transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2018-5-2-47-59transmed-389Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯExperimental studiesОСОБЕННОСТИ ПРОБОПОДГОТОВКИ В ПРОТОКОЛАХ ИССЛЕДОВАНИЯ РОЛИ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ МОДИФИКАЦИЙ ХРОМАТИНА (МЕТИЛИРОВАНИЯ ДНК И МОДИФИКАЦИЙ ГИСТОНОВ) В РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВSAMPLE PREPARATION FOR DOWNSTREAM ANALYSIS OF EPIGENETIC MODIFICATIONS (DNA METHYLATION AND HISTONE MODIFICATIONS) IN THE REGULATION OF GENE EXPRESSIONhttps://orcid.org/0000-0002-1423-6562ИгнатьеваЕ. В.IgnatievaE. V.

Игнатьева Елена Владимировна - научный сотрудник института молекулярной биологии и генетики.

Ул. Аккуратова, д. 2, Санкт-Петербург, 197341

Elena V. Ignatieva - researcher, Institute of molecular biology and genetics.

Akkuratova str. 2, Saint Petersburg, 197341

lefutr@mail.ruСмирновД. Д.SmirnovD. D.

Смирнов Дмитрий Дмитриевич - студент, Санкт-Петербургский ПУ Петра великого

Dmitry D. Smirnov - student, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

mitya.smirnov@gmail.comКостареваА. А.KostarevaA. A.

Костарева Анна Александровна - кандидат медицинских наук, директор института молекулярной биологии и генетики.

Санкт-Петербург

Anna A. Kostareva - PhD, director of the Institute of molecular biology and genetics.

Saint Petersburg

akostareva@hotmail.comДмитриеваР. И.DmitrievaR. I.

Дмитриева Рената Игоревна – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник института молекулярной биологии и генетики.

Санкт-Петербург

Renata I. Dmitrieva - PhD, Institute of molecular biology and genetics.

Saint Petersburg

pehata@gmail.comФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова» Минздрава РоссииРоссияAlmazov National Medical Research CentreRussian Federation201817062018524759Copyright © Игнатьева Е.В., Смирнов Д.Д., Костарева А.А., Дмитриева Р.И., 20182018Игнатьева Е.В., Смирнов Д.Д., Костарева А.А., Дмитриева Р.И.Ignatieva E.V., Smirnov D.D., Kostareva A.A., Dmitrieva R.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/389

Эпигенетические механизмы контролируют наследственные и ненаследственные изменения в экспрессии генов, не затрагивая структурные изменения в их нуклеотидной последовательности. К числу известных эпигенетических механизмов относятся ковалентные модификации хроматина, такие как метилирование ДНК; метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование, ацетилирование и гликозилирование гистонов. Эти процессы связаны с адаптацией структурной и функциональной организации хроматина к локальным физиологическим и метаболическим нуждам клетки в ответ на постоянно изменяющиеся условия внешней среды. Нарушение механизмов эпигенетической регуляции напрямую или косвенно связано с множеством заболеваний, а факт потенциальной обратимости эпигенетических модификаций делает перспективным поиск методов коррекции патологий, связанных с эпигенетическим перепрограммированием.

Экспериментальные подходы к изучению эпигенетических механизмов могут показаться сложными начинающему исследователю, так как являются трудоемкими, требуют опыта выполнения сложных экспериментальных задач. В нашей работе мы описали и проанализировали протоколы подготовки образцов для изучения метилирования ДНК и модификаций гистонов. Представленные протоколы являются результатом интеграции и адаптации методических подходов, описанных в различных изданиях. Все экспериментальные процедуры мы тестировали на клеточных моделях жировой дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток. Протоколы будут полезны как исследователям, изучающим механизмы эпигенетической регуляции конкретных генов, так и для проведения исследований, включающих полногеномное картирование определённых эпигенетических модификаций, а также могут быть адаптированы для иммунопреципитации любых регуляторных комплексов ДНК-белок.

