本文介绍一种在单个亚端粒区域插入MS2序列标签以生成癌细胞克隆的实验方案。该方法基于MS2-GFP系统,可在活细胞中实现对单个端粒来源的端粒重复序列包含RNA(TERRA)内源性转录本的可视化观察。
方法文章
本文介绍一种在单个亚端粒区域插入MS2序列标签以生成癌细胞克隆的实验方案。该方法基于MS2-GFP系统,可在活细胞中实现对单个端粒来源的端粒重复序列包含RNA(TERRA)内源性转录本的可视化观察。
端粒被转录产生含有端粒重复序列的长链非编码RNA(TERRA),据认为其在端粒生物学中发挥重要作用,包括异染色质形成和端粒长度稳态的调控。最新研究发现,TERRA分子还可与染色体内部区域相互作用,从而调控小鼠胚胎干细胞(ES细胞)中的基因表达。与此证据一致,RNA荧光 原位 杂交(RNA-FISH)分析表明,仅有一部分TERRA转录本定位于染色体末端。深入理解TERRA分子的动态行为将有助于阐明其功能及作用机制。本文介绍了一种利用MS2-GFP系统在癌细胞中标记并可视化单个端粒TERRA转录本的方法。为此,我们提供了一项实验方案,以AGS人胃癌细胞系为例,构建稳定克隆,使其在单一亚端粒区整合MS2序列。当带有MS2标签的端粒转录产生TERRA时,会表达出带有MS2标签的TERRA分子;通过共表达与GFP融合的MS2 RNA结合蛋白(MS2-GFP),可在活细胞荧光显微镜下观察到这些分子。该方法使研究人员能够研究癌细胞中单个端粒来源TERRA分子的动态变化,并可推广应用于其他细胞系。 关键词:TERRA转录本,端粒,MS2-GFP系统,活细胞成像,RNA-FISH,AGS细胞系,染色体末端,单分子标记
长链非编码RNA TERRA从染色体的端粒近端区域转录,其转录方向朝向染色体末端,并在端粒重复序列区域内终止1,2因此,TERRA 转录本的5'端包含由亚端粒区衍生而来的序列,并以端粒重复序列(在脊椎动物中为UUAGGG)结尾3TERRA 被认为在端粒处的异染色质形成中发挥重要作用4,5DNA复制6促进染色体末端之间的同源重组7,8,9,调控端粒结构10端粒长度稳态2,11,12,13此外,TERRA 转录本与小鼠胚胎干细胞(ES 细胞)中大量端粒外位点相互作用,从而调控广泛的基因表达14与这些证据一致,RNA 荧光 原位 杂交(RNA-FISH)分析表明,仅有一部分TERRA转录本定位于端粒1,2,15此外,有报道称TERRA可在小鼠细胞中形成定位于X和Y染色体的核内聚集体2,16这些发现表明,TERRA 转录本在细胞核内经历复杂的动态变化。解析 TERRA 分子的动态特性将有助于阐明其功能及作用机制。
MS2-GFP 系统已被广泛用于在多种生物的活细胞中可视化 RNA 分子17,18。该系统先前已被用于标记并可视化酿酒酵母(S. cerevisiae)中的单个端粒 TERRA 分子12,19。利用该系统,最近的研究发现酵母 TERRA 转录本在双相生长转换后期定位于细胞质中,提示 TERRA 可能具有细胞核外功能20。我们近期已使用 MS2-GFP 系统在癌细胞中研究单个端粒的 TERRA 转录本21。为此,我们采用 CRISPR/Cas9 基因组编辑技术将 MS2 序列整合至单个端粒(15号染色体长臂端粒,以下简称 Tel15q),并获得了表达 MS2 标记的内源性 Tel15q TERRA 的克隆(TERRA-MS2 克隆)。通过共表达一种与 GFP 融合的 MS2 RNA 结合蛋白(MS2-GFP),该蛋白可识别并结合 MS2 RNA 序列,从而实现在活细胞中对单个端粒 TERRA 转录本的可视化21。本方案的目的是详细描述生成 TERRA-MS2 克隆所需的各个步骤。
