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CHAPITRE  3   : NIPBL et cohésine régulent des étapes précoces de la transcription dans les cellules

3.7   Matériel et méthodes 128

3.7.1  Culture  cellulaire

La   lignée   de   cellules   souches   embryonnaires   de   souris   V6.5   a   été   cultivée   sur   gélatine   dans   du   milieu   2i   +   LIF   dont   la   composition   est   la   suivante   :   milieux   DMEM   F12   (Invitrogen,   #11320-­082)   et   Neurobasal   (Invitrogen,   #21103-­049)   supplémentés   en   N2   (Invitrogen,   #17502-­048),   B27   (Invitrogen,   #12587-­010),   BSA   (Invitrogen,   #15260-­037),   100  U/ml  de  pénicilline  et  100  μg/ml  de  streptomycine  (Invitrogen,  #15070063)  et  2mM  de   L-­glutamine   (Cellgro,   #CA45000-­676).   Le   LIF   (1000   U/ml)   (Millipore,   #ESG1107),   l’inhibiteur  de  GSK3β  (3μM)  (CHIR99021,  Cederlane  #4423/10)  et  l’inhibiteur  de  MEK1/2   (1μM)   (PD0325901,   Cederlane   #13034-­10)   sont   ajoutés   extemporanément.   Les   cellules   HEK293T   ont   été   cultivées   dans   du   milieu   de   DMEM   (Invitrogen,   #11965118)   supplémenté   avec   10%   de   sérum   bovin   fœtal   (Invitrogen,   qualified   #12483020),   100   μM   MEM   d’acides   aminés   non-­essentiels   (Cellgro,   #CA45000-­700),   2   mM   de   L-­   glutamine   (Cellgro,   #CA45000-­676),   100   U/ml   de   pénicilline   et   100   μg/ml   de   streptomycine   (Invitrogen,  #15070063).  Les  V6.5  et  les  HEK293T  ont  été  maintenues  à  37°C  sous  une   atmosphère  humide  contenant  5%  de  CO2.  

3.7.2  Perte  de  fonction  par  transduction  lentivirale

Des  plasmides  de  transfert  PLKO.1  de  la  librairie  MISSION  de  SIGMA  ciblant  nos  facteurs   d’intérêt  ont  été  fourni  par  le  Dr  Stéphane  Gobeil.  Les  lentivirus  ont  été  produits  dans  des   HEK293T   en   co-­transfectant   un   plasmide   de   transfert   avec   des   plasmides   d’enveloppe   (pMD2.G,  Addgene  #12259)  et  de  packaging  (psPAX2,  Addgene  #12260)  avec  un  ratio  de   6  :3  :1  μg,  respectivement,  en  utilisant  le  réactif  X-­tremeGENE  9  (SIGMA,  #6365787001).   L’ARN   viral   a   été   purifié   en   utilisant   le   kit   NucleoSpin   RNA   virus   (Macherey-­Nagel,   #   740856)  puis  titré  par  RT-­qPCR  avec  le  kit  LentiX  qRT-­PCR  Titration  (Clontech,  #631235).   Une  gamme  de  dilution  de  la  préparation  virale  a  été  utilisée  pour  déterminer  la  quantité   optimale  de  virus  à  utiliser  pour  les  infections.  Par  la  suite,  les  cellules  ont  été  transduites   avec   la   préparation   lentivirale   pendant   24h   avant   sélection   par   la   puromycine   (1μg/ml)   pendant  48h.  Différents  shRNA  ont  été  testé  et  leur  effet  sur  leur  cible  a  été  validé  par  RT-­ qPCR.  Deux  constructions  ont  été  gardées  pour  la  suite  des  expériences.  Le  plus  efficace   des  deux  est  utilisé  dans  les  données  présentées  ici.    

Numéro   de   séquences   des   shRNAs   de   la   librairie   MISSION   de   SIGMA   utilisés  :   NIPBL,   #124038  ;;  SMC1A,  #109034  ;;  MED14,  #96281  ;;  Ctrl  (Non  mammalian),  #SHC002.    

