ميثيل الحمض النووي الريبي ميثيل المناعة المقايسة هو طريقة تعتمد على الأجسام المضادة المستخدمة لإثراء لشظايا الحمض النووي الريبي الميثيل. إلى جانب التسلسل العميق ، فإنه يؤدي إلى تحديد النصوص التي تحمل تعديل M5C.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
ميثيل الحمض النووي الريبي ميثيل المناعة المقايسة هو طريقة تعتمد على الأجسام المضادة المستخدمة لإثراء لشظايا الحمض النووي الريبي الميثيل. إلى جانب التسلسل العميق ، فإنه يؤدي إلى تحديد النصوص التي تحمل تعديل M5C.
تعديلات القاعدة الثانوية على RNA، مثل M5C، تؤثر على هيكل ووظيفة جزيئات الحمض النووي الريبي المعدلة. ميثيل الحمض النووي الريبي المناعي والتسلسل (MeRIP-seq) هو الطريقة التي تهدف إلى إثراء الحمض النووي الريبي الميثيلي وتحديد في نهاية المطاف النصوص المعدلة. لفترة وجيزة، هو احتضنته سونيكاتيد RNA مع جسم مضاد لل 5-ميثيثيات السيتوسين وعجلت بمساعدة من الخرز البروتين G. ثم يتم تسلسل الشظايا المخصبة ويتم تعيين مواقع المثيل المحتملة استنادًا إلى توزيع القراءات والكشف عن الذروة. يمكن تطبيق MeRIP على أي كائن حي ، لأنه لا يتطلب أي تسلسل سابق أو تعديل المعرفة الانزيم. بالإضافة إلى ذلك ، إلى جانب التشظي ، لا يتعرض الجيش الملكي النيبالي لأي علاج كيميائي أو درجة حرارة أخرى. ومع ذلك، فإن MeRIP-seq لا توفر تنبؤا أحادي النيوكليوتيدات لموقع المثيلات كما تفعل الطرق الأخرى، على الرغم من أن المنطقة الميثيلية يمكن تضييقها إلى عدد قليل من النيوكليوتيدات. استخدام مختلف تعديل محددة الأجسام المضادة يسمح MeRIP ليتم تعديلها لمختلف التعديلات الأساسية الموجودة على RNA، وتوسيع التطبيقات المحتملة لهذا الأسلوب.
في جميع الممالك الثلاث من الحياة، تخضع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) لتعديلات ما بعد النسخ، وتسمى الأبحاث حول هذه التعديلات الكيميائية الحيوية ذات الصلة وظيفياً "epitranscriptomics". Epitranscriptomics هو حقل متزايد ويجري تطوير أساليب مختلفة لدراسة خريطة التعديلات على جزيئات الحمض النووي الريبي (استعرضت في1،2). تم العثور على أكثر من مائة التعديلات الجيش الملكي النيبالي، الكشف عن في rRNAs، tRNAs، ncRNAs الأخرى، فضلا عن mRNAs3،4. على الرغم من وجود وظيفة من التعديلات المتنوعة كيميائيا بعد النسخ في tRNAs وrRNAs تدرس على نطاق واسع5,6,7,8, فقط مؤخرا وقد تم وصف تعديلات مرنا. في النباتات، وقد تم تحديد العديد من التعديلات مرنا حتى الآن، بما في ذلك7G في هيكل الغطاء9، م1A10، hm5C11،12، و uridylation13. ومع ذلك، فقط م6A10،14،15،م5C11،16،17،و pseudouridine18 وقد تم تعيين transcriptome واسعة في arabidopsis. بعد النسخ التعديلات قاعدة مرنا تشارك في العديد من العمليات التنموية19,20.
