Method Article

基于生物素的下拉法对细胞 miRNAs mRNA 靶点的验证

DOI:

10.3791/57786

⸱

June 12th, 2018

 ,  ,  , 
1School of Biotechnology, Kalinga Institute of Industrial Technology University, 21. Center for AIDS Health Disparities Research Department of Biochemistry and Cancer Biology, Meharry Medical College, 3Kalinga Institute of Industrial Technology University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本报告描述了一种快速可靠的方法来验证细胞 miRNAs 的 mRNA 目标。该方法采用合成生物素化锁定核酸 (低噪声放大) miRNA 模拟捕获靶 mRNA。随后, 采用链亲和素包覆磁性微珠对靶 mRNA 进行 qPCR 聚合酶链反应的定量。

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MicroRNAs (miRNAs) 是一类小非编码 rna, 后转录调节细胞基因表达。MiRNAs 绑定到 3 ' 未翻译的区域 (UTR) 的目标 mRNA, 以抑制蛋白质的翻译或在某些情况下导致 mRNA 退化。miRNA 对目标 mRNA 的 3 ' UTR 的绑定由 miRNA 5 ' 末端的2–8核苷酸种子序列介导。虽然 miRNAs 作为细胞调控分子的作用已经建立, 但与功能相关的目标基因的识别仍然是一个挑战。生物信息学工具被用来预测 3 ' UTR 基因中的序列, 作为 miRNA 绑定的潜在目标。这些工具也被用来确定这些序列在相关物种之间的进化守恒, 以预测功能作用。然而, 这些计算方法往往产生假阳性结果, 仅限于预测 miRNA 和 mRNA 之间的典型交互作用。因此, 测量 miRNA 对其 mRNA 靶的直接约束的实验程序是建立功能交互的必要条件。在本报告中, 我们描述了一种敏感的方法来验证细胞 miRNA miR-125b 和 3 ' UTR PARP-1 mRNA 之间的直接相互作用。我们制定了一个协议, 其中合成生物素化 miRNA 模仿被转染成哺乳动物细胞和 miRNA mRNA 复合体的细胞裂解物被拉下来与链亲和素涂层磁性珠。最后, 采用 qPCR 策略对下拉核酸复合体中的靶 mRNA 进行量化。

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MicroRNAs (miRNAs) 是小的非编码 rna, 负调节蛋白表达1。miRNA 的前体通过基因组的许多区域聚集, 最频繁地在基因间区域和蛋白质编码基因的内含子2,3。合成的 miRNAs 涉及转录 miRNAs 从 miRNA 编码基因4。miRNAs 进行序贯处理, 先在细胞核内, 然后在细胞质中生成单股 miRNAs4,5。随后, 成熟的 miRNAs 被纳入到 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC): 一个 multimeric 蛋白-RNA 复合物, 其中包括 Argonaute 的蛋白质家族成员的目标识别4,5, 6,7。在 RISC 复杂的成熟 miRNAs 主要绑定到目标基因8,9,10的 3 ' UTR, 但也可以偶尔绑定在编码和 5 ' UTR 地区的 mRNA10,11.miRNA 与 mrna 序列的结合导致了平移沉默12,13,14 , 在某些情况下 mRNA 失稳15。由于单个 miRNA 可以针对许多基因, 这些调控分子参与几乎每一个细胞过程, 并有牵连在各种疾病情况下16,17,18。

详细了解 miRNAs 如何调节细胞通路需要识别目标基因。多个生物信息学平台可用于预测假定的 miRNA: mRNA 相互作用19,20。这些预测依赖于完美的沃森-克里克基配对的2–8核苷酸种子序列的 miRNA 和一个互补序列内的目标 mRNA4,21。此外, 这些工具生成 miRNA 的二级结构: mRNA 双工, 计算这种分子相互作用的热力学参数, 并显示跨物种的结合点的保护, 以提高目标的功能相关性预测。不幸的是, 这些工具也有限制预测假阳性目标在一个非常高的速度 (〜 27–70%)15,22。最重要的是, 这些在硅平台中无法识别 miRNAs 与目标23的非规范交互。因此, 这种预测分析往往与实验方法相结合, 以验证功能相关的目标。

已经开发了多种方法来实验验证 miRNA: mRNA 相互作用。使用 miRNA 模拟器、海绵和抑制剂的基因实验, 改变细胞 miRNAs 的水平, 为其对目标基因表达24、25、26的调控作用提供了线索。此外, 通过联合转染包含目标 mRNA 3 ' UTR 区域的克隆和 miRNA 模拟器或抑制剂进入细胞, 以记者为基础的化验, 提供了 miRNAs26的调节功能的证据。这些方法对于研究基因表达后转录调控的 miRNAs、转染效率和细胞 miRNA 水平变化的 pleotropic 效应是至关重要的, 这些遗传方法的主要局限性是23, 26。因此, miRNA 与靶的直接相互作用的补充生物化学方法, 可以更好地了解 miRNAs 的细胞功能。

