本文介绍了一种应用点击化学辅助的RNA相互作用组捕获(CARIC)策略的详细方案,用于鉴定与编码RNA和非编码RNA结合的蛋白质。
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本文介绍了一种应用点击化学辅助的RNA相互作用组捕获(CARIC)策略的详细方案,用于鉴定与编码RNA和非编码RNA结合的蛋白质。
全面鉴定RNA结合蛋白(RBPs)对于理解细胞内的转录后调控网络至关重要。目前广泛使用的RBP捕获策略依赖于靶标RNA的多聚腺苷酸化[poly(A)],该修饰主要存在于真核生物成熟mRNA上,导致大多数非poly(A) RNA结合蛋白未被识别。本文详细描述了一种近期报道的方法——点击化学辅助RNA相互作用组捕获技术(CARIC),该方法通过结合RNA的代谢标记、体内紫外交联以及生物正交标记,实现了对poly(A)和非poly(A) RBP的全转录组范围捕获。
人类基因组被转录成多种类型的编码和非编码RNA(ncRNA),包括mRNA、rRNA、tRNA、小核RNA(snRNA)、小核仁RNA(snoRNA)以及长链非编码RNA(lncRNA)1。这些RNA中的大多数都结合了RNA结合蛋白(RBP),并以核糖核蛋白颗粒(RNP)的形式发挥功能2。因此,全面鉴定RNA结合蛋白(RBP)是理解RNA与RBP之间调控网络的前提,该网络与多种人类疾病相关3,4,5。
过去 近年来,已在多种真核系统中发现大量RNA结合蛋白2,6,包括人类7,8,9,10,11,小鼠12,13,14,酵母9,15,16,斑马鱼17, 黑腹果蝇18,19, 秀丽隐杆线虫16, 拟南芥20,21,22和人类寄生虫23,24,25这些进展得益于Castello开发的RBP捕获策略 等7 和 Baltz 等8 2012年,该方法结合了 体内 RNA 及其相互作用蛋白的紫外交联、poly(A) RNA 的寡核苷酸(dT) 捕获,以及基于质谱(MS)的蛋白质组学分析。然而,由于 poly(A) 主要存在于成熟 mRNA 上,而成熟 mRNA 仅占真核生物转录组的约 3% - 5%26这种广泛使用的方法无法捕获与非poly(A) RNA相互作用的RNA结合蛋白(RBPs),包括大多数非编码RNA(ncRNAs)和前体mRNA(pre-mRNAs)。
本文报道了一种新近开发的策略,用于在转录组范围内全面捕获聚腺苷酸化(poly(A))和非聚腺苷酸化(non-poly(A))RNA结合蛋白的详细实验步骤。27称为CARIC,该策略结合了 体内 UV交联与利用光激活及代谢标记对RNA进行标记 "可点击的" 核苷类似物(含有可参与点击反应的生物正交功能基团)、4-硫代尿苷(4SU)和5-乙炔基尿苷(EU)。采用CARIC策略获得理想结果的关键步骤包括高效的代谢标记、紫外交联和点击反应,以及RNA完整性的维持。由于点击反应中用作催化剂的Cu(I)可能导致RNA断裂,因此必须使用能够减少RNA断裂的Cu(I)配体。本文描述了如何在细胞裂解液中进行高效的点击反应,同时避免严重的RNA降解。
尽管本方案仅描述了在HeLa细胞中捕获和鉴定RNA结合蛋白(RBP)的方法,但CARIC策略可适用于多种细胞类型,并可能拓展至活体生物。除了RBP的捕获外,本方案还提供了质谱样品制备以及蛋白质鉴定与定量的简化分步操作流程,对于不熟悉蛋白质组学实验的研究人员尤为有帮助。
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警告:在适用情况下,所用试剂应购买无RNase的形式,或溶解于无RNase的溶剂中(大多数情况下,使用焦碳酸二乙酯(DEPC)处理过的水)。在处理RNA样本和无RNase试剂时,务必佩戴手套和口罩,并频繁更换,以避免RNase污染。
1. 代谢标记并进行紫外交联细胞裂解液的制备
2. RNA互作组捕获样品的制备
3. RNA-相互作用组捕获
4. 质量控制
5. 质谱样品的制备
6. 质谱仪性能与数据分析
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展示了质量控制步骤的代表性结果。结果包括步骤 2.3.2 中描述的凝胶内荧光分析图(图 1)、步骤 4.1.3 中描述的蛋白质印迹分析图(图 2A)以及步骤 4.2.2 中描述的银染分析图(图 2B)。质量控制步骤对于优化 CARIC 实验方案至关重要。在进行大规模 RBP 鉴定实验制备时,务必包含质量控制环节。

图1:步骤2.3.2中所述点击标...