3.7.3  Immunoprécipitation  d’extraits  nucléaires

Les   cellules   sont   rincées   au   PBS   puis   récupérées   par   grattage.   Après   centrifugation   (5   minutes   à   1350   g   à   4°C),   le   culot   de   cellules   est   resuspendu   dans   un   tampon   de   lyse   cytosplasmique   (10mM   HEPES   pH   7.9,   10mM   KCL,   0.1   mM   EDTA,   0.1mM   EGTA)   puis   mis  sous  rotation  à  4°C  pendant  10  min.  Après  l’ajout  de  NP-­40  et  d’une  homogénéisation   rapide,  une  centrifugation  (5  minutes  à  1350  g  à  4°C)  est  réalisée  afin  d’éliminer  la  fraction   cytoplasmique.   Par   la   suite,   le   culot   est   resuspendu   dans   un   tampon   de   lyse   nucléaire   (50mM   Tris-­HCL   pH7.7,   250mM   NaCl,   5mM   EDTA,   0.1%   NP-­40),   incubé   sur   glace   au   moins   30   minutes   avec   une   homogénéisation   toutes   les   10   minutes,   puis   centrifugé   à   vitesse  maximale  à  4°C  pendant  10  min.  Le  surnageant  ainsi  obtenu  contient  les  protéines   nucléaires   et   est   mis   en   présence   de   billes   pré-­incubées   avec   l’anticorps   d’intérêt   (5μl   d’anticorps  pour  50μl  de  billes  magnétiques  (Dynabeads  protein  G,  Invitrogen,  #10004D)).   Après  rotation  sur  la  nuit,  les  billes  sont  éluées  avec  du  tampon  Laemmli.    

3.7.4  ChIP-­qPCR  et  ChIP-­Seq

L’immunoprécipitation  de  la  chromatine  a  été  réalisée  selon  les  protocoles  décrits  dans  les   articles   récents   du   laboratoire598,649.   Pour   les   expériences   de   ChIP-­qPCR,   les   régions  

enrichies  ont  été  quantifiées  avec  le  mix  SYBR  Select  Master  Mix  (Invitrogen,  #P1461019)   à  l’aide  des  séquences  d’oligo  suivantes  :    

Région   cible  

Amorce  forward  (5’-­3’)   Amorce  reverse  (5’-­3’)   Enhancer   Nanog   AGAGGACTCGCATGCATTTT   TCCGGGAGAGGAATTGTAAG   Site   CTCF   (Gnai  2)   ACAGAGCGATACGGCTCAGCAA   AAGTGGTAGCCGAAGGCAAGTGAA   Région   contrôle   AATTAAGCACGGCTTGCACGGT   ACAAGTGCTCGTTTGCAGCCT    

Les  librairies  de  ChIP-­seq  et  le  séquençage  de  l’ADN  immunoprécipité  ont  été  réalisés  par   le   Centre   Innovation   Génome   Québec   et   Université   McGill   (MUGQIC,   McGill   University   and  Génome  Québec  Innovation  Centre).    

3.7.5  Extraction  d’ARN  et  RT-­qPCR

L’ARN  total  des  cellules  a  été  extrait  en  utilisant  le  réactif  TriPure  (SIGMA,  #11667165001)   selon   les   recommandations   du   fabricant.   La   transcription   réverse   a   été   effectuée   en   utilisant   2,5ug   d’ARN   total   selon   le   protocole   standard   du   mix   SuperScript   VILO   Master  

Mix   (Invitrogen,   #11754).  Par  la  suite   l’ADNc   a   été   utilisé   au   1/12e   dans  une  réaction   de  

PCR  quantitative  réalisée  avec  le  mix  SYBR  Select  Master  Mix  (Invitrogen,  #P1461019).     Les  amorces  suivantes  ont  été  utilisées  :  

  ARNm   cible  

Amorce  forward  (5’-­3’)   Amorce  reverse  (5’-­3’)  