研究 miRNA 与目标直接相互作用的一种广泛应用的方法是 RISC 复合体的免疫沉淀, 其次是复杂27、28、29、30 中的 mRNA 靶检测..最近, 还利用改进的 RISC 陷阱方法识别 miRNA 目标;它在 miRNA mrna 中间体中对目标进行稳定, 并对 mrna 靶点进行纯化。然而, 这些 methodsface 了 rna 和 rna 结合蛋白之间的非特异相互作用的内在挑战, 通常由细胞间隔31,32隔开。此外, 这些化验是依赖于存在的 AGO2 蛋白免疫沉淀的 RISC 复杂33。鉴于 AGO2 不是唯一的 argonaute 调解有效的 miRNA: mRNA 相互作用, 排除其他 argonautes 可能导致有偏见的结果34。因此, 要研究 miRNA 对 mRNA 的直接结合, 需要采取替代的策略。

在本报告中, 我们详细阐述了一个 miRNA 和它的目标 mRNA 直接相互作用的方法。首先, 3 ' 生物素化锁定核酸 (低噪声放大) miRNA 模仿者转染成哺乳动物细胞。然后, miRNA: 细胞裂解物中的 mRNA 复合体是用链亲和素包覆的磁性珠子捕获的。用 qPCR 量化了其互补 miRNA 的 mRNA 靶。

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Protocol

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1. 转染 3 '-生物素化 miRNA

注: 在无菌层流罩内执行以下步骤。

  1. 种子 4 x 105–5 x 105 HEK-293T 细胞每井在2毫升完全 Dulbecco 的改良鹰培养基 (DMEM) [DMEM 补充10% 胎牛血清 (血清) 和1x 笔链球菌抗生素]。培养细胞在孵化器设置在37°c, 5% CO2隔夜。
  2. 第二天, 检查在光显微镜下被镀细胞的健康和黏附。
    注意: 确保细胞在继续下一步之前坚持并获得适当的形态学。HEK-293T 细胞通常准备转染 18–24 h 后电镀。
  3. 在一个无菌的1.7 毫升离心管, 稀释 75 picomoles 生物素化 miRNA 200 µL 最小的基本介质。将这种混合物转移到另一种1.7 毫升离心管, 含有脂质体基转染试剂 (8 µL/井) 稀释200µL 的最小基本介质。完全混合, 但轻轻地, 通过吹打和孵化20–25分钟在室温允许形成转染复合物。
  4. 用温和的吹打从6井培养板中取出旧介质, 用1.6 毫升新鲜制备的完整 DMEM (不需要1x 枝链球菌抗生素) 补充每一个井。
  5. 使用校准良好的吸管将转染复合物 (从 1.3) 降为6井板中的细胞。在添加复合物的同时, 轻轻地旋转盘子, 以确保其均匀分布在板材上。
    注意: 这一步对于实现高效转染非常关键, 必须谨慎和耐心地进行。
  6. 培养细胞在37°c 和 5% CO2为至少 36 h。

2. 链亲和素涂覆磁珠的制备-I。

  1. 并用重悬链亲和素磁珠彻底涡流。将30µL 的珠悬浮 (每样) 转移到2毫升核酸酶离心管。
  2. 将包含珠悬浮的管放在磁珠分离器支架上 ("磁铁" 以后) 为2分钟。在确保珠子被拉到与磁铁接触的管子侧面后, 用微小心地取出上清液。
  3. 添加100µL 的珠洗涤缓冲器 (10 毫米三氯 pH 7.5, 0.5 毫米 EDTA, 1 米氯化钠) 的珠子。把管子从磁铁上取下。漩涡为十五年代在室温下洗涤珠子。
  4. 将含有珠子的管子放在磁铁上2分钟, 小心地除去并丢弃上清。
  5. 重复步骤2.3 和 2.4, 总共三洗涤。最后洗完一步后, 从磁铁上取下管子。
  6. 添加100µL 的 RNase 释放溶液 (0.1 米氢氧化钠, 0.05 米氯化钠) 的珠子, 混合在十五年代的涡流, 并在室温下孵化5分钟. 将含珠的管放在磁铁上2分钟, 并小心地除去并丢弃上清。
  7. 重复步骤 2.6, 总共三次。
  8. 添加珠泥沙溶液 (0.5 米氯化钠) 到珠, 漩涡十五年代, 并在室温孵育5分钟. 将悬浮珠放在磁铁上2分钟, 并小心地取出上清。
  9. 添加200µL 的珠阻断溶液 (1 µg/µL BSA, 2 µg/µL 酵母 tRNA) 的珠子。在室温下由温和的涡流混合在一起十五年代。在多管旋转体上孵育16小时 (超晚) 4 摄氏度。

3. 细胞裂解物的制备

  1. 在层流罩内用不育的细胞刮板来收割转染的 HEK-293T 细胞, 然后将每个样品转移到无菌的2毫升离心管中。
  2. 用离心法在 1500 x g上并用重悬5分钟, 在1x 无菌 PBS (磷酸盐缓冲盐水) 中颗粒, pH 7.2。离心机再以 1500 x g为5分钟, 获得无残留介质的颗粒。立即将含有颗粒的管子浸入冰中。
  3. 制备新鲜完整细胞裂解缓冲液 (150 毫米氯化钠, 25 毫米三氯, pH-7.5, 5mM, 0.5% IGEPAL, 60 U/毫升 Superase, 1x 蛋白酶抑制剂)。
    注: 缺乏 IGEPAL、Superase 和蛋白酶抑制剂鸡尾酒的细胞裂解缓冲液可以提前制备, 并贮存在室温下。通过将上述补充剂添加到库存细胞裂解缓冲液中, 并将其储存在冰上, 准备一组全新的完整细胞裂解缓冲液。
  4. 将260µL 的冰冷完整细胞裂解缓冲液添加到离心管中的每个样品中 (即,每个离心管都含有从6井板的一个井中收获的细胞), 并并用重悬细胞颗粒成均匀悬浮由吹打。
  5. 用冻融法溶解细胞: 在-80 摄氏度的10–15中孵育试管。然后, 允许细胞在冰上解冻。
  6. 离心机所产生的细胞裂解在 1.6万 x g 5 分钟的冷冻台式离心机设置为4摄氏度。
  7. 将清除的细胞裂解液转移到冰上无菌的1.7 毫升离心管上。扔掉小球。
    注: 清除的裂解液的最终体积应该是 ~ 240–250µL。
  8. 将5M 氯化钠添加到已清除的裂解液中, 最后浓度为 1M, 并在冰上保持样品。

4. 链亲和素磁珠的制备-II。

  1. 准备新鲜完整的下拉洗涤缓冲器 (10 毫米氯化钾, 1.5 毫米氯化镁2, 10 毫米三氯 pH 值 7.5, 5 毫米, 1 米氯化钠, 0.5% IGEPAL, 60 u/毫升 Superase, 1x 蛋白酶抑制剂鸡尾酒)
    注: 不 IGEPAL、Superase 和蛋白酶抑制剂鸡尾酒的下拉式洗涤缓冲器库存, 可预先准备, 并存放在室温下。通过将上述补充剂添加到库存细胞裂解缓冲液中, 并将其储存在冰上, 准备一组全新的完整细胞裂解缓冲液。
  2. 把装有准备好的珠子的管子 (从步骤 2.9) 放在磁铁上2分钟. 小心地取出并丢弃上清。
  3. 添加150µL 的冰冷完整的下拉洗涤缓冲区的珠子。十五年代的旋涡, 在室温下孵化 30–60 s. 把管子放在磁铁上2分钟小心地取出并丢弃上清。
  4. 重复步骤 4.3, 总共3次。
  5. 并用重悬在300µL 的完整拉下洗涤缓冲器的珠子。

5. 目标 mRNA-miRNA 配合物的下拉

  1. 将300µL 细胞裂解液 (从步骤 3.8) 转移到含有300µL 珠的离心管 (从步骤 4.5)。
  2. 在室温下在 nutating 搅拌机上孵化混合物1小时。
  3. 把管子放在磁铁上5分钟, 小心地取出并丢弃上清。
  4. 添加300µL 的冰冷完整的下拉洗涤缓冲区的珠子。漩涡为十五年代在室温和安置管子在磁铁5分钟. 小心地去除和丢弃上清。
  5. 重复步骤5.4 次。
  6. 并用重悬在100µL 核酸酶水中的珠子, 在冰上孵化。

6. 总 RNA 提取、cDNA 合成和 qPCR

  1. 使用适当的方法从悬浮珠子 (从步骤 5.6) 中提取总 RNA (见材料表)。并用重悬提取的总 RNA 在25µL 的核酸酶无水。用分光光度法测定 RNA 浓度和质量 (吸收率在 260/280)。准备50µL 的 RNA 的工作存货。
  2. 在 triplicates 中, 使用适当的 cdna 合成试剂盒 (见材料表), 在最后体积为20µL (表 1) 中使用 50 ng 总 RNA (从步骤 6.1) 中进行 cdna 合成。然后, 根据表 2中描述的条件, 将 PCR 管加载到 qPCR 仪器中进行热循环。
  3. 使用 SYBR 绿色化学 (见材料表) 对 CDNA 进行 qPCR (从步骤6.2 中):
    1. 在无菌条件下, 在96井清楚的底板上进行 triplicates 的所有 qPCR 反应。
    2. 整除9µL 的反应混合物从 qPCR 主混合 (见表 3) 到每一个良好的板块。然后, 在每个井中添加1µL 的 cDNA, 以达到10µL 的最终体积. 用耐热 pcr 板封口机密封 pcr 板并将其加载到 qPCR 仪器中
    3. 按照表 4中描述的条件执行热循环。
    4. 将每个示例的表达式级别 (Ct 值) 规范化到被炒控件的表达式级别。使用这些值计算表达式中的折叠更改。

