A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כתב יד זה מתאר פרוטוקול להכנת ספריית ATAC-seq של נויטרופילים ממח עצם עכבר, במטרה להבטיח כדאיות אופטימלית של נויטרופילים ואיכות ספרייה גבוהה. הוא מציע הוראות שלב אחר שלב על הכנת BMC, מיון אימונומגנטי ובניית ספרייה, ומשמש כמדריך רב ערך, במיוחד עבור מצטרפים חדשים לחקר נויטרופילים.
בדיקה עבור כרומטין נגיש לטרנספוזאז עם ריצוף (ATAC-seq) היא טכניקה רבת עוצמה בעלת תפוקה גבוהה להערכת נגישות כרומטין והבנת ויסות אפיגנומי. נויטרופילים, כסוג לויקוציטים חיוני בתגובות חיסוניות, עוברים שינויים ארכיטקטוניים משמעותיים של כרומטין במהלך התמיינות והפעלה, המשפיעים באופן משמעותי על ביטוי הגנים הדרושים לתפקודם. ATAC-seq היה חיוני בחשיפת גורמי שעתוק מרכזיים בהבשלת נויטרופילים, חשיפת חתימות אפיגנומיות ספציפיות לפתוגן וזיהוי מטרות טיפוליות למחלות אוטואימוניות. עם זאת, הרגישות של נויטרופילים לסביבה החיצונית מסבכת את הפקת נתוני ATAC-seq באיכות גבוהה. כאן, אנו מציעים פרוטוקול ניתן להרחבה להכנת ספריות ATAC-seq מניטרופילים שמקורם במח עצם מכרסמים, הכולל הפרדה אימונומגנטית משופרת כדי להבטיח כדאיות תאים אופטימלית וספריות באיכות גבוהה. המרכיבים החיוניים המשפיעים על איכות הספרייה ועקרונות האופטימיזציה להרחבה מתודולוגית נדונים בפירוט. פרוטוקול זה יתמוך בחוקרים המוכנים לחקור את ארכיטקטורת הכרומטין ותכנות מחדש אפיגנומי של נויטרופילים, ולקדם מחקרים באימונולוגיה בסיסית וקלינית.
נויטרופילים הם אחד מסוגי התאים החיסוניים הנפוצים והחיוניים ביותר בבעלי חוליות, ומהווים 50%-70% מהלויקוציטים האנושיים1. נויטרופילים ממלאים תפקיד מרכזי באיתור וחיסול מיקרואורגניזמים במארחים. במהלך אלח דם, נויטרופילים בוגרים הם בין המגיבים הראשונים2. הם מתגייסים במהירות לאתרי זיהום באמצעות כימוטקסיס3, שם הם נלחמים בפתוגנים על ידי בליעת מיקרואורגניזמים (פגוציטוזיס), ייצור מיני חמצן תגובתיים תלויי NADPH אוקסידאז (התפרצויות נשימה), הפרשת גרגירים (דה-גרנולציה) ויצירת מלכודות נויטרופילים חוץ-תאיות (NETs) שתופסות והורגות חיידקים חוץ-תאיים ברגע שהם מגיעים לאתר הדלקת4. נויטרופילים לא בשלים מגויסים במהירות גם ממח העצם למחזור הדם ההיקפי על ידי כימוקינים 5,6. נויטרופילים אלה הנמשכים לאתר הזיהומי משחררים גם ציטוקינים, המעורבים במספר תהליכים פיזיולוגיים, כגון המטופואיזה, אנגיוגנזה וריפוי פצעים 7,8. חולים הסובלים ממחלות מולדות או נרכשות הגורמות לירידה בספירת הנויטרופילים רגישים יותר לזיהומים 9,10. עם זאת, הפעלת נויטרופילים היא חרב פיפיות. הפעלה מוגזמת ושחרור ציטוקינים עלולים לגרום לנזק לרקמות ולאיברים, מה שמוביל לתפקוד לקוי של איברים מרובים אם זיהומים אינם נשלטים באופן מיידי11,12. בנוסף, נויטרופילים תורמים גם למחלות דלקתיות ואוטואימוניות שונות ויכולים להשפיע על התקדמות הסרטן וגרורות13,14. זה מדגיש את הצורך לחקור את ויסות פעילות הנויטרופילים כדי לאזן תגובה חיסונית יעילה ולמנוע נזק למארח.