Gapdh   CACTCTTCCACCTTCGATGC   CCCTGTTGCTGTAGCCGTAT  

Nipbl   CCCATGTCCCCATAACTACG   GGAGGCTCTTTGTAGTTGTAGCA  

Smc1a   GTGCTGAGGACCGTACCTTT   TCACTGTATTCATGTAGCTGGACA  

Med14   GACGGACTTATTGCCAAGGA   CGTCATTGGCCCATTTTACT  

   

3.7.6  Analyses  bio-­informatiques

L’analyse   des   données   de   séquençage   brutes   a   été   réalisée   en   utilisant   le   pipeline   de   ChIP-­Seq  développé  par  le  MUGQIC.  Afin  de  générer  les  representations  graphiques,  des   fichiers   bigwig   ont   été   générés   à   partir   des   fichiers   d’alignement   BAM   avec   les   outils   Samtools   1.2   bedtools   2.17.0650   et   wigToBigWig   (développés   par   ENCODE)   avec   des  

comptes   normalisés   en   reads   par   million   et   un   paramètre   de   smoothing   de   225pb.   Les   profils  moyens  de  liaison  de  l’ARN  Pol  II  ont  été  générés  avec  le  package  R  metagene651  

et  le  traveling  ratio  (TR)  a  été  calculé  selon  la  formule  indiquée  sur  la  figure  3.4.C.    

3.7.7  Fractionnement  cellulaire  

Le   fractionnement   cellulaire   a   été   réalisé   selon   une   version   modifiée   du   protocole   décrit   dans   Aygun   et   al.,   2008652.   Brièvement,   les   cellules   ont   été   rincées   au   PBS   puis  

récupérées  par  grattage  et  centrifugées  (5  minutes  à  150  g  à  4°C).  Par  la  suite,  le  culot  a   été   homogénéisé   dans   un   tampon   de   lyse   cytoplasmique   (10mM   HEPES   pH   7.9,   0.34M   sucrose,  3mM  CaCl2,  2mM  MgCl2,  0.1mM  EDTA,  1mM  DTT,  0.1%  NP-­40)  puis  centrifugé   (5   minutes   à   2500   g   à   4°C).   À   cette   étape,   le   surnageant   contient   la   fraction   cytoplasmique.  Par  la  suite,  le  culot  a  été  repris  dans  du  tampon  cytoplasmique  dépourvu   de   NP-­40   et   centrifugé   à   nouveau   (5   minutes   à   2500   g   à   4°C),   puis   le   culot   est   homogénéisé   dans   un   tampon   de   lyse   nucléaire   (20mM   HEPES   pH   7.9,   1.5mM   MgCl2,   3mM  EDTA,  150mM  KCl,  0.1%  NP-­40,  1mM  DTT,  10%  glycérol)  et  centrifugé  (30  minutes   à   15000   g   à   4°C).   Le   surnageant   contient   alors   la   fraction   nucléoplasmique.   Enfin,   ce   dernier  culot  a  été  resuspendu  dans  un  tampon  d’incubation  de  nucléase  (150mM  HEPES   pH  7.9,1.5mM  MgCl2,  150mM  KCl,  10%  glycérol)  contenant  0.15  unité/µl  de  benzonase  et   la   digestion   des   acides   nucléiques   a   été   réalisée   sur   glace   pendant   2h.   Après   centrifugation   (30   minutes   à   20000   g   à   4°C),   le   surnageant   contenant   les   protéines  

chromatiniennes  natives  a  été  récupéré.  Cet  extrait  chromatinien  a  été  dosé  et  utilisé  pour   effectuer  un  Western  blot  en  utilisant  2  μg  de  lysat  pour  quantifier  l’histone  H3  et  7  à  10,5   μg  de  lysat  pour  les  autres  protéines  analysées.      

