使用BrUTP链特异性转录运行的（TRO）方法终止转录分析

摘要

我们描述了一种基本的实验方法，用于通过出芽酵母中的链特异性转录运行（TRO）方法在体内使用BrUTP分析RNA聚合酶II的转录终止。该方案可以扩展到研究酵母和高等真核生物中其他 RNA 聚合酶的转录终止。

摘要

这份手稿描述了在体内检测转录终止缺陷的协议。这里描述使用BrUTP的具体链-TRO协议是在生理条件下分析转录终止缺陷强大的实验方法。像传统的TRO测定法，它依赖于超出基因作为转录终止缺陷¹的指示器的3'端的转录活性的聚合酶的存在。它克服了与传统的TRO测定遇到的两个主要问题。首先，它可以检测是否聚合酶通过终止信号读出的是，从启动子近侧区启动转录的一个，或者如果它被简单地表示该发起非特异性从身体某处一个普遍地转录聚合酶或3'该基因的末端。其次，它可以区分，如果转录活性聚合酶信号超出终止区是真正的通读义mRNA转录聚合酶或终止子启动的非编码反义RNA的信号。简单地说，该协议涉及透的指数生长的酵母细胞中，从而允许在体内启动在BrUTP核苷酸的存在下伸长，由亲和方法纯化BrUTP标记的RNA的转录，逆转录纯化的新生RNA和扩增的cDNA用链特异性的引物侧翼启动子和基因²的终止子区域。

引言

真核转录周期包括三个主要步骤;起始，延伸和终止。转录由RNA聚合酶II终止包括两个不同的，相互依存的步骤^3。第一步包括裂解，多腺苷酸化和mRNA的释放从模板，并紧接着第二个步骤，通过从所述模板的聚合酶脱开标记。适当的终止是聚合酶的转录起始/再引发在回收至关重要的，用于防止干扰的下游基因的转录，并为通过限制普遍非编码RNA ^4,5转录保持异常转录检查。尽管最近的进展，终端是迄今为止RNA聚合酶II转录周期的最不被理解的一步。一个可靠的终止试验是研究机制underlyin至关重要通过体内 RNA聚合酶II转录克终止。

许多实验方法是用来检测在生理条件下可主动转录基因终止缺陷。这些措施包括Northern杂交，终止因子芯片（染色质免疫沉淀）和传统TRO检测。每种技术具有一定的优点和缺点。所使用的传统的TRO测定是在体内 ¹检测的转录终止缺陷的最可靠和灵敏的方法。该测定本地化于细胞内的基因的不同区域的转录活性聚合酶分子。在正常情况下，该测定显示了转录接合聚合酶分子严格分布的基因（ 图1A）的启动子和终止子区域之间。在有缺陷的终止，然而，聚合酶是无法读取终止信号并在该基因（ 图1B）的3'端下游的区域进行检测。

转录终止缺陷主要表现在从启动子近侧区发起感-转录聚合酶存在，并且是无法读取终止信号，继续转录的基因的3'末端的下游区， 如图2A。与真核基因组中表现出感压倒性普遍存在的转录以及反义方向和周围的基因^{6，7，8，9，10}的实现，它很快变得清晰，传统的TRO测定无法检测，如果聚合酶信号一个基因的下游代表的启动子启动的转录物（ 图2A）或发起索姆的异常的RNAewhere在基因或终止子元件（ 图2B），或从基因（ 图2C）的3'末端的反义方向的聚合酶转录的下游的中间位置。如果观测到的通读聚合酶信号表示启动子启动的扩展感的mRNA或发起检查中的基因的下游的反义转录物的链特异性TRO测定此处描述的使用BrUTP可以区分。我们已经成功地使用这种方法来证明在芽殖酵母²中转录终止Kin28激酶的作用。这里采用的办法，我们表明，Rna14需要在芽殖酵母ASC1的转录终止。