בנויטרופילים, ארכיטקטורת הכרומטין עוברת שינויים מובהקים ודינמיים בבידול, בנדידה ובהפעלה שלהם, ומפעילה תפקידי רגולציה מרכזיים לאורך תוחלת החיים התאית. מסע זה, מהגרעין הגדול, העגול והעשיר באוכרומטין של מיאלובלסטים לגרעין שקוע יותר במיאלוציטים ומטאמילוציטים, ולאחר מכן לתאים בפס בצורת C או S ובעלי אונות גבוהות עם כרומטין צפוף בנויטרופילים פולימורפו-גרעיניים15,16, הוא עדות למורכבות הביולוגיה של הנויטרופילים. תצורת הכרומטין המיוחדת מבטיחה ביטוי סלקטיבי של גנים החיוניים לתפקוד נויטרופילים, כגון אלה המעורבים בייצור גרגירים ותגובות שעתוק מהירות הנחוצות לחיסול יעיל של פתוגנים17. כאשר נויטרופילים מגויסים לאתרים דלקתיים באמצעות כימוטקסיס, הנדידה הטרנסאנדותללית מפעילה לחץ על קומפלקס הקישור המורכב של נוקלאוסקלטון/שלד ציטו (LINC), מה שגורם לעיצוב מחדש של כרומטין ופוטנציאל הפעלה נוסף18. באלח דם, נויטרופילים מופעלים מציגים "תזוזה גרעינית-שמאלה", עם מורפולוגיה לא תקינה של כרומטין, כגון גרעינים דו-כיווניים או ללא אונות ועיבוי כרומטין רופף משמעותית19. התוצאה היא נגישות מוגברת בתוך אזורי גנים הקשורים לתגובה דלקתית, ובכך גורמת לביטוי משמעותי של גנים אלה. אם זיהומים אינם נשלטים כראוי, יש צורך בציטרולינציה של היסטון ופירוק כרומטין לאחר מכן כדי ליצור NETs20,21. לכן, הבנת ארכיטקטורת כרומטין נויטרופילים חיונית לקידום הביולוגיה של הנויטרופילים ולפיתוח טיפולים למחלות דלקתיות ואוטואימוניות, ומציעה תקווה לטיפול עתידי במחלות.
נגישות כרומטין משמשת כמדד לארכיטקטורת כרומטין ברמה האפיגנומית. הוא מציין כיצד אזורים גנומיים מותרים פיזית למשפרים, מקדמים, מבודדים וגורמים קושרי כרומטין וכיצד אלמנטים אלה משפיעים על ביטוי גנים22. בדיקה לכרומטין נגיש לטרנספוזאז עם ריצוף (ATAC-seq) היא טכניקה בשימוש נרחב להערכת נגישות כרומטין על פני הגנום23. הוא אינו דורש ידע מוקדם באלמנטים רגולטוריים, מה שהופך אותו לכלי רב עוצמה למחקר אפיגנטי. שיטה זו כוללת בידוד גרעינים של דגימות, פיצול DNA גנומי על ידי טרנספוזאז Tn5, והוספת פריימרים לריצוף להכנת ספרייה, ריצוף וניתוח נתונים23. ATAC-seq היה חיוני בחקר מיפוי נוקלאוזומים, ניתוח קשירת גורמי שעתוק, מנגנוני ויסות בסוגי תאים או מחלות שונות, זיהוי משפר חדש, גילוי סמנים ביולוגיים וכו'22,23. לעתים קרובות הוא משולב עם טכניקות אחרות, כגון ריצוף RNA, לניתוח מקיף של ביטוי גנים.
