7 2μ l)に添加した1.試料を1 0μ lの水中でアンプルビーズから溶出し、以下の酵素工程を溶液中で実施した。

アダプターライゲーション(バージョン3.0):プライマー伸長反応用(総反応量20μ l); 再懸濁された試料に、1×phi29反応緩衝液、2×BSA、100μ M dNTP、および0.5μ M ME配列オリゴヌクレオチド(合計9μ L)を加え、95℃で5分間インキュベートし、次いで45℃で10分間インキュベートして、オリゴ時間をアニールさせた。 試料を3 0℃にシフトさせた後、1 0U phi2 9ポリメラーゼ(1μ l)を添加し、3 0℃で2 0分間インキュベートした後、6 5℃で1 0分間不活性化させ、3 7℃にシフトさせた。<8 5 8 7><7 0 0 1>; プライマー伸長反応物に、1 0U Klenow断片、−exo(NEB)、1×Nebuffer2、1 0 0μ M DATP(合計1 0μ l)を加え、3 7℃で3 0分間インキュベートし、次いで7 5℃で2 0分間不活性化し、2 5℃にシフトして、第2のadapter ligation反応(総反応体積4 0μ l)に、a−tailing反応物に、2,0 0 0U T4DNA ligase(enzymatics)、1×Nebnext Quick Ligation(合計1 0μ l)を加えた。緩衝液(neb)、3 7 5Nmアダプター(Exa1−5 8/1 3)および2 5℃で1時間インキュベートした。<8 5 8 7><7 0 0 1>副木結紮(バージョン3.; 再懸濁されたDNAに、1,2 0 0U T4DNAリガーゼ、1×T4DNAリガーゼ緩衝液、3 7 5nMアダプター(Exa1−5 8/Exa1−SSL_N5)を加え、2 5℃で1時間インキュベートした。<8 5 8 7><7 0 0 1>バージョン3. 次いで、試料をPCRを介して増幅した。 PCR増幅のために(全反応体積4 0μ l);再懸濁されたDNAに、2UのPhusion H O T Start polymerase(Thermo scientific)、1×のPhusion H F緩衝液(Thermo scientific)、2 0 0μ MのdNTP、5 0 0nMの各プライマー(P1.3およびNexa2-iNN)および18サイクル(98℃の変性で20秒、52℃のアニーリングで1分、および72℃の伸長で1分)増幅された。 反応の四分の一は、追加の六つのサイクル(24合計)のために増幅され、ライブラリの存在は、2%アガロースゲル上の電気泳動によって決定されました。<8587><7001>サイズ選択:200-500bp PCR産物は、QIAquick Gel Extraction Kit(Qiagen)を用いて2%アガロースゲルからゲル精製した。<8587><5967>ChIP-exo4.0および4.1(single-strand DNA ligation versions)<4393><7001>免疫沈降後、樹脂上で以下の工程を行った。 5U DNA Polymerase i(NEB)、2 5U T4PNK、1×T4DNA Ligase Buffer、および3 9 0μ M dNTPを含有する末端修復反応(5 0μ l)を1 2℃で3 0分間インキュベートし、次いで、1 0m M Tris−Hcl、pH8.1%Triton−X1 0 0、および5%dmsoを含有するΜエキソヌクレアーゼ消化(1 0 0μ l)を3 7℃で3 0分間インキュベートし、次いで、1 0M M Tris−HCL、pH8で洗浄した。1%Triton−X1 0 0、および5%DMSO swaを含有するRecjfエキソヌクレアーゼ消化(1 0 0μ l)を3 7℃で3 0分間インキュベートし、次いで1 0m M Tris−Hcl、pH8.Adapterion Ligation1 2 0 0U t4dna ligase、1×T4DNA ligase Buffer、および3 7 5nmのsingle−strand Adapter(EXA1−5 8−N5)を2 5℃で1時間インキュベートした後、1 0m m Tris−hcl、pH8.: 1200U T4DNA Ligase、1×T4DNA Ligase Buffer、および375nM adapter(Exa2.1-N5/Exa2.1-20)を1時間25℃でインキュベートした後、10mM Tris-HCl、pH8.0で4℃で洗浄した。

バージョン4.0と4.1の両方:樹脂からDNAを溶出し、逆架橋およびプロテイナーゼK処理(40μ l)を行った。5、2m M EDTA、2 0 0M M Nacl、および0.その後、上清を新しい管に移し、製造業者の指示(1.8×体積)に従ってAgencourt AMPure magnetic beads(Beckman Coulter)で精製した。 試料を2 0μ lの水中でアンプルビーズから溶出し、以下の酵素工程を溶液中で実施した。<8587><7001>第二アダプター連結:ssDNA連結(バージョン4.0、全反応量40μ l):再懸濁されたDNAに1200UのT4DNAリガーゼ、1×T4DNAリガーゼ緩衝液、375nMアダプター(Exa2.1-N5/Exa2.1-20)を加え、25℃で1時間インキュベートした。<8587><7001>Splint adapter ligation(バージョン4.1、総反応量40μ l):再懸濁されたDNAに1200U T4DNA ligase、1×T4DNA Ligase Buffer、375nM adapter(Exa1-58/Exa1-SSL_N5)を加え、1時間25℃でインキュベートした。<8587><7001>バージョン4.0および4.1の両方:ライゲーション反応をアンプルビーズ(1.8×体積)を15μ lの水に再懸濁した。 次いで、試料をPCRを介して増幅した。 PCR増幅用(総反応量40μ l); 再懸濁されたDNAに、2UのPhusion H O t Start polymerase(Thermo scientific)、1×のPhusion H F緩衝液(Thermo scientific)、2 0 0μ MのdNTP、5 0 0nMの各プライマー(P1.3およびNexa2−INN)を加え、1 8サイクル(9 8℃変性で2 0秒、5 2℃アニー 反応の四分の一は、追加の六つのサイクル(24合計)のために増幅され、ライブラリの存在は、2%アガロースゲル上の電気泳動によって決定されました。 サイズ選択:2 0 0〜5 0 0bpのPCR産物を、Qiaquick Gel Extraction Kit(Qiagen)を使用して2%agaroseゲルからゲル精製した。