为构建TERRA-MS2克隆,需将MS2表达盒整合至15q端粒的亚端粒区,位于TERRA启动子区域及其转录起始位点的下游。该MS2表达盒包含一个两侧带有lox-p位点的新霉素抗性基因,其在15q亚端粒区的整合通过CRISPR/Cas9系统完成22。转染MS2表达盒后,筛选单克隆,并通过PCR、DNA测序和Southern印迹法验证表达盒在亚端粒区的正确整合。对阳性克隆感染表达Cre重组酶的腺病毒,以去除表达盒中的筛选标记,仅保留MS2序列和一个lox-p位点于15q亚端粒区。通过RT-qPCR验证来自Tel15q的MS2标记TERRA转录本的表达。最后,通过逆转录病毒感染在TERRA-MS2克隆中表达MS2-GFP融合蛋白,从而利用荧光显微镜观察MS2标记的TERRA转录本。使用端粒重复序列特异性探针,可通过RNA-FISH和活细胞成像清晰检测到TERRA转录本1,2,15,23。这些方法可在单细胞分辨率下提供TERRA分子总体定位的重要信息。在单一亚端粒区域含有MS2序列的克隆构建成功后,研究人员将能够研究活细胞中单个端粒来源的TERRA转录本的动态行为,从而有助于阐明TERRA的功能及其作用机制。
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1 . Selection of Neomycin Resistant Clones
2. Screening of Neomycin Resistant Clones
3. Verification of TERRA-MS2 Transcript Expression by RT-qPCR
4. Production of a MS2-GFP Expressing Retrovirus
5. Visualization of TERRA-MS2 Transcripts in Living Cells
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图 1 展示了实验策略的总体概述。图中显示了在 AGS 细胞中构建 TERRA-MS2 克隆的主要实验步骤及相应的时间安排(图 1A)。第 1 天,将 MS2 插入片段和表达 sgRNA/Cas9 的载体共转染至 6 孔板的多个孔中(如 图 1B 所示)。两条不同的 15q 端粒近端特异性引导 RNA 序列被克隆至表达 Cas9 切口酶的 pX335 载体中,生成两种 sgRNA-pX335 载体,并与 MS2 插入片段共同转染。可将其中一个孔转染表达 GFP 的载体,以验证转染效率。第 2 天,将细胞用胰蛋白酶消化,并从单个孔转移至含筛选培养基的 10 cm 培养皿中。第 3 天更换培养基,此时大多数未转染的细胞已死亡。细胞在筛选培养基中持续培养,直至可见单克隆形成并可用于挑取。在此期间,不应进行胰蛋白...
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本文介绍一种生成含MS2序列的人类癌细胞克隆的方法,其中MS2序列已整合至15q亚端粒区域。利用这些克隆,可通过共表达MS2-GFP融合蛋白,利用荧光显微镜检测由15q亚端粒转录的MS2标记的TERRA分子。该方法使研究人员能够在活细胞中研究来自单个端粒的TERRA动态行为21。在本实验方案中,TERRA-MS2克隆选自AGS细胞系,该细胞系是研究TERRA的一个理想模型系统,因为TERRA在人类胃癌样本中的表达水平上调24。然而,本文所述方案可经调整后适用于其他细胞系中TERRA-MS2克隆的筛选。原则上,通过使用特异性的MS2表达盒和CRISPR策略,可将MS2序列整合至除15号染色体端粒以外的其他亚端粒区域。本方法中采用Cas9切口酶(nickase)和双导向RNA,以提高整合的特异性22。采用该策略,在AGS细胞中预计可鉴定出约2%的阳性克隆。也可尝试测试其他类型的Cas9酶,以提高克隆筛选的成功率25。此外,为最大化克隆筛选效率,需特别注...