方案

注:在研究文章中Medler，S和安萨里，A ²日报道在使用此方法。

1.培养和收集细胞

1. 从新鲜划线酿酒酵母板开始在YPD培养基（10克/升酵母提取物，20g / L的蛋白胨，2％葡萄糖）的细胞的5毫升培养。
2. 生长细胞过夜在轨道摇床在30℃和250rpm。
3. 稀释过夜生长的培养的100倍，以YPD培养基100mL的最终体积的250毫升带挡板的烧瓶中。
   注:共100毫升的文化，每TRO反应需要;如果需要多个反应，必须使用培养物的体积较大。
4. 生长细胞为0.8的光密度- 1.0在600nm（A _600〜0.8 - 1.0）。
5. 离心在820 xg离心在4℃下5分钟收获细胞在无菌50mL的锥形管中。
6. 悬浮细胞在10毫升冰冷的TMN的卜FFER（10毫米的Tris-HCl pH为7.5，5mM的MgCl ₂的_，100毫摩尔NaCl），并在冰上孵育5分钟。
7. 离心机在820×g离心5分钟，在4℃以沉淀细胞。轻轻通过抽吸去除上清液。

2.透化和准备的细胞运行的分析

1. 通过上下吹打轻轻用截短P ₁₀₀₀尖悬浮在1毫升0.6％十二烷基肌氨酸钠溶液的细胞。细胞悬液转移到一个冷却的1.5毫升离心管中。
2. 轻轻摇动细胞在4℃下于一个平台摇床25分钟。
   注:微量离心管应该被打包到50mL锥形管中在冰冷保持冷温度，从而避免在此阶段的启动子产生的任何新的起始事件的可能性。
3. 用台式冷冻离心机离心细胞以1200 xg离心6分钟，4℃。
4. 轻轻吸出上清液从每除去任何过量的液体meabilized细胞沉淀。

3.转录运行的反应

1. 添加转录150μL的运行上缓冲液（50mM的Tris-HCl pH值7.5，100mM的氯化钾，10mM的MgCl ₂的，2毫摩尔DTT（二硫苏糖醇），0.75毫每个ATP，CTP，GTP，和BrUTP，200单位核糖核酸酶抑制剂）的透化细胞沉淀。
2. 通过上下吹打使用截断的第₂₀₀页尖轻轻拌匀。
   注:如果处理多个样本，把一切都在冰上，直至所有样本都准备好，然后进行下一个步骤。
3. 在水浴孵育5分钟，在30℃。
   注:调整为1〜5分钟之间温育的时间，以确保BrUTP的最佳掺入新生RNA。
4. 停止加入冷准备使用的RNA分离试剂500μL的反应。孵育在室温下5分钟。

4. RNA提取

1. 加的酸洗的玻璃珠200微升至细胞suspensi上（步骤3.4），并在旋涡混合器剧烈摇晃20分钟，4℃。
2. 使用热压22克针穿刺微量离心管的底部，将其放置在一个15毫升的无菌锥形管的顶部。
3. 离心机在4℃下300×g离心1分钟，以收集细胞裂解物。转移细胞裂解物到1.5mL离心管中。
4. 添加冷的RNA分离试剂500μL，和200微升氯仿至细胞裂解物。在4℃下混合在涡旋混合器上并离心，内容物在16168×g离心20分钟。
5. 上层水相转移到新的离心管中。
6. 添加冷的酚/氯仿的等体积/异戊醇（125:24:1）的pH 4-5。剧烈摇动在涡旋混合器上并离心16168 xg离心在4℃下15分钟。
7. 传送上层水含有相的RNA到一个新的离心管中。重复步骤4.6两次。
8. 到最后含有RNA的水相，加5 M氯化钠STOCk以得到0.3 M的最终浓度添加3倍的冷乙醇的体积以沉淀RNA。
   1. 孵育1小时，或在-20℃过夜。
      注: - 当抗BrdU珠粒孵育阻断（参见步骤5.3）4.11执行步骤4.9。
9. 离心机在16168 xg离心在4℃下20分钟。去除上清，重悬在100微升DEPC（焦碳酸二乙酯）水的RNA沉淀。
10. 使用RNA提取试剂盒迷你的RNA从非法人BrUTP核苷酸分开。洗脱从用100微升的无RNase水列中的RNA。
11. 孵育在65℃水浴中的RNA的5分钟，然后转移到冰上至少2分钟。