ATAC-seq קידם את הידע שלנו בביולוגיה של נויטרופילים על ידי חשיפת מנגנונים אפיגנטיים מדויקים בבריאות וחולי. הוא חשף מספר גורמי שעתוק מרכזיים (כלומר, RUNX1, KLF6, PU.1 וכו') בהתבגרות נויטרופילים ותגובות אפקטור24,25, חשף חתימות ספציפיות לפתוגן עם פוטנציאל סמן ביולוגי באלח דם26, הבהיר את המנגנונים האפיגנומיים של הזיכרון החיסוני המולד12, וזיהה מטרות טיפוליות בלוקמיה מיאלואידית חריפה בילדים (AML)27. עם זאת, כמרכיב תאי בולט במעקב חיסוני, נויטרופילים מפגינים רגישות גבוהה לסביבה החיצונית שלהם ולכן מהווים אתגר להפקת נתוני ATAC-seq באיכות גבוהה. בנסיבות פיזיולוגיות, זמן מחצית החיים החציוני של נויטרופילים אנושיים מדווח על 3.8 ימים, בעוד שזמן מחצית החיים הממוצע של נויטרופילים עכברים הוא 12.5 שעות. ראוי לציין שמחצית החיים שלהם קצרה משמעותית כאשר הם נלמדים במבחנה 28,29. במהלך פעולה חוץ גופית של נויטרופילים מבודדים, חשיפה למיקרואורגניזמים או דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן (PAMPs), כמו גם הליכים ניסיוניים מיותרים ופעולות קשות, עלולה לגרום להפעלה חריגה של נויטרופילים ולירידה בכדאיות התאים עקב אפופטוזיס או NETosis. התאים המתים מאכלסים בדרך כלל כמויות משמעותיות של DNA לא כרומטיני רגיש מאוד ל-Tn5, וכתוצאה מכך מגבירים את רעש הרקע של ATAC-seq23.
כאן, אנו מציעים פרוטוקול ניתן להרחבה להכנת ספריות ATAC-seq המותאמות לנויטרופילים שמקורם בדגימות מח עצם של מכרסמים. איור 1 מציג סקירה גרפית של הפרוטוקול, הכוללת את ההפרדה האימונומגנטית של נויטרופילים ממח העצם, ואחריה ATAC-seq. המיון האימונומגנטי המשופר מבטיח את הכדאיות האופטימלית של נויטרופילים לפני חילוץ הגרעין לספריית ATAC-seq, ובכך מבטיח את האיכות הגבוהה של הספריות ומקל על שילוב הערכות נויטרופילים נוספות בתכנית. יישום פרוטוקול זה יסייע לחוקרים בהבנת תכונות ארכיטקטורת הכרומטין ומנגנוני התכנות מחדש האפיגנומיים של נויטרופילים כאשר הם נחשפים לאתגרים מיקרו-סביבתיים שונים. צפויים להיות לכך יישומים נרחבים במחקרי אימונולוגיה בסיסיים וקליניים.
כל הנהלים בבעלי חיים המוצגים להלן עמדו בהנחיות ובתקנות הלאומיות לאתיקה ולרווחת בעלי חיים, שאושרו על ידי ועדת האתיקה למחקר בבעלי חיים של האוניברסיטה הרפואית קפיטל, בייג'ינג, סין (sjtkl11-1x-2022(060)).
1. הכנת תרחיפי תאי מח עצם (BMC).
2. תיוג אימונומגנטי של נויטרופילים עם חרוזים מגנטיים נגד Ly6G
3. הפרדת נויטרופילים עם מיון תאים אימונומגנטיים
4. מיצוי גרעין
5. תיוג קשור נוקלאוזום עם טרנספוזאז
6. בניית ספרייה לריצוף מהדור הבא (NGS)
7. בקרת איכות ורצף ספרייה
הפרוטוקול המתואר שימש לבידוד נויטרופילים ממח העצם של עכברי C57BL/6 ולהשוות את השונות שלהם בהתאמה בנגישות הכרומטין לפני ואחרי גירוי ליפופוליסכריד (LPS) באמצעות ATAC-seq. בדרך כלל, ניתן לקצור 2 x 107 BMCs משתי עצם הירך של עכבר C57BL/6 בן 6-8 שבועות, ולאחר מכן ניתן לבודד 2-5 x 106 נויט?...