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保持RNA完整性良好是成功进行CARIC实验的关键之一。通过使用适当的Cu(I)配体并谨慎操作,RNA降解可显著减少,尽管仍观察到部分降解现象。实验样品中EU和4SU的取代率分别为1.18%和0.46%(数据未显示)。对于长度为2,000 nt的完整RNA,约90%的RNA至少含有一个EU和一个4SU;对于长度为1,000 nt的部分降解RNA,约70%的RNA至少含有一个EU和一个4SU。因此,RNA的部分降解不会显著降低CARIC的效率,但严重降解是不可接受的。
另一个关键步骤是步骤1.4,即点击反应的准备。RNA上的Cu(I)催化点击反应对LDS浓度敏感。高浓度(> 0.1%)的LDS会导致含EU的RNA上的标记信号减弱,同时蛋白质上的背景信号增强(数据未显示)。
除了 EU 之外,CARIC 还可与其他可点击核苷兼容,例如炔基和叠氮基腺苷类似物33,34,
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作得到国家自然科学基金项目 91753206、21425204 和 21521003 以及国家重点研发计划项目 2016YFA0501500 的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| HeLa | ATCC | ||
| DMEM(杜尔贝科改良伊格尔培养基) | 赛默飞世尔科技 | 11995065 | |
| FBS(胎牛血清) | 赛默飞世尔科技 | 10099141 | |
| 青霉素 && 链霉素 | 赛默飞世尔科技 | 15140122 | |
| EU(5-乙炔基尿苷) | 芜湖华仁科技有限公司 | CAS:69075-42-9 | |
| 4SU(4-硫代尿苷) | Sigma Aldrich | T4509 | |
| 10×PBS(磷酸盐缓冲液) | 赛默飞世尔科技 | AM9625 | |
| 紫外交联仪 | UVP | CL-1000 | 配备365 nm紫外灯 |
| 焦碳酸二乙酯(DEPC) | Sigma Aldrich | D5758 | 用于处理水。有剧毒! |
| Tris·HCl,pH 7.5 | 赛默飞世尔科技 | 15567027 | |
| LiCl | Sigma Aldrich | 62476 | |
| Nonidet P-40 | Biodee | 74385 | |
| 无EDTA蛋白酶抑制剂混合物 | 赛默飞世尔科技 | 88265 | 每50 mL裂解缓冲液使用一片。 |
| LDS(十二烷基硫酸锂) | Sigma Aldrich | L9781 | |
| 15 mL 超滤管(截留分子量 10 kDa) | Millipore | UFC901024 | |
| 0.5 mL超滤管(截留分子量10 kDa) | 默克密理博 | UFC501096 | |
| 链霉亲和素磁珠 | 赛默飞世尔科技 | 88816 | |
| DMSO(二甲基亚砜) | Sigma Aldrich | 41639 | |
| 叠氮-生物素 | 点击化学工具 | AZ104 | |
| 硫酸铜(II) | Sigma Aldrich | C1297 | |
| THPTA [三(3-羟丙基三唑基甲基)胺] | Sigma Aldrich | 762342 | |
| 抗坏血酸钠 | Sigma Aldrich | 11140 | |
| 叠氮-Cy5 | 点击化学工具 | AZ118 | |
| LDS 样品缓冲液(4×) | 赛默飞世尔科技 | NP0008 | |
| 10% bis-Tris 凝胶 | 赛默飞世尔科技 | NP0301BOX | |
| EDTA | 赛默飞世尔科技 | AM9260G | |
| RNase A | Sigma Aldrich | R6513 | |
| SDS(十二烷基硫酸钠) | 赛默飞世尔科技 | 15525017 | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | |
| Brij-97 [聚氧乙烯(20)油醚] | J&K | 315442 | |
| 三乙醇胺 | Sigma Aldrich | V900257 | |
| 链霉亲和素琼脂糖 | 赛默飞世尔科技 | 20353 | |
| 尿素 | Sigma Aldrich | U5378 | |
| Sarkosyl(月桂酰肌氨酸钠)N月桂酰肌氨酸钠盐 | Sigma Aldrich | 61743 | |
| 生物素 | Sigma Aldrich | B4501 | |
| 脱氧胆酸钠 | Sigma Aldrich | 30970 | |
| MaxQuant | 版本:1.5.5.1 |
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