注:ChIP-exo4.0/4.1にはユニバーサルRead_2アダプタが組み込まれており、バーコードは長いプライマーを使用したPCR中に後で追加されました。 長いPCRプライマーは、ラムダエキソヌクレアーゼ消化を含むライブラリの構築に使用されたときはいつでも、ライブラリは、低収率と高いアダプタダイマー 現在は、全長アダプターと最小長PCRプライマーのみを使用しています。

ChIP-exo5.0

免疫沈降後、樹脂に対して以下の工程を行った。 樹脂上のチップ材料を、FA溶解緩衝液、Nacl緩衝液、Licl緩衝液、および1 0m M Tris−Hcl、pH8.1 2 0 0U T4Dnaリガーゼ、1 0U T4pnk、1×Nebnext Quick Ligation Buffer、および3 7 5Nmアダプター(Exa2_inn/exa2b)を含有する4 5μ l)を2 5℃で1時間インキュベートした後、1 0m M Tris−Hcl、pH8. 10U phi29ポリメラーゼ、1×phi29反応緩衝液、2×BSA、および180μ M dNTPを含む充填反応(40μ l)を30℃で20分間インキュベートし、次いで10mM Tris-HCl、pH8.0で4℃で洗浄した。<8 5 8 7><7 0 0 1>樹脂からdnaを溶出させ、逆架橋およびプロテイナーゼK処理(4 0μ L)を含有して行った。<8 5 8 7><7 0 0 1>dnaを、1 0m mのTris−hcl、ph8.: 5、2m M EDTA、2 0 0m M Nacl、および0.5%SDSを、6 5℃で1 6時間インキュベートした。上清を新しい管に移し、Agencourt Ampuremagnetic beads(Beckman Coulter)で、製造業者の指示書(1.8×体積)に従って精製した。試料を2 0μ lの水中でアンプルビーズから溶出し、以下の酵素工程を溶液中で実施した。 第二のアダプター結紮のために(総反応量40μ l): 再懸濁されたDNAに、1 2 0 0U T4DNAリガーゼ、1×T4DNAリガーゼ緩衝液、3 7 5nMアダプター(Exa1−5 8/Exa1−SSL_N5)を加え、2 5℃で1時間インキュベートした。<8587><7001>その後、試料をPCRで増幅した。 PCR増幅のために(全反応体積4 0μ l);再懸濁されたDNAに、2UのPhusion H O T Start polymerase(Thermo scientific)、1×のPhusion H F緩衝液(Thermo scientific)、2 0 0μ MのdNTP、5 0 0nMの各プライマー(P1.1)および18の周期のために増幅されて(98°Cの変性の20s、52°cのアニーリングの1分、72°C延長の1分)。 反応の四分の一は、追加の六つのサイクル(24合計)のために増幅され、ライブラリの存在は、2%アガロースゲル上の電気泳動によって決定されました。 サイズ選択:2 0 0〜5 0 0bpのPCR産物を、Qiaquick Gel Extraction Kit(Qiagen)を使用して2%agaroseゲルからゲル精製した。

注:この段階でゲル精製以外の方法を使用すると、最終サンプル中に許容できないほど高いレベルのアダプター二量体が生じることがわかりました。 ゲルの浄化は効果的にアダプターの二量体(150bpの片)および破片exoの図書館(200bpの片=150bpのアダプター+50bpの挿入物)のより小さい片を分けることができます。

DNAシークエンシング

ハイスループットDNAシークエンシングは、ペアエンドモードでNextSeq500で実行され、2×40bp読み取りが生成されました。 その後、配列読み取りを、bwa-mem(v0.7.9a)を使用して酵母(saccer3)およびヒト(hg19)ゲノムに整列させた24。 整列された読み取りは、非一意の整列およびPCR重複を除去するためにフィルタリングされた。 PCR重複は、同一のRead_1およびRead_2配列を有する配列リードとして定義した。

データの可用性

この研究からのすべてのシーケンスファイルとピークファイルは、ncbi Gene Expression Omnibus(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)でアクセッション番号GSE110681およびGSE114606で入手できます。 このペーパーの図を生成するために使用される座標ファイル、スクリプトパラメータ、およびカスタムコードは、https://github.com/CEGRcode/2018-Rossi_NatureCommunicationsからダウンロードできます。

その他のすべてのデータは、合理的な要求に応じて著者から入手可能です。

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