Разработка метода детекции пространственных контактов плазмидной днк с геномом в клетках человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Развитие методов захвата конформации хромосом кардинально изменило наше представление об архитектуре и динамике хроматина. Применение этих технологий для исследования разных организмов позволило раскрыть основные принципы организации хромосом. Однако структурная организация внехромосомных элементов, таких как вирусные геномы или плазмиды, и их взаимодействия с геномом хозяина остаются недостаточно исследованными. В данной работе мы представляем усовершенствованный протокол 4C, предназначенный для изучения взаимодействий ДНК плазмиды с ядерной ДНК. Мы разработали специфический плазмидный вектор и оптимизировали протокол для обеспечения высокой эффективности детекции контактов между плазмидой и ДНК хозяина.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

A. П. Ян

Институт цитологии и генетики СО РАН; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.yan@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

П. A. Сальников

Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090 Новосибирск; Новосибирский государственный университет

Email: a.yan@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

M. M. Гридина

Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090 Новосибирск; Новосибирский государственный университет

Email: a.yan@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

П. С. Белокопытова

Институт цитологии и генетики СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: a.yan@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

В. С. Фишман

Институт цитологии и генетики СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: a.yan@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Список литературы

  1. Kabirova, E., Nurislamov, A., Shadskiy, A., Smirnov, A., Popov, A., Salnikov, P., Battulin, N., and Fishman, V. (2023) Function and evolution of the loop extrusion machinery in animals, Int. J. Mol. Sci., 24, 5017, https://doi.org/10.3390/ijms24055017.
  2. Nuebler, J., Fudenberg, G., Imakaev, M., Abdennur, N., and Mirny, L. A. (2018) Chromatin organization by an interplay of loop extrusion and compartmental segregation, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, E6697-E6706, https:// doi.org/10.1073/pnas.1717730115.
  3. Fishman, V., Battulin, N., Nuriddinov, M., Maslova, A., Zlotina, A., Strunov, A., Chervyakova, D., Korablev, A., Serov, O., and Krasikova, A. (2019) 3D organization of chicken genome demonstrates evolutionary conservation of topologically associated domains and highlights unique architecture of erythrocytes’ chromatin, Nucleic Acids Res., 47, 648-665, https://doi.org/10.1093/nar/gky1103.
  4. Ryzhkova, A., Taskina, A., Khabarova, A., Fishman, V., and Battulin, N. (2021) Erythrocytes 3D genome organization in vertebrates, Sci. Rep., 11, 4414, https://doi.org/10.1038/s41598-021-83903-9.
  5. Razin, S. V., and Gavrilov, A. A. (2020) The role of liquid-liquid phase separation in the compartmentalization of cell nucleus and spatial genome organization, Biochemistry (Moscow), 85, 643-650, https://doi.org/10.1134/S0006297920060012.
  6. Kantidze, O. L., and Razin, S. V. (2020) Weak interactions in higher-order chromatin organization, Nucleic Acids Res., 48, 4614-4626, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa261.
  7. Nuriddinov, M., and Fishman, V. (2019) C-InterSecture-a computational tool for interspecies comparison of genome architecture, Bioinformatics (Oxford, England), 35, 4912-4921, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz415.
  8. Lukyanchikova, V., Nuriddinov, M., Belokopytova, P., Taskina, A., Liang, J., Reijnders, J. M. F., Ruzzante, L., Feron, R., Waterhouse, R. M., Wu, Y., Mao, C., Tu, Z., and Sharakhov, I. V. (2022) Anopheles mosquitoes reveal new principles of 3D genome organization in insects, Nat. Commun., 13, 1960, https://doi.org/10.1038/s41467-022-29599-5.
  9. Dias, J. D., Sarica, N., Cournac, A., Koszul, R., and Neuveut, C. (2022) Crosstalk between hepatitis B virus and the 3D genome structure, Viruses, 14, 445, https://doi.org/10.3390/v14020445.
  10. Tang, D., Zhao, H., Wu, Y., Peng, B., Gao, Z., Sun, Y., Duan, J., Qi, Y., Li, Y., Zhou, Z., Guo, G., Zhang, Y., Li, C., Sui, J., and Li, W. (2021) Transcriptionally inactive hepatitis B virus episome DNA preferentially resides in the vicinity of chromosome 19 in 3D host genome upon infection, Cell Rep., 35, 109288, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109288.
  11. Sokol, M., Wabl, M., Ruiz, I. R., and Pedersen, F. S. (2014) Novel principles of gamma-retroviral insertional transcription activation in murine leukemia virus-induced end-stage tumors, Retrovirology, 11, 36, https://doi.org/ 10.1186/1742-4690-11-36.
  12. Razin, S. V., Gavrilov, A. A., and Iarovaia, O. V. (2020) Modification of nuclear compartments and the 3D genome in the course of a viral infection, Acta Naturae, 12, 34-46, https://doi.org/10.32607/actanaturae.11041.
  13. Everett, R. D. (2013) The spatial organization of DNA virus genomes in the nucleus, PLoS Pathog., 9, e1003386, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003386.