כתב יד זה מדווח על פרוטוקול ניסיוני להכנת ספריות ATAC-seq המותאמות לנויטרופילים שמקורם בדגימות מח עצם של מכרסמים. בשל היותם של נויטרופילים רגישים מאוד ומופעלים בקלות, מאמצי האופטימיזציה נתנו עדיפות לשמירה על הכדאיות של נויטרופילים מבודדים. טיפול לא נכון עלול להוביל ל-NETosis ?...
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מתוכנית המו"פ של ועדת החינוך העירונית של בייג'ינג (KZ202010025041) והמכונים הסיניים למחקר רפואי בבייג'ינג (מענק מס. CX24PY29).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.4% Trypan Blue | Scientific | T10282 | |
1x phosphate-buffered saline | Biosharp | BL302A | |
20 bp–5000 bp Alignment marker | Bioptic | C109102-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
5k Size marker(Standard 50 bp Ladder) | Bioptic | C109101-100A | DNA fragment analyzer supporting products |
Amplicons Purification Beads | Beckman | A63881 | Amplicons Purification Beads is a nucleic acid purification kit for obtaining high quality DNA products. |
Anti-Ly6G MicroBeads Ultrapure, mouse | miltenyi | 130-120-337 | The Anti-Ly-6G MicroBeads UltraPure, mouse were developed for positive selection or depletion of mouse neutrophils from single-cell suspensions of mouse bone marrow. |
Anti-mouse CD11b-BV605 (1:200) | BD | Cat#563015 | |
Anti-mouse CD48-PE-Cy7 (1:400) | BD | Cat#560731 | |
Anti-mouse Ly6G-BV510 (1:200) | BD | Cat#740157 | |
C57BL/6J mice, wild type, 8-week-old, male | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | The Institute of Laboratory Animal Science, Chinese Academy of Medical Sciences | |
DNA Separation Buffer | Bioptic | C104406 | DNA fragment analyzer supporting products |
E. coli derived ultrapure LPS (serotype0111: B4) | Sigma-Aldrich | Cat#L-2630 | |
DNA Quantitative Reagent | vazyme | EQ111 | DNA Quantitative Reagentt is a simple, sensitive and accurate double-stranded DNA (dsDNA) fluorescence quantitative assay kit. |
Erythrocyte lysis buffer (10x) | BioLegend | Cat#420301 | |
Fetal bovine serum | Gibco | Cat#10099141C | |
MS Separation columns | miltenyi | 130-042-201 | MS Columns are designed for positive selection of cells. |
RPMI 1640 medium | Gibco | C11875500BT | |
S2 Gel electrophoresis needle | Bioptic | C105101 | DNA fragment analyzer supporting products |
Surgical instruments: scalpel, dissection scissors, microdissection scissors, fine forceps, blunt anatomical forceps, needle holder | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/us/en/browse/90184247/surgical-tools | Can be purchased from other qualified suppliers |
Syringe (1 mL) | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464 | Can be purchased from other qualified suppliers |
TruePrepTM DNA Library Prep Kit V2 for Illumina | vazyme | TD501-01 | TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina is a purpose-built kit specifically developed for Illumina's high-throughput sequencing platform. Using the kit, DNA can be prepared into sequencing libraries dedicated to Illumina's high-throughput sequencing platform. |
TruePrepTM Index Kit V2 for Illumina | vazyme | TD202 | TruePrep Index Kit V2 for Illumina is a Kit for the TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina. It can be used to prepare 96 different double-ended Index libraries. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved