人端粒酶逆转录酶(TERT)不仅可合成端粒DNA,还可通过依赖RNA的RNA聚合酶活性合成双链RNA。本文介绍了一种新建立的检测内源性TERT依赖RNA的RNA聚合酶活性的实验方法。
方法文章
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人端粒酶逆转录酶(TERT)不仅可合成端粒DNA,还可通过依赖RNA的RNA聚合酶活性合成双链RNA。本文介绍了一种新建立的检测内源性TERT依赖RNA的RNA聚合酶活性的实验方法。
人端粒酶逆转录酶(TERT)是端粒酶的催化亚基,通过依赖RNA的DNA聚合酶活性延长端粒。尽管TERT被命名为逆转录酶,但对其结构和系统发育的分析表明,TERT属于右手型聚合酶家族,与病毒RNA依赖性RNA聚合酶(RdRP)以及病毒逆转录酶具有关联性。我们首次鉴定出人TERT具有RdRP活性,该活性可针对模板非编码RNA生成互补RNA链,并在癌细胞中参与RNA沉默过程。为了分析这种非经典的酶活性,我们于2009年开发了基于重组TERT的RdRP检测方法,随后建立了针对内源性TERT的in vitro RdRP检测体系。本文中,我们描述的是后一种方法。简言之,从细胞中分离TERT免疫复合物,与模板RNA及包含放射性标记rNTP的rNTPs共同孵育以进行RdRP反应。为消除单链RNA,将反应产物用RNase I处理,最终产物通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分析。放射性标记的RdRP产物可在过夜曝光后通过放射自显影检测。
人端粒酶逆转录酶(TERT)是端粒酶的催化亚基,它利用端粒酶RNA组分(TERC)这一特异性RNA模板来延长端粒1。尽管TERT作为端粒酶的组成部分负责端粒DNA的聚合,但结构与系统发育分析表明,TERT与病毒RNA依赖性RNA聚合酶(RdRP)以及病毒逆转录酶密切相关,并与这些聚合酶共享结构域2,3,4。RdRP是一种以RNA为模板合成互补RNA链的酶。该酶不仅存在于病毒中,也存在于植物、酵母和线虫等模式生物中,RdRP介导的双链RNA合成在这些生物中参与转录和转录后水平的基因沉默5,6。尽管长期以来人类中未发现RdRP,我们在2009年发现人TERT具有RdRP活性7。
我们首先利用重组蛋白证实了TERT的RdRP活性7,然后建立了一种灵敏的 体外 检测内源性TERT的RdRP活性的实验方法8在这里,我们演示了 体外 内源性TERT的RdRP检测(IP-RdRP检测)。该方法首先对内源性TERT进行免疫沉淀(IP),随后进行 体外 RdRP 反应,其中放射性核糖核苷酸被掺入新生的 RNA 链中。
1. 试剂配制
2. HeLa 细胞的制备
注意:准备处于有丝分裂期(经处理)或异步分裂(未经处理)的 HeLa 细胞。将细胞培养在含 5% CO2 的环境中,37 °C 条件下。
3. 免疫沉淀-依赖RNA的RNA聚合酶(IP-RdRP)检测
使用推荐的RNA模板,在过夜曝光后,仅在处于有丝分裂期的HeLa细胞中可观察到20至30个核苷酸(nt)之间的放射性RdRP产物(图1A)。通常,RdRP产物的信号强度呈现两个峰值,分别位于约25 nt和30 nt处,这与通过下一代测序确认的产物大小分布一致9。与有丝分裂细胞相反,未进行同步化的HeLa细胞几乎不产生20–30 nt的放射性产物。所有样本中位于20 nt以下的椭圆形信号为非特异性漂移。
如果在有丝分裂的 HeLa 细胞中仅观察到约 30 nt 的微弱信号产物,则表明 RdRP 反应进行不充分。例如,若微球菌核酸酶(MNase)处理操作过于粗略或不适当,有丝分裂 HeLa 细胞中的信号强度会显著降低(图 1B)。使用陈旧的 HMD 溶液进行 RdRP 反应也会减少产物生成(图 1C)。

图1:有丝分裂期HeLa细胞中内源性TERT的代表性RdRP产物。(A) 经诺考达唑(处理)或DMSO(未处理)处理的HeLa细胞中IP-RdRP检测的三个代表性结果。使用化学合成的34 nt RNA作为模板。(B) 在有丝分裂期HeLa细胞中进行IP-RdRP检测时,使用了不适当的MNase处理。(C) 在有丝分裂期HeLa细胞中进行IP-RdRP检测时,使用新鲜或陈旧的HMD溶液。请点击此处查看该图的放大版本。
| 试剂 | 体积 |
| 微球菌核酸酶,20 U/µL | 1 µL |
| 微球菌核酸酶缓冲液,10x | 8 µL |
| 无RNase水 | 51 µL |
表1:MNase 反应混合液组分。
| 试剂 | 体积 |
| CHAPS, 0.07% (wt/vol) | 6 µL |
| HMD 溶液 | 2 µL |
| rATP, 80 mM | 0.5 µL |
| rGTP, 8 mM | 1 µL |
| rUTP, 0.4 mM | 1 µL |
| rCTP, 8 mM | 1 µL |
| RNase 抑制剂, 40 U/µL | 0.5 µL |
| 无 RNase 水 | 1 µL |
表2:RdRP反应体系组分。
| 试剂 | 体积 |
| RNase ONE 核糖核酸酶,10 U/µL | 0.2 µL |
| 反应缓冲液,10x | 20 µL |
| 无RNase水 | 159.8 µL |
表3:核糖核酸酶反应体系组分。
IP-RdRP 检测是一种用于检测人 TERT 的 RdRP 活性的敏感方法。TERT 蛋白在有丝分裂的 HeLa 细胞中高表达,其中 TERT 形成 RdRP 复合物8,9,10这表明有丝分裂期的HeLa细胞是检测RdRP活性的理想材料。在上述方案中,有丝分裂期细胞和非同步化的HeLa细胞分别作为阳性对照和阴性对照。如图所示 图1A在有丝分裂的HeLa细胞中,使用推荐的RNA模板进行RdRP实验,产物在20至30 nt范围内显示出广泛的放射性信号。除HeLa细胞外,我们还在多种不同类型的细胞系中进行了该实验,发现信号模式在不同细胞类型中可能发生变化。9:一些样品仅在约30 nt处显示出强信号,另一些则表现出与HeLa细胞相似的模式。我们还使用了除34 nt模板以外的其他RNA模板进行该检测8,短链和长链(约300 nt)且序列各异的RNA,并已成功利用这些模板获得RdRP产物,尽管可能存在一定的序列偏好性。然而,首次实验建议使用处于有丝分裂期的HeLa细胞以及34 nt的RNA模板。RdRP能够以引物依赖性和引物非依赖性两种方式生成双链RNA11我们已报道,TERT 作为人类 RdRP 可维持这一特性7,9TERT 通过反向引物机制,以具有 3'-折叠结构的 RNA 模板合成双链 RNA7对于34 nt的RNA模板,TERT在不使用引物的情况下合成互补链9为了特异性检测以非引物依赖方式合成的RdRP产物, 即从头合成 合成的RNA产物,[α-32P]NTP 可替换为 [γ-32P]NTP 在 RdRP 反应中的作用9.
在磁珠上的TERT免疫复合物中进行MNase处理是获得理想结果的关键步骤。如果MNase处理时间过长或振荡过于剧烈,RdRP产物将显著减少。为避免此类问题,我们强烈建议严格遵循本实验方案。HMD溶液是另一个影响成功的关键因素。如果发现信号非常微弱,应更换为新配制的HMD溶液。
在整个实验过程中,应格外注意避免RNase污染。核糖核酸酶处理应使用专用设备进行。操作核糖核酸酶后,应立即将接触过RNase的枪头和离心管丢弃,并使用专用溶液清除RNase例如 RNase Quiet) 并更换槽道。
TERT 不仅与 TERC 相互作用,还与多种内源性 RNA 相互作用,我们已报道了其中一部分7。对免疫沉淀-逆转录依赖性 RNA 聚合酶(IP-RdRP)检测方法进行改良,例如在不进行微球菌核酸酶(MNase)处理的情况下实施 IP-RdRP 检测,将能够全面列出 TERT 相关 RdRP 活性的内源性 RNA 模板,并通过生物信息学分析提供其序列特征的指导。我们已成功将该方案应用于组织裂解液。由于 TERT 在多种正常组织和肿瘤组织中均有表达,该检测方法可能有助于研究 TERT 在人类中的非经典酶学功能。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究部分由日本医疗研究开发机构(AMED)的癌症治疗创新研究开发项目(P-DIRECT)(15cm0106102h0002,K.M.)和癌症研究与治疗进化项目(P-CREATE)(16cm01061150001,K.M.);武田科学振兴财团(Y.M.);高松宫妃癌症研究基金资助项目(13-24520,Y.M.);以及日本学术振兴会(JSPS)科学研究费补助金 JP16K07133(Y.M.)资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 杜尔贝科’s 改良伊格尔’DMEM培养基 | 和光 | 044-29765 | |
| 胎牛血清(FBS) | CORNING | 35-010-CV | |
| 青霉素-链霉素混合溶液 | nacalai tesque | 26253-84 | |
| 胰蛋白酶-乙二胺四乙酸(EDTA)溶液 | nacalai tesque | 32777-44 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS(-)) | 和光 | 166-23555 | |
| 胸腺嘧啶脱氧核苷 | nacalai tesque | 07147-61 | |
| 诺考达唑 | Sigma | M1404 | |