  14. Corpet, A., Kleijwegt, C., Roubille, S., Juillard, F., Jacquet, K., Texier, P., and Lomonte, P. (2020) PML nuclear bodies and chromatin dynamics: catch me if you can! Nucleic Acids Res., 48, 11890-11912, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa828.
  15. Rai, T. S., Glass, M., Cole, J. J., Rather, M. I., Marsden, M., Neilson, M., Brock, C., Humphreys, I., Everett, R., and Adams, P. (2017) Histone chaperone HIRA deposits histone H3.3 onto foreign viral DNA and contributes to anti-viral intrinsic immunity, Nucleic Acids Res., 45, 11673-11683, https://doi.org/10.1093/nar/gkx771.
  16. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., and Gonzalez, R. A. (2014) DNA virus replication compartments, J. Virol., 88, 1404-1420, https://doi.org/10.1128/JVI.02046-13.
  17. Charman, M., and Weitzman, M. D. (2020) Replication compartments of DNA viruses in the nucleus: location, location, location, Viruses, 12, 151, https://doi.org/10.3390/v12020151.
  18. Kempfer, R., and Pombo, A. (2020) Methods for mapping 3D chromosome architecture, Nat. Rev. Genet., 21, 207-226, https://doi.org/10.1038/s41576-019-0195-2.
  19. Belaghzal, H., Dekker, J., and Gibcus, J. H. (2017) Hi-C 2.0: an optimized Hi-C procedure for high-resolution genome-wide mapping of chromosome conformation, Methods, 123, 56-65, https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2017.04.004.
  20. Gridina, M., Mozheiko, E., Valeev, E., Nazarenko, L. P., Lopatkina, M. E., Markova, Z. G., Yablonskaya, M. I., Voinova, V. Y., Shilova, N. V., Lebedev, I. N., and Fishman, V. (2021) A cookbook for DNase Hi-C, Epigenet. Chromatin, 14, 15, https://doi.org/10.1186/s13072-021-00389-5.
  21. Gvritishvili, A. G., Leung, K. W., and Tombran-Tink, J. (2010) Codon preference optimization increases heterologous PEDF expression, PLoS One, 5, e15056, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0015056.
  22. Prajapati, H. K., Kumar, D., Yang, X.-M., Ma, C.-H., Mittal, P., Jayaram, M., and Ghosh, S. (2020) Hitchhiking on condensed chromatin promotes plasmid persistence in yeast without perturbing chromosome function, bioRxiv, https://doi.org/10.1101/2020.06.08.139568.
  23. Gracey Maniar, L. E., Maniar, J. M., Chen, Z.-Y., Lu, J., Fire, A. Z., and Kay, M. A. (2013) Minicircle DNA vectors achieve sustained expression reflected by active chromatin and transcriptional level, Mol. Ther., 21, 131-138, https:// doi.org/10.1038/mt.2012.244.
  24. Dean, D. A. (1997) Import of plasmid DNA into the nucleus is sequence specific, Exp. Cell Res., 230, 293-302, https://doi.org/10.1006/excr.1996.3427.
  25. Mladenova, V., Mladenov, E., and Russev, G. (2009) Organization of plasmid DNA into nucleosome-like structures after transfection in eukaryotic cells, Biotechnol. Biotechnolog. Equip., 23, 1044-1047, https://doi.org/10.1080/ 13102818.2009.10817609.
  26. Hildebrand, E. M., and Dekker, J. (2020) Mechanisms and functions of chromosome compartmentalization, Trends Biochem. Sci., 45, 385-396, https://doi.org/10.1016/j.tibs.2020.01.002.
  27. Erdel, F., and Rippe, K. (2018) Formation of chromatin subcompartments by phase separation, Biophys. J., 114, 2262-2270, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2018.03.011.
  28. Ogiyama, Y., Schuettengruber, B., Papadopoulos, G. L., Chang, J.-M., and Cavalli, G. (2018) Polycomb-dependent chromatin looping contributes to gene silencing during Drosophila development, Mol. Cell, 71, 73-88.e5, https:// doi.org/10.1016/j.molcel.2018.05.032.
  29. Mattei, A. L., Bailly, N., and Meissner, A. (2022) DNA methylation: a historical perspective, Trends Genet., 38, 676-707, https://doi.org/10.1016/j.tig.2022.03.010.
  30. Rountree, M. R., and Selker, E. U. (2010) DNA methylation and the formation of heterochromatin in Neurospora crassa, Heredity, 105, 38-44, https://doi.org/10.1038/hdy.2010.44.
  31. Phillips, J. E., and Corces, V. G. (2009) CTCF: master weaver of the genome, Cell, 137, 1194-1211, https:// doi.org/10.1016/j.cell.2009.06.001.
  32. Singatulina, A. S., Hamon, L., Sukhanova, M. V., Desforges, B., Joshi, V., Bouhss, A., Lavrik, O. V., and Pastre, D. (2019) PARP-1 activation directs FUS to DNA damage sites to form PARG-reversible compartments enriched in damaged DNA, Cell Rep., 27, 1809-1821, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.04.031.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дизайн 4С-эксперимента с плазмидным вектором. а – Общий дизайн эксперимента (I–VI). б – Схема расположения сайтов рестрикции плазмидных векторов, используемых в данной работе. Карты и последовательности плазмид представлены на рис. П1–П3 и в тексте 2 в Приложении

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оценка доли «случайных» контактов. а – Схема эксперимента: плазмиду № 1 трансфицировали в клетки HEK293T (I), затем пространственные контакты ДНК и белков в ядре фиксировали формальдегидом (II). К полученному образцу добавляли фиксированные фибробласты Mus musculus (III), плазмиду № 2 (IV) и выполняли 4С-эксперимент. б – Плазмида № 1 и плазмида № 2 различаются по соотношению количества контактов с хроматином H. sapiens и M. musculus. На диаграммах показано процентное соотношение контактов плазмиды с соответствующим хроматином, усредненное по трем независимым экспериментам. Результаты по отдельным репликам представлены на рис. П4 в Приложении. Общее количество контактов принято за 100%

Скачать (614KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024