واحدة من النهج الأكثر شيوعا في epitranscriptomics هو ميثيل الحمض النووي الريبي المناعي إلى جانب تسلسل عميق (MeRIP-seq). تم تطوير MeRIP-seq في عام 2012 لدراسة m6A في خلايا الثدييات21,22. وهو يتطلب استخدام جسم مضاد للتعديل المطلوب ويهدف إلى إثراء شظايا الحمض النووي الريبي التي تحمل النيوكليوتيدات المعدلة. وعادة ما يتبع ذلك تسلسل عميق لتحديد وتعيين الشظايا المخصبة أو PCR الكمية للتحقق من أهداف محددة للرنا. ويستند دقة MeRIP على خصوصية الأجسام المضادة للتعرف على النيوكليوتيد المعدلة على تعديلات مماثلة (على سبيل المثال، م5C وhm5C11،23). بالإضافة إلى م6A، MeRIP-seq كما تم تطبيق لدراسة م1A و M5C RNA methylation في عدة كائنات11،17،23،24،25.
Methylation من السيتوسين في موقف الكربون الخامس (م5C) هو التعديل الحمض النووي الأكثر انتشارا26,27 واحدة من التعديلات RNA الأكثر شيوعا جدا3,4. في حين تم الكشف عن م5C في mRNAs eukaryotic في 197528, مؤخرا فقط دراسات ركزت على رسم خرائط التعديل transcriptome واسعة, في الترميز وغير الترميز RNAs11,16,17,23,29,30,31,33,34.
وتشمل الطرق البديلة المستخدمة في بحوثالحمضالنووي الريبي 5 C التحويل الكيميائي للسيتوسينات غير الميثيلية إلى uracils (تسلسل ثنائي الفقار) وفرزات المناعة القائمة على ربط لا رجعة فيه من RNA cytosine ميثيلtransferase المعروفة لأهدافها الحمض النووي الريبي (miCLIP، aza-IP). وباختصار، فإن تسلسل البيسولفيت يستغل ميزة السيتوسين 5-ميثيل لتكون مقاومة لعلاج بيسلفيت الصوديوم الذي deaminates السيتوسين غير المعدلة إلى uracil. وقد وضعت الطريقة الأولى للحمض النووي ولكن تكييفها للRNA جدا والعديد من الدراسات وقد اختارت هذا النهج للكشف عن مواقع5C في RNA16،23،29،32،34،35. كل من miCLIP و aza-IP تتطلب معرفة سابقة من RNA cytosine ميثيلtransferase واستخدام الأجسام المضادة المعنية. في حالة miCLIP (المثيلة الفردية-النيوكليوتيد القرار crosslinking والمناعة), يحمل ميثيلtransferase طفرة واحدة من الأحماض الأمينية بحيث أنه يرتبط الركيزة RNA ولكن لا يمكن أن يطلق30. في aza-IP (5-azacytidine-RNA-توسط RNA المناعة)، يتم تشكيل الربط لا رجعة فيه بين 5-azaC nucleoside وRNA cytosine ميثيلtransferase عندما يتم تضمينها بشكل خارجي 5-azaC بواسطة البوليمرات RNA في جزيء RNA الهدف31.
والميزة الرئيسية لهذه الأساليب الثلاث هي أنها تسمح برسم خرائط دقة النيوكليوتيد الأحادية m5C. بالإضافة إلى ذلك، miCLIP وaza-IP تقديم معلومات حول أهداف محددة من RNA cytosine ميثيلtransferase، فك أعمق آلية ودور تعديلات الحمض النووي الريبي بعد النسخ. ومع ذلك، فإن نهج MeRIP-seq يمكن تحديد مناطق5C على نطاق النص دون أي معرفة سابقة مطلوبة وتجنب الظروف الكيميائية ودرجة الحرارة القاسية، مثل علاج ثنائي الفقار أو الحضانة مع 5-azaC. كل من MeRIP و بيسولفيت التسلسل يمكن أن تكون مثبطة من قبل الهياكل RNAالثانوية 36. تهدف خطوة التشظية التي يتم تضمينها في فحص MeRIP قبل الاعتياد إلى تسهيل ربط الأجسام المضادة وزيادة دقة تحديد m5C.