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Results

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MiRNAs 通过绑定到目标基因来调节细胞过程。因此, 识别 mRNA 目标是理解 miRNA 功能的关键。在此, 我们详细阐述了一种识别细胞 miRNA mRNA 靶的方法。这个协议是从迩那里改编的。35利用生物素化低噪声的 miRNA 模拟到下拉靶 mRNA 的改进。基于低噪声的寡核苷酸模拟提高了靶结合的特异性, 由于改性核糖环的稳定性较高, 不含毒性效应36,37,38。我们采用这种方法将 PARP-1 mRNA 作为细胞 miRNA miR-125b 的靶向。在调节神经元功能39、40的脑组织中检测到最高的 miR-125b 表达水平。为了确定神经元细胞中 miR-125b 的靶点, 我们最近报告说...

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Discussion

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细胞 miRNAs mRNA 靶点的鉴定对于了解其调控功能具有重要意义。基于种子序列互补和保护目标序列19、20, 采用了几种计算工具对目标进行预测。虽然这些工具很有价值, 但它们可以产生高级别的误报和假阴性。因此, 这些预测结合了实验方法, 如 RISC 复合体的免疫沉淀和 miRNA 的拉下: mRNA 复合体, 以确认 miRNAs 对各自目标27,31的直接约束力。本报告详述了一个实验策略, 利用生物素化 miRNA 模拟到下拉靶 mRNA。生物素下拉可用于识别高灵敏度、低假阳性率35、43的 miRNA 靶。因此, 通过耦合序列筛选捕获的 RNA 池, 也可以利用该方法对 miRNA 目标进行识别。但是, 此方法44有几个限制。外源...

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Disclosures

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作者声明没有竞争的金融和非金融利益。

Acknowledgements

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这项工作得到了国家卫生研究院 (NIH)、DA024558、DA30896、DA033892、DA021471、AI22960 和 MD007586 (C.D.) DA037779 的部分支持。这项工作还得到了 RCMI 赠款 G12MD007586、范德比尔特 CTSA 补助金 UL1RR024975、Meharry 翻译研究中心 MeTRC 赠款 (CTSA U54/nih、RR026140/国立卫生研究院 NCRR 补助金和田纳西州艾滋病中心) 的支持。研究 (P30 AI110527)。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
细胞系 - HEK293T 细胞ATCCCRL-3216
热灭活胎牛血清 （Hi-FBS）GIBCO/Thermofisher10438-026
Dulbecco's 修改后的鹰's 培养基 （DMEM）GIBCO/Thermofisher11995-065
磷酸盐缓冲盐水 （PBS） （1x）GIBCO/Thermofisher20012-027
胰蛋白酶-EDTA （0.25%） GIBCO/Thermofisher25200-056
青霉素-链霉素溶液 （100x）Cellgro/Mediatech30-002-CI
DNase AmbionAM2238
Opti-MEM 减血清培养基GIBCO/Thermofisher3198-088
Liopfectamine 2000 转染试剂Invitrogen/Thermofisher11668-019
生物素化 hsa-miR-125bExiqon339178/ID-27281622
生物素化加扰对照Exiqon479997-671/ID-714884
IGEPALSigma-Aldrich18896
链霉亲和素磁珠Pierce88816
酵母 tRNAInvitrogen/Thermofisher15401-011
牛血清白蛋白 （BSA）Sigma-AldrichA2153
氯化钾 （KCl） 溶液Sigma-Aldrich60142
氯化镁 （MgCl2）溶液Sigma-AldrichM1028
氢氧化钠 （NaOH）Sigma-Aldrich795429
乙二胺四乙酸二钠盐 （EDTA） 溶液，0.5 M，pH 8.0Sigma-AldrichE7889
二硫苏糖醇 （DTT）Sigma-Aldrich43815
超级酶Ambion/ThermofisherAM2694
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-AldrichP8340
不含 RNAse/DNAse 的水GIBCO/Thermofisher10977-015
RNeasy 提取试剂盒Qiagen74104
iScript-Select cDNA 合成试剂盒Biorad170-8897
qPCR 引物 Invitrogen/Thermofisher
iTaq-Universal SYBR 绿色超混合液Biorad172-5120
DynaMag-Spin 磁力架Invitrogen/Thermofisher12320D

References

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