Topokaryotyping – a proposal for a novel approach to study nuclear organization

Abstract

Gene positioning in the nucleus plays an important role in gene activity and genome stability, both in norm and pathology. We propose a new principle for the analysis of the large scale chromatin organization at the single-cell level, termed Topokaryotyping. It is based on coexpression in cells of (i) biotin ligase BirA targeted to a particular intranuclear domain (via its fusion with a protein-marker of this domain) together with (ii) BAP-histone fusion. The application of biotin pulse chase followed by (i) generation of mitotic spreads, (ii) detection of the biotin label and (iii) karyotyping technique to identify the chromosomes should provide information on the association of particular chromosome regions with the nuclear domain under study. We discuss potential advantages of the proposed approach as compared to other methods to study genome topology in the nucleus.

Позиція генів в ядрі критична для їх функціонування та стабільності геному, в нормальних і патологічних станах клітини. Ми пропонуємо новий принцип аналізу організації хроматину на ядерному рівні в індивідуальних клітках, званий Топокаріотіпірованіе. Він заснований на спільній експресії в клітинах (i) Біотин лігази BirA локалізованої в конкретному ядерному домені (за рахунок її фузірованія (злиття) з білком-маркером цього домену) і (ii) гістонові гена злитого з BAP доменом (пептидом-акцептором біотину). Мічення клітин біотином і їх подальша відмивання, за якою слідують (i) створення препаратів метафазних хромосом, (ii) детектування біотіновой мітки на хромосомах і (iii) каріотипування з метою ідентифікації хромосом - повинні надати інформацію про асоціацію даного хромосомного регіону з досліджуваним ядерним доменом. Ми обговорюємо потенційні переваги запропонованого методу з іншими підходами до вивчення топології генома в клітинному ядрі.

Позиция генов в ядре критична для их функционирования и стабильности генома, в нормальных и патологических состояниях клетки. Мы предлагаем новый принцип анализа организации хроматина на ядерном уровне в индивидуальых клетках, называемый Топокариотипирование. Он основан на совместной экспрессии в клетках (i) Биотин лигазы BirA локализованной в конкретном ядерном домене (за счет ее фузирования (слияния) с белком-маркером этого домена) и (ii) гистонового гена слитого с BAP доменом (пептидом-акцептором биотина). Мечение клеток биотином и их последующая отмывка, за которой следуют (i) создание препаратов метафазных хромосом, (ii) детектирование биотиновой метки на хромосомах и (iii) кариотипирование с целью идентификации хромосом – должны предоставить информацию об ассоциации данного хромосомного региона с исследуемым ядерным доменом. Мы обсуждаем потенциальные достоинства предлагаемого метода с другими подходами к изучению топологии генома в клеточном ядре.