طريقة أخرى جديرة بالذكر هي قياس الطيف الكتلي (MS) من نيوكليوسيدات الحمض النووي الريبي. يمكن للتصلّد المتعدد اكتشاف وتمييز أي نوع من التعديل على الحمض النووي والحمض النووي الريبي .على حد سواء. لفترة وجيزة، يتم استخراج رنا وDNase هضم، ثم تحللت وهضمها إلى النيوكليوسيدات واحدة. يتم تحليل النيوكليوسيدات الـ RNA بواسطة مطياف الكتلة. ويمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد مستويات كل تعديل ولا تعتمد على جسم مضاد أو تحويل كيميائي. ومع ذلك، عيب رئيسي هو أنه يوفر معلومات مجمعة حول وجود تعديلات RNA. من أجل رسم خريطة التعديلات، يجب أن يتم دمج التصلب المتعدد مع هضم RNase ومعلومات التسلسل حول جزيئات الحمض النووي الريبي المحددة، كما هو الحال في الـ tRNALeu(CAA)37.
هنا، ونحن وصف ومناقشة مقايسة MeRIP كما تستخدم لدراسة م5C RNA الميثيل في Arabidopsis17.
1. إعداد الجيش الملكي النيبالي
2. ميثييل الحمض النووي الريبي المناعي (MeRIP)
3- تحليل المصب
يتم توفير مخطط للأسلوب في الشكل 1. الخطوات الحاسمة الأولى من البروتوكول هي الحصول على RNA ذات نوعية جيدة (RIN ≥ 7) و sonicate إلى ما يقرب من 100 شظايا NT. يتم فحص كفاءة كلتا الخطوتين بواسطة آلة كهرباء شعرية قائمة على الرقائق. في الشكل 2A، يتم عرض تشغيل ممثل لعينة من الحمض النووي الريبي جيدة. يتم تخفيف العينة 1:10 قبل التحميل على رقاقة من أجل أن يكون التركيز الذي هو في نطاق الكشف عن مجموعة المستخدمة (5-500 نانوغرام /ميكرولتر). يتم تشغيل نفس العينة أيضا بعد سونيكيشن ويظهر في الشكل 2B. لاحظ وجود ذروة موحدة واحدة تحولت إلى يسار الرسم البياني، في حجم حوالي 100 نووكليوتيدات. وينجم التركيز الأدنى عن فقدان الحمض النووي الريبي أثناء التشظي، ولكن أيضا بسبب زيادة حجم العينات (60-100 ميكرولتر، الخطوة 1.7.1).
ويمكن تقييم نوعية العينات IP و وهمية من قبل qRT-PCR. وتحقيقا لهذه الغاية، فإن IVTs ارتفعت في بمثابة ضوابط إيجابية وسلبية: IVT الميثيل، حيث في جميع وظائف السيتوسين هناك م5C، ومن المتوقع أن تكون غنية للغاية في عينة الملكية الفكرية؛ على العكس من ذلك، لا ينبغي أن يكون IVT غير الميثيلية فرقا بين الملكية الفكرية وSys. يتم سرد التمهيديات المستخدمة في مقايسة qRT-PCR لاثنين من التحكم IVTs(EGFP وRenilla luciferase) في الجدول 1. في الواقع، كما هو مبين في الشكل 3،تم استرداد حوالي 80٪ من IVT الميثيلية في عينة IP، وفقط ما يقرب من 2٪ في موك. بالنسبة للتحكم غير الميثيلي، كان الانتعاش أقل من 1٪ في كل من عينات IP و Mock. وهذا يتحقق من كفاءة MeRIP التي تم تعجيلها وإثراء شظايا الحمض النووي الريبي الميثيلي، وهو مؤشر جيد على أن العينات يمكن استخدامها لتحليل المصب. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق الإثراء الطّي لـ IVT غير الميثيلية (نسبة الملكية الفكرية إلى السخرية) كعتبة لتقدير أهمية الإثراء في مقايسات qRT-PCR.
بعد محاذاة القراءة إلى الجينوم(الشكل 4)، يتم تطبيق خوارزميات الاستدعاء الذروة الموضحة في الخطوتين 3.4.1 و 3.4.2 لتحديد النوافذ ذات الأهمية الإحصائية ، المخصب في عينات IP مقارنة بالمدخلات. التسلسلات التي تتوافق مع هذه النوافذ يمكن استخدامها أكثر، على سبيل المثال للبحث عن الزخارف ذات الصلة الميثيل المحفوظة11،17.