3.7.8  Extraction  des  protéines  totales

Les  cellules  ont  été  rincées  au  PBS  puis  récupérées  par  grattage.  Après  centrifugation  (5   minutes  à  150  g  à  4°C),  le  culot  de  cellules  a  été  resuspendu  dans  une  solution  de  RIPA   (50mM   tris   pH   7.5,   1%   NP-­40,   0,5%   sodium   deoxycholate,   150mM   NaCL,   2mM   EDTA,   0,1%   SDS)   froide   contenant   des   inhibiteurs   de   protéases   (Complete   Protease   Inhibitor   Cocktail  Tablets,  SIGMA,  #11836145001)  et  a  été  incubé  sur  glace  pendant  30  min,  avec   une  homogénéisation  toutes  les  10  minutes.  Par  la  suite,  les  extraits  ont  été  repris  dans   une  seringue  puis  centrifugés  (15  minutes  à  4°C  à  14000  g).  Le  surnageant  a  été  dosé  et   utilisé  pour  effectuer  un  Western  blot  en  utilisant  50  à  70  μg  de  lysat.  La  quantification  du   signal  de  Western  blot  de  la  figure  3.2.C  a  été  faite  sur  le  logiciel  ImageJ.  

3.7.9  Liste  des  anticorps  utilisés  

Cible   Source  

NIPBL   Bethyl,  #A301-­779A  (immunoprécipitation)  

Pierce,  #PIMA172534  (Western  blot)  

SMC1A   Bethyl,  #A300-­055A  

SMC3   Bethyl,  #A300-­060A  

RAD21   Bethyl,  #A300-­080A  

CDK9   Santa  Cruz,  #sc-­484  

TBP   Abcam,  #ab818  

MED23   Bethyl,  #A300-­425A  

MED1   Bethyl,  #A300-­793A  

MED12   Bethyl,  #A300-­774A  

MED14   Bethyl,  #A301-­044A  

OCT4   Santa  Cruz,  #sc5279X  

NANOG   Bethyl,  #A300-­397A  

ARN  Pol  II  total  (N20)   Santa  Cruz,  #sc899X  

ARN  Pol  II  PSer5   Millipore,  #041572  

ARN  Pol  II  PSer2   Millipore,  #04-­1571  

TUBULINE   Pierce,  #PIMA516208  

HISTONE  H3   Abcam,  #ab1791  

     

3.7.10  Différenciation  à  l’acide  rétinoïque

Pour   induire   la   différenciation   des   mESCs,   les   cellules   sont   ensemencées   à   une   confluence   de   1x104   cellules/cm2   dans   le   milieu   de   croissance   2i   +   LIF   décrit  

précédemment.  Le  lendemain,  le  milieu  de  culture  est  changé  pour  un  milieu  favorisant  la   différentiation  des  cellules  de  composition  identique  au  milieu  de  croissance  mais  où  le  LIF   et  les  inhibiteurs  de  kinase  sont  remplacés  par  de  l’acide  rétinoïque  (SIGMA,  #R2625)  à   1μM.   Le   milieu   de   différenciation   est   changé   quotidiennement.   Au   bout   de   5   jours,   les   cellules   perdent   la   coloration   de   l’activité   de   la   phosphatase   alcaline.   Ce   protocole   a   été   inspiré  de  deux  publications653,654.  

3.7.11  Coloration  de  l'activité  de  la  phosphatase  alcaline

Les   cellules   sont   rincées   au   PBS,   puis   fixées   au   paraformaldéhyde   4%   (VWR,   #CAAA43368-­9L)   pendant   2   minutes.   Après   rinçage   au   PBS   puis   à   l’eau,   la   solution   de   coloration  préparée  extemporanément  (pour  10  ml  de  solution  :  500μl  de  Tris  2M  pH  9.2,   400  μl  de  Fast  Red  (SIGMA,  #F8764)  à  25mg/ml,  40μl  de  Naphthol  (SIGMA,  #N4875)  à   50mg/ml  et  compléter  avec  de  l’eau  milliQ)  est  ajoutée  et  incubée  pendant  10  à  20  min  à   l’abri  de  la  lumière.  Par  la  suite  la  solution  de  coloration  est  rincée  à  l’eau.    

CHAPITRE  4  :    NIPBL   et   cohésine   régulent   la