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作者声明不存在竞争性财务利益
我们感谢特伦托大学CIBIO先进影像中心以及维也纳马克斯·F·佩鲁茨实验室(MFPL)生物光学显微镜设施的工作人员。本研究工作获得了Mahlke-Obermann基金会以及欧盟第七框架计划(研究、技术发展与示范项目)的资助,项目编号为609431,授予EC。EC还获得了意大利教育大学与研究部(MIUR) Rita Levi Montalcini博士后奖学金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| AGS细胞 | - | - | Christian Baron(Université 德蒙特é等) |
| F12K 营养混合物 1X | GIBCO | 21127022 | AGS细胞培养基 |
| L-谷氨酰胺 | CORNING | MT25005CI | 细胞培养基成分 |
| 青霉素-链霉素溶液 | CORNING | 30-002-CI | 细胞培养基成分 |
| 胎牛血清 | Sigma Aldrich | F2442 | 细胞培养基成分 |
| DMEM 1X | GIBCO | 21068028 | phoenix细胞培养基 |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | C1016 | 用于凤凰细胞转染 |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | 用于凤凰细胞转染(HBS 溶液) |
| KCl | Sigma Aldrich | P9333 | 用于凤凰细胞转染(HBS 溶液) |
| 葡萄糖 | Sigma Aldrich | D9434 | 用于凤凰细胞转染(HBS 溶液) |
| NaCl | Sigma Aldrich | S7653 | 用于凤凰细胞转染(HBS 溶液)和逆转录病毒沉淀 |
| Na2HPO4 | Sigma Aldrich | S3264 | 用于Phoenix细胞转染(HBS溶液) |
| 1×胰蛋白酶EDTA溶液 | CORNING | 59430C | 用于细胞传代 |
| DPBS 1X | GIBCO | 14190250 | 杜氏磷酸盐缓冲液 |
| DMSO | Sigma Aldrich | D8418 | 细胞冻存液组分(80% FBB 和 20% DMSO) |
| G-418 硫酸二氢盐 | 福麦迪亚 | G4185 | 筛选药物 |
| 明胶溶液 生物试剂 | Sigma Aldrich | G1393 | 96孔DNA板的封板与冻存 |
| Tris碱 | Fisher BioReagents | 10376743 | 基因组DNA提取用细胞裂解缓冲液组分 |
| EDTA | Sigma Aldrich | E6758 | 基因组DNA提取用细胞裂解缓冲液组分 |
| SDS | Sigma Aldrich | 71729 | 基因组DNA提取用细胞裂解缓冲液组分 |
| 蛋白酶K | 赛默飞世尔科技 | AM2546 | 基因组DNA提取用细胞裂解缓冲液组分 |
| RNA酶A | 赛默飞世尔科技 | 12091021 | DNA 提取过程中的 RNA 降解 |
| 琼脂糖 | Sigma Aldrich | A5304 | DNA凝胶制备 |
| Atlas ClearSight | Bioatlas | BH40501 | 用于在琼脂糖凝胶中检测DNA和RNA样品的染色试剂 |
| 乙醇 | Fisher BioReagents | BP28184 | DNA沉淀 |
| 乙酸钠 | Sigma Aldrich | 71196 | 用于在3M浓度、pH 5.2条件下进行DNA沉淀 |
| Wizard SV 凝胶与 PCR 纯化系统 | Promega | A9282 | 从琼脂糖凝胶中提取PCR片段以进行新霉素阳性克隆的PCR筛选 |
| Trizol | AMBION | 15596018 | 用于RNA提取的有机溶剂 |
| Dnase I | 赛默飞世尔科技 | 89836 | 基因组DNA从RNA中的降解 |
| dNTPs 混合物 | Invitrogen | 10297018 | 用于逆转录和PCR反应 |
| DTT | Invitrogen | 707265ML | 用于RT反应 |
| 焦碳酸二乙酯 | Sigma Aldrich | D5758 | 用于以1:1000稀释度使水中的RNase失活 |
| Ribolock | 赛默飞世尔科技 | EO0381 | RNase 抑制剂 |
| MOPS | Sigma Aldrich | M9381 | RNA凝胶的制备 |
| 多聚甲醛 | 电子显微镜科学公司 | 15710 | 变性RNA凝胶的制备(含1% PFA的1x MOPS) |
| Superscript III 逆转录酶 | Invitrogen | 18080-093 | 逆转录反应 |
| Pfu DNA聚合酶(重组) | 赛默飞世尔科技 | EP0501 | PCR反应 |
| 2X qPCRBIO SyGreen Mix Separate-ROX | PCR BIOSYSTEMS | PB 20.14 | qPCR 反应 |
| Cre-GFP 腺病毒 | https://medicine.uiowa.edu/vectorcore | 1174-HT | 用于感染 TERRA-MS2 克隆以去除 neomycn 基因 |
| 丁酸钠 | Sigma Aldrich | B5887 | 用于促进Phoenix细胞中逆转录病毒颗粒的产生 |
| PEG8000 | Sigma Aldrich | 89510 | 逆转录病毒颗粒的沉淀 |
| 35µ玻璃底培养皿 | Ibidi | 81158 | 用于TERRA-MS2克隆的活细胞成像分析 |
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