الشكل 1: التمثيل التخطيطي لبروتوكول MeRIP-seq.
يتم احتضان عينات الحمض النووي الريبي مع جسم مضاد للسيتوسين 5 ميثيل ويتم سحب المجمعات إلى أسفل مع الخرز المغناطيسي البروتين G التي التقاط الأجسام المضادة جنبا إلى جنب مع الجيش الملكي النيبالي ملزمة. يتم تحليل عينات الحمض النووي الريبي المائلة عن طريق التسلسل العميق وqRT-PCR. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: نتائج تمثيلية من تحليل جودة عينات الحمض النووي الريبي.
(A) ملف تعريف تمثيلي لعينة مصنع RNA الكلي المؤهل. (B) الملف الشخصي تمثيلي لعينة RNA بعد صوتنة إلى 100 nt شظايا. إخراج الملفات من برنامج الكهرباء الشعرية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: تحليل qRT-PCR لدقات التحكم IVTs.
واستخدمت النصوص الميثيلات وغير الميثيلية في المختبر كضوابط إيجابية وسلبية على مقايسة MeRIP، على التوالي. بعد الاعون المناعية، يتم إثراء IVT الميثيلي عاليا في عينة IP (الأخضر) ولكن ليس في العينة وهمية (دون المضادة ل M5C الأجسام المضادة؛ الأرجواني). ولم تُظهر الـ IVT غير الميثيلية أي إثراء ولا فرق بين الملكية الفكرية والـ"موك". الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: قراءة المحاذاة قبل وبعد MeRIP حول نسخة تمثيلية.
يقرأ محاذاة إلى نص معين في نموذج الإدخال (الصف العلوي) وفي نسخ IP اثنين (الصف الأوسط والسفلي). يُظهر الصندوق الأسود نافذة طويلة تم تحديدها 50 nt على أساس MACS243 و MeRIP-seq22 تحليلات ذروة الدعوة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الهدف | زوج التمهيدي | تسلسل المنتج | طول المنتج | ||
| EGFP | ل: 5 '- GGCAACTACAAGACCCGCCC -3' | GGCAACTACAAGACGCGCCGGGGGG GTGAAGTTCGAGGGCGACCCTG GTGAACCGCGAGCTGAGGGC | 72 نقطة أساس | ||
| القس: 5'- GCCCTTCAGCTCGATGCGGTT -3' | |||||
| رينايلا لوسيفراز | ل: 5 '- GGAGAATAACTTCTGTGGAAAC -3' | GGAGAATAACTTCTGTGGAAACC ATGTTGCCATCAAAATCATGAGAA AGTTAGAACCAGAAGATGGC | 75 نقطة أساس | ||
| القس: 5 '- GCTGCAAATTCTCTGGCTAA -3' | |||||
الجدول 1: معلومات عن ال التمهيديات والمنتجات التي تم إنشاؤها لتحليل qRT-PCR.
وصفات العازلة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الجيش الملكي النيبالي يحمل أكثر من مائة التعديلات قاعدة متميزة4 التي تشكل epitranscriptome44. وتضيف هذه التعديلات طبقة إضافية من تنظيم الترجمة والإشارات (تمت مراجعتها في5و6و8و20و45و46). وقد تمكنت الدراسات المبكرة من الكشف عن وجود تعديلات ما بعد النسخ على RNA28،47 ولكن لا بد من تحديد الحمض النووي الريبي المعدلة المحددة من أجل فهم دور epitranscriptomics. تم تصميم MeRIP كوسيلة لرسم خريطة مواقع RNA methylation transcriptome واسعة21،22. ويمكن تكييفها مع أي تعديل، إذا كان هناك جسم مضاد معين متاح.