Epigenetic changes are defined as inherited/non-inherited modifications that control alterations in gene expression without any structural changes in their nucleotide sequence. Epigenetic mechanisms include DNA methylation, methylation, phosphorylation, ubiquitination, acetylation and glycosylation of histones. These processes are associated with the adaptation of the structural and functional organization of chromatin to the local physiological and metabolic changes in response to environmental conditions. It is known by now that the number of diseases is associated with disruptions in the mechanisms of epigenetic regulation; however, epigenetic changes are dynamic and their potential reversibility makes them the promising targets for pharmaceutical interventions to correct alterations associated with epigenetic reprogramming.

Experimental approaches to the investigation of epigenetic mechanisms may seem complicated, since they all are time-consuming and require experience in performing complex experimental tasks. In our work, we present the protocols for the preparation of samples for the study of DNA methylation and histone modifications that are the result of integration and adaptation of the methodological approaches described in various scientific publications. All experimental procedures we tested on the cellular models of adipogenic differentiation of mesenchymal stem cells. These protocols will be useful for those who plan to study the mechanisms of epigenetic regulation of specific genes, or for full-genome mapping of certain epigenetic modifications; these protocols can also be adapted for immunoprecipitation of any regulatory DNA-protein complexes.

эпигенетические модификациииммунопреципитация метилированной ДНКиммунопреципитация хроматинаepigenetic modificationsmethylated DNA immunoprecipitationchromatin immunoprecipitationReferencesSchübeler D. Function and information content of DNA methylation. Nature. 2015;517(7534):321-326.Schübeler D. Function and information content of DNA methylation. Nature. 2015;517(7534):321-326.Reid MA, Dai Z, Locasale JW. The impact of cellular metabolism on chromatin dynamics and epigenetics. Nat Cell Biol. 2017;19(11):1298-1306.Reid MA, Dai Z, Locasale JW. The impact of cellular metabolism on chromatin dynamics and epigenetics. Nat Cell Biol. 2017;19(11):1298-1306.Choudhary C, Kumar C, Gnad F, et al. Lysine acetylation targets protein complexes and co-regulates major cellular functions. Science. 2009; 325(5942):834840.Choudhary C, Kumar C, Gnad F, et al. Lysine acetylation targets protein complexes and co-regulates major cellular functions. Science. 2009; 325(5942):834840.Malashicheva A, Bogdanova M, Zabirnyk A, et al. Various lamin A/C mutations alter expression profile of mesenchymal stem cells in mutation specific manner. Mol Genet Metab. 2015; 115(2-3):118-27.Malashicheva A, Bogdanova M, Zabirnyk A, et al. Various lamin A/C mutations alter expression profile of mesenchymal stem cells in mutation specific manner. Mol Genet Metab. 2015; 115(2-3):118-27.Smolina N, Kostareva A, Bruton J, et al. Primary Murine Myotubes as a Model for Investigating Muscular Dystrophy. Biomed Res Int. 2015;2015:594751.Smolina N, Kostareva A, Bruton J, et al. Primary Murine Myotubes as a Model for Investigating Muscular Dystrophy. Biomed Res Int. 2015;2015:594751.Weber M, Hellmann I, Stadler MB, et al. Distribution, silencing potential and evolutionary impact of promoter DNA methylation in the human genome. Nat Genet. 2007;39(4):457-466.Weber M, Hellmann I, Stadler MB, et al. Distribution, silencing potential and evolutionary impact of promoter DNA methylation in the human genome. Nat Genet. 2007;39(4):457-466.Li B, Carey M, Workman JL. The role of chromatin during transcription. Cell. 2007;128(4):707-719.Li B, Carey M, Workman JL. The role of chromatin during transcription. Cell. 2007;128(4):707-719.Bustin SA, Benes V, Garson JA, et al. The MIQE guidelines: minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments. Clin Chem. 2009;55(4):611-622.Bustin SA, Benes V, Garson JA, et al. The MIQE guidelines: minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments. Clin Chem. 2009;55(4):611-622.Gaillard C, Strauss F. Ethanol precipitation of DNA with linear polyacrylamide as carrier. Nucleic Acids Res. 1990;18(2):378.Gaillard C, Strauss F. Ethanol precipitation of DNA with linear polyacrylamide as carrier. Nucleic Acids Res. 1990;18(2):378.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.