5. BrUTP标记的RNA的亲和纯化

1. 以25μL抗BrdU落户珠，加500 0.25X SSPE（盐水磷酸钠磷酸EDTA）结合缓冲液（20X SSPE的微升:3M氯化钠，0.2M的NaH ₂ PO ₄ ，0.02摩尔EDTA，pH值7.4，1mM EDTA中，0.05％吐温，37.5毫摩尔NaCl）。离心机在4℃下200×g离心30秒，并去除上清。
2. 重复步骤5.1三次。
3. 加入500微升封闭缓冲液（1×结合缓冲液，0.1％聚乙烯吡咯烷酮，1毫克超纯牛血清白蛋白（BSA））将珠并轻轻1摇动 - 在4℃在一个平台上摇动2小时。
4. 两次用结合缓冲液500微升洗珠，如在步骤5.1中描述。
5. 加入400微升的结合缓冲液至珠。
6. 转移100μLRNA（从步骤4.11）直接向珠。在4℃下2小时在一个平台摇床 - 温和振荡1孵育。
7. 用500微升结合缓冲液，低盐缓冲液500微升（0.2×SSPE，1毫摩尔EDTA，0.05％吐温），高盐缓冲液的500微升（0.25×SSPE，1毫摩尔EDTA，0.05％吐温洗涤珠粒顺序，的100mM NaCl）中，并两次用TET缓冲液500微升（1×TE，0.05％吐温）中，在纺200在每次洗涤之间于4℃xg离心30秒。
8. 用150微升洗脱从珠BrUTP标记的RNA顺序，两次和一次用200μl洗脱缓冲液（20mM DTT，150 mM氯化钠，的50mM的Tris-HCl pH为7.5，1mM EDTA中，0.1％SDS）中的，通过温育对于在42℃的水浴中，随后通过短的自旋来从上清液中分离珠4分钟。

6.沉淀BrUTP标记的RNA

1. 加入500微升冷的酚/氯仿/异戊醇（125:24:1）pH为4 - 5到纯化BrUTP亲和性标记的RNA。在4℃下混合在涡旋混合器上并离心16168×g离心15分钟。
2. 上层水相转移到新的离心管中。
3. 加入5 M氯化钠库存得到冷乙醇0.3 M和3倍体积的最终浓度，以沉淀RNA。
4. 孵育在-20℃过夜。
5. 收集通过离心分离沉淀的RNA在16168×g离心30分钟，在4℃下
6. 除去上清液，并允许沉淀风干10分钟。
7. 重悬DEPC水26μLRNA沉淀。
8. 通过使用分光光度计测定260nm处的吸光度确定最终的RNA浓度。此外，确定的260/280比例。 A比值〜2指示纯RNA样品。
9. 直到需要用于cDNA合成在-80存储在等分试样的RNA样品℃。

7. BrUTP标记的RNA的反转录

1. 调整RNA浓度为100纳克/μLDEPC使用水。使用RNA的0.5微克每个cDNA合成反应。
   注:RNA模板的浓度可以变化为0.5至1.0微克，以达到最佳的cDNA合成。
2. 扭转使用如图3A所示设计的多聚（A）位点（终止位点）下游的多个反向引转录的RNA。
3. 对于每个逆转录反应，加入5微升RNA templatE（0.5微克），1微升dNTP混合物（各10毫米），反向引物C，D，E，F或G的2微升（50μM各）（ 见图3A）和无核酸酶的水。在每个管中的最终的反应体积为13微升。
   注意:反转录反应的数量将取决于用于cDNA合成反向引数。例如，对于ASC1被使用的五种反向引，因此5逆转录反应成立。标签用于cDNA合成的反向引物的基础上，在管为C，D，E，F和G。
4. 孵育含RNA模板，dNTP混合物和引物在热循环仪的管在65℃下5分钟，以除去任何二级结构构象，然后冷却至4℃至少2分钟。
5. 添加1μL的逆转录酶（200U /μL），4微升缓冲液和2微升的0.1M DTT的含有RNA模板和引物各管（步骤7.4）。轻轻吹打向上和向下混合。
6. 通过在42℃保温60分钟在热循环反应混合物中进行逆转录。
7. 灭活在65℃下的逆转录酶20分钟。
8. 存储的cDNA在-20℃或进行下一步骤。