القوة الرئيسية لهذا البروتوكول هو أن بسيطة نسبيا، آمنة للرنا والمستعمل (على سبيل المثال، 5-azaC هو شديد السمية للنباتات والبشر) ولا تتطلب تسلسل أو تعديل المعلومات الإنزيم. وعلاوة على ذلك، فإن إثراء الحمض النووي الرنا الميثيل بواسطة بروتوكول الإنترنت يزيد من فرص اكتشاف الحمض النووي الرنا الصغير الزفير المنخفض، على عكس تسلسل ثنائي الفقار الذي لا يحتوي على خطوة إثراء. عندما يتم تنفيذ جولتين تسلسليتين من MeRIP، فإن الإثراء في شظايا الحمض النووي الريبي التي تحتوي على مواقع المثيلات يزيد أكثرمن 22. واحدة من القيود من MeRIP، وخاصة عندما تطبق على دراسات الميثيل مرنا، هو كمية عالية من الحمض النووي الريبي المطلوبة كمدخلات للمقايسة. سوف ريبوديبليشن – أو بولي (A) التخصيب – خطوة تقليل الخلفية الناجمة عن الحمض النووي الريبي المعدلة بشكل كبير ولكنه يزيل أكثر من 90٪ من إجمالي RNA. يجب أيضا إزالة الحمض النووي تماما كما هو غني في السيتوسينات 5 ميثيل. عيب آخر هو دقة أقل من الموضع الدقيق للميثيل. سونيكيشن من الجيش الملكي النيبالي قبل الحضانة مع الأجسام المضادة يساعد نحو هذا الاتجاه عن طريق تضييق المنطقة التي تحتوي على تعديل إلى 100-200 النيوكليوتيدات. عندما يتم دمج MeRIP مع تسلسل عميق، تزداد دقة التنبؤ بموقع m5C كلما شكل تسلسل يقرأ توزيعًا غوسيًا حول موقع المثيلات المحتمل. بالإضافة إلى ذلك ، خصوصية الأجسام المضادة تحتاج إلى تأكيد قبل الفحص (على سبيل المثال ، مع RNA dot لطخة المقايسة ، التي يتم تنفيذها مع oligos توليفها مع النيوكليوتيدات المعدلة) ، ومع ذلك ، إلى أي مدى يمكن أن يميز الجسم المضاد في الواقع بين التعديلات ذات الصلة الوثيقة (على سبيل المثال ، m6A و M6Am) هي نقطة وسيطة في الحقل48،49. وعلاوة على ذلك، قد تتداخل الحمض النووي الريبي (RNAs) ذات البنية العالية مع تفاعل المستضد المضاد للجسم، وهو قيد آخر يتم تناوله في الغالب بتجزئة الحمض النووي الريبي النووي (RNA) وdenaturationه قبل IP. على العكس من ذلك، فإن تسلسل البيسولفيت الذي يتأثر أيضا بالهياكل الثانوية، لا يشمل خطوة تجزئة وقد يكون هذا أحد الأسباب التي تسبب التناقض بين مواقع m5C و mRNAs التي تنبأ بها تسلسل ثنائيفوليت16 وميريب-seq11،17. تعديلات أخرى من السيتوسين (على سبيل المثال، hm5C) هي أيضا مقاومة ل deamination بوساطة ثنائي الفقار35.
وتشمل التعديلات من برنامج MeRIP- seq خطوة الربط، إما مع إدخال ribonucleoside قابل للانعاض الضوئي (الصورة crosslinking بمساعدة م6A-seq، PA-M6A-seq 50) أو استخدام الأشعة فوق البنفسجية لإنشاء الأجسام المضادة-RNA عبر بعد IP (miCLIP49،طريقة مختلفة من miCLIP الموصوفة في مقدمة30،ولكن أيضا مع دقة النيوكليوتيد الفردية). في المستقبل، ومع تراكم المعرفة بشأن ميثيل الحمض النووي الريبي، قد يكون من الأفضل اتباع نهج أكثر استهدافاً، استناداً إلى الإنزيمات التعديلية و/أو تسلسل التوافق في الآراء حيث يظهر الميثيل. تحديد البروتينات القارئ ضروري لفهم وظيفة الجزيئية والتشوير من التعديلات ما بعد النسخ. تكنولوجيا تسلسل النانوبور تسمح بالفعل التحديد المباشر للنيوكليوتيدات المعدلة دون معالجة مسبقة للرنا17 ولكن لا يزال هناك مجال للتحسين في هذا المجال فيما يتعلق بعمق التسلسل والتحليل الحيوي. بشكل عام، MeRIP-seq هو حاليا نهج راسخ وموثوق به وغير متحيز لتحديد نسخ الحمض النووي الريبي الميثيل.