| 二甲基亚砜(DMSO) | nacalai tesque | 08904-85 | |
| 氯化钠 | nacalai tesque | 31333-45 | |
| 三(羟甲基)氨基甲烷 | nacalai tesque | 35434-21 | |
| 盐酸 | nacalai tesque | 18321-05 | |
| Nonidet P-40 (NP-40) | nacalai tesque | 25223-04 | |
| Pierce Protein A Plus 琼脂糖凝胶 | 赛默飞世尔科技 | 22812 | |
| 2-[4-(2-羟乙基)-1-哌嗪基]乙磺酸(HEPES) | nacalai tesque | 17514-15 | |
| 氢氧化钾 | 和光 | 168-21815 | |
| 乙酸钾 | nacalai tesque | 28405-05 | |
| 六水合氯化镁(MgCl2•6H₂O | 和光 | 135-00165 | |
| 甘油 | 那可利得司 | 17045-65 | |
| 聚氧乙烯(10)辛基苯基醚(Triton X-100) | 和光 | 169-21105 | |
| cOmplete,无EDTA | 罗氏应用科学 | 11 873 580 001 | |
| 二水合氯化钙(CaCl2•2H2O | nacalai tesque | 06731-05 | |
| 微球菌核酸酶(MNase) | Takara Bio | 2910A | |
| 乙二醇双(β-氨基乙基醚)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA) | nacalai tesque | 15214-92 | |
| 3-[(3-胆酰胺丙基)二甲基铵]-1-丙磺酸盐(CHAPS) | nacalai tesque | 07957-64 | |
| 二硫苏糖醇(DTT) | nacalai tesque | 14128-91 | |
| rCTP、rATP、rUTP、rGTP,各100 mM | Promega | E6000 | |
| [α-32P]UTP(3,000 Ci/mmol) | PerkinElmer | NEG507H | 使用新鲜的RI进行检测 |
| RNase 抑制剂 | TOYOBO | SIN-201 | |
| 蛋白酶K | Takara | 9033 | |
| 酸性酚-氯仿,pH 4.5(含IAA,125:24:1) | Life Technologies | AM9720 | |
| 3 M 醋酸钠 | NIPPON GENE | 316-90081 | |
| 乙醇(99.5) | nacalai tesque | 14713-95 | |
| Dr. GenTLE 沉淀载体 | Takara Bio | 9094 | |
| RNase One 核糖核酸酶 | Promega | M4265 | |
| 十二烷基硫酸钠(SDS) | nacalai tesque | 02873-75 | |
| 甲酰胺,去离子 | nacalai tesque | 16345-65 | |
| 乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(EDTA) | nacalai tesque | 15130-95 | |
| 橙黄G | nacalai tesque | 25401-22 | |
| CO2 培养箱 | 例如,ASTEC | SCA-325DRS | |
| 离心 | 例如,TOMY | EX-135 | 对于步骤 B) |
| 微型制冷离心机 | 例如,KUBOTA | 3740 | 对于步骤 6.2 |
| 超声波破碎仪 | Qsonica | Q125 | 在步骤 6.4 中,将微尖(#4422)安装到超声波破碎仪上 |
| 微型制冷离心机 | 例如,TOMY | MX-305 | 对于步骤 6.5 |
| 低温培养箱 | 例如,Panasonic | MIR-154-PJ | 在内部设置一个旋转摇床 |
| 旋转摇床 | 例如,TAITEC | RT-5 | |
| 低温培养箱 | 例如,TAITEC | BR-43FL | 设置摇床 “MINI WAVE” 内部,用于步骤 7.7 |
| MINI WAVE | AS ONE | WEV-03 | 用于步骤 7.7、8.5 和 8.6 的摇床 |
| 培养箱 | 例如,TAITEC | HB-80 | 设置摇床 “MINI WAVE” 内部,用于步骤 8.5 和 8.6 |
| 孵育块 | 例如,ASTEC | BI-516S |