8.扩增的cDNA

1. 从步骤7.8进行，每一cDNA的制备（标为C，D，E，F和G为ASC1）的扩增的PCR反应如下:从步骤7.8，1.0微升正向引物B（10μM），1.0微升3.0微升cDNA模板反向引物C或D或E或F或G（10μM），2.5微升10×聚合酶PCR缓冲液，0.5微升dNTP混合物（各10毫摩尔），1.0微升MgCl ₂的（2.5毫摩尔），15.5微升的PCR级水，和0.5微升热稳定聚合酶。
   注:5至1::cDNA模板从1的不同稀释液100进行测试，以优化的PCR产物的产率。单启动子近端的正向引物将被用于扩增cDNA的使用不同的反向引获得。例如，位于该启动子附近的单个正向引物B组合物用于与从C到基伍反向引为ASC1。 BC，BD，BE，BF和BG中分别标为C，D，E，F和G管被用作如图3A所示。
2. 使用以下热循环参数运行的PCR:1个循环95℃2分钟（热启动聚合酶的活化），30 - 40个循环95℃30秒（变性），54℃15秒（退火） ，68℃1分钟（延伸），和1个循环68℃5分钟（最终延伸）。
   注:退火温度将取决于具体的引物被用来变化和延长时间将取决于预期的产物大小而有所不同。
3. 通过电泳在0.8％，1.5％，或取决于产品的预期大小的2％琼脂糖凝胶上分离PCR产物。
4. 如在El Kaderi 等人所述量化PCR产物。 ，2012 ^11。
   注:另外，采用实时定量RT-qPCR的策略，以量化新生成绩单的数量。

结果

为了证明在检测转录终止缺陷BrUTP链特异性TRO过程的适用性，我们使用RNA14的终止缺陷，温度敏感突变体称为rna14-1。 Rna14在由RNA聚合酶II转录终止的作用被使用在选择的基因¹的终结者近端区域检测RNA传统TRO检测证明。超出在非允许温度下rna14-1突变体的终止子区域的RNA信号的检测被解释为终止缺陷。所观察到的信号，然而，可以归因于从附近的某处基因的3'端开始转录， 如图2B中的普遍地转录聚合酶。要最终证实Rna14在终端的作用，我们在rna14-1进行链特异性BrUTP-TRO突变体，并在37℃下的同基因野生型菌株。我们预计，在野生型菌株，该TRO信号将所述启动子和终止子区域之间的制约， 如图1A所示 。在rna14-1突变体，但是，聚合酶将通过终止信号读和TRO信号将超出该基因的3'末端， 如图1B和

讨论

这里使用的链特异性TRO协议是改编自哺乳动物细胞¹²用于GRO-SEQ（全球运行在测序）分析的协议。我们成功修改了协议，来研究转录新生在芽殖酵母。要具体分析转录终止缺陷，我们通过摆脱RNA水解步骤的进一步调整的协议。这使我们能够特异性检测来自子区靠近转录起始位点开始的全长新生转录物。

有迹象表明，应以最大的谨慎进行以获得有意义的结果在协议的几个关键步骤。首先，该协议必须以指数生长的酵母细胞中进行。在对数期的细胞（A _600〜0.8 - 1.0）得到为现阶段的多数细胞的最好的结果是活跃生长并表现出强大的转录。其次，RNA分离圣4℃ - 应在2之间的温度尽可能快地进行EP。第三，前溴-UMP的亲和纯化标记的RNA，未掺入BrUTP应当从RNA制备除去。我们使用了RNA试剂盒获得从纯化RNA制备摆脱BrUTP的。四，利用强大的逆转录酶是为协议的顺利完成的关键。

这里使用的特定链-TRO协议有过Northern杂交技术优势，在检测结束的缺陷，因为它是更为敏感，速度更...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
苯酚-氯仿-异戊醇混合物	Sigma-Aldrich	77619	pH 4-5
TRIzol 试剂	Life technologies	15596-026
RNase 抑制剂，人胎盘	New England Biolabs	M0307S
抗 BrdU 珠	Santa Cruz Biotechnology	sc-32323AC
Protoscript II	New England Biolabs	M03368L	或等效酶
Advantage 2 聚合酶混合物	Clontech	639201	或等效酶
5-溴尿苷 5' 三磷酸钠盐	Santa Cruz Biotechnology	sc-214314A
RNeasy 迷你试剂盒	Qiagen	74104
ATP	新英格兰生物实验室	N0451AA
CTP		N0454AA
GTP		N0452AA
超纯牛血清白蛋白 （BSA）	MC Labs	UBSA-100
Asc1 B			AGATTCGTCGGTCACAAGTCC
Asc1 C			GAACTTTATACATATTCTTAGTT AGCAGTC
Asc1 D			TGTACATATGTATTTTCGCAGCA
Asc1 E			GCCAAGGAGACTGAATTTAATG
Asc1 F			CTATGGAATGGGGGTTTTAAG
Asc1 G			GGTTATGGCAGACATGCCAC
5s cDNA			AGATTGCAGCACCTGAGT
5' 5s 反向			GGTTGCGGCCATATCTAC
3' 5s 反向			TGAGTTTCGCGTATGGTC