ولا يوجد لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
وقد تم دعم هذا العمل من قبل راتب دكتوراه IMPRS إلى E.S، زمالة طويلة الأجل EMBO لV.P.، و MPI-MPP الأموال الداخلية لF.K. تم تمويلها أيضا من خلال PLAMORF، وهو المشروع الذي تلقى التمويل من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) في إطار برنامج الاتحاد الأوروبي آفاق 2020 البحث والابتكار (اتفاقية منحة رقم 810131). يود المؤلفون أن يشكروا فيديريكو أبيلت على التحليل البيولوجي للمعلوماتية والتعليقات على المخطوطة، وماثيو باهين وأميرة كرامدي على التحليل البيولوجي للمعلوماتية.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| الأجسام المضادة M5< / sup>C | ZymoResearch | A3001 (متوقفة) ، A3002 المتاحة | استنساخ 10G4 (متوقف) ، 7D21 المتاحة |
| رقاقة وكواشف للرحلان الكهربائي الشعري | Agilent | 5067-1511 | RNA 6000 Nano Kit |
| Dnase | Ambion | AM1907 | TURBO مجموعة خالية من الحمض |
| مرسب مشترك للأحماض النووية | Ambion | AM9515 | جليكو بلو ، 15 مجم / مل |
| في المختبر < / em> طقم النسخ | Promega | P1300 | T7 RiboMAX نظام إنتاج الحمض النووي الريبي على نطاق واسع |
| أنابيب تفاعل منخفضة الارتباط | Kisker Biotech | G017 | 1.7 مل أنابيب الطرد المركزي الدقيقة |
| الخرز المغناطيسي البروتين G | Invitrogen | 10003D | Dynabeads Protein G |
| Proteinase K | Ambion | AM2546 | 20mg / mL محلول مخزون ، درجة |
| مثبط RNase | Promega | N2615 | RNasin Plus 40 U/&mu ؛ ل |
| طقم إزالة الحمض النووي الريبي | مركز | RZPL11016 | طقم إزالة الرينا الريبي الريبوزي (أوراق النبات) |
| أنابيب الصوت | Covaris | 520045 | microtube AFA Fiber Pre-Slit Snap-Cap 6x16mm |
| كاشف استخراج الحمض النووي الريبي | Ambion | 15596018 | TRIzol |
| كاشف <قوي > معدات < قوي > | |||
| الرحلان الكهربائي الشعري | Agilent | G2939BA | 2100 نظام التحليل |
| الحيوي رف مغناطيسي | Invitrogen | 12321D | DynaMag-2 |
| طرد مركزي دقيق | Eppendorf | توقف | عن إيقاف نموذج 5417R |
| Rotator | Benchmark | R4040 | RotoBot Mini |
| Sonicator | Covaris | 500217 | S220 مقياس الطيف |
| الضوئي بالموجات فوق الصوتية المركزةحمام حضانة ThermoFisher Scientific | ND-ONEC-W | NanoDrop OneC | |
| Waterbath | GFL | 1012 | 1012 |
An erratum was issued for: Methylated RNA Immunoprecipitation Assay to Study m5C Modification in Arabidopsis. The author list was updated.
The author list was updated from:
Eleftheria Saplaoura1, Valentina Perrera2, Friedrich Kragler1
1Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
2Department of Molecular Medicine, Medical School, University of Padua
to:
Eleftheria Saplaoura1, Valentina Perrera2, Vincent Colot3, Friedrich Kragler1
1Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
2Department of Molecular Medicine, Medical School, University of Padua
3Biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS), Paris, France