本文介绍一种灵敏、快速且具有高分辨能力的凝胶后染色方法,可用于对带有RNA Mango适体I、II、III或IV标记的RNA进行成像,适用于天然或变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)凝胶。在完成标准PAGE电泳后,可使用TO1-Biotin对带有Mango标签的RNA进行简便染色,并利用常见的荧光成像仪进行分析。
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本文介绍一种灵敏、快速且具有高分辨能力的凝胶后染色方法,可用于对带有RNA Mango适体I、II、III或IV标记的RNA进行成像,适用于天然或变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)凝胶。在完成标准PAGE电泳后,可使用TO1-Biotin对带有Mango标签的RNA进行简便染色,并利用常见的荧光成像仪进行分析。
天然聚丙烯酰胺凝胶和变性聚丙烯酰胺凝胶分别常规用于表征核糖核蛋白(RNP)复合物的迁移行为以及测定RNA的大小。由于许多凝胶成像技术依赖非特异性染料或昂贵的荧光探针,因此亟需灵敏、具有分辨能力且经济的凝胶成像方法。RNA Mango核心序列是一类较小的(19–22 nt)序列基序,当被任意RNA茎结构封闭时,可简便且低成本地添加至目标RNA上。这些Mango标签能够以高亲和力和特异性结合一种称为TO1-Biotin的噻唑橙类荧光配体,该配体在结合后荧光信号可增强数千倍。本文展示了Mango I、II、III和IV可用于在凝胶中以高灵敏度特异性成像RNA。在含有钾离子和20 nM TO1-Biotin的成像缓冲液中浸泡30分钟,即可检测到天然凝胶中低至62.5 fmol的RNA以及变性凝胶中低至125 fmol的RNA。我们通过在复杂的总细菌RNA混合物背景下对带有Mango标签的6S细菌RNA进行成像,验证了Mango标记系统的特异性。
Mango 是一种RNA标记系统,由四个小型荧光RNA适体组成,这些适体可紧密(纳摩尔级结合)结合噻唑橙的简单衍生物(TO1-生物素,图1A)1,2,3。结合后,该配体的荧光强度根据具体适体的不同可增强1,000至4,000倍。Mango系统的高亮度(其中Mango III的亮度超过增强型绿色荧光蛋白eGFP)结合RNA Mango适体的纳摩尔级结合亲和力,使其既可用于RNA复合物的成像,也可用于其纯化2,4。
Mango I5、II6 和 III7 的X射线结构已获得高分辨率解析,这三种适体均利用RNA四链体结构结合TO1-生物素(图1B–D)。这三种适体的紧凑核心均通过紧凑的衔接基序与外部RNA序列隔离。Mango I和II均采用一种柔性的类似GNRA环的衔接结构,将其Mango核心连接至任意RNA双链(图1B、C)。相比之下,Mango III则利用一种刚性的三链体基序将其核心连接至任意RNA螺旋(图1D,紫色残基),而Mango IV的结构目前尚未明确。由于这些适体的配体结合核心均通过螺旋衔接结构与外部RNA序列分离,因此它们很可能均可被简单地整合到多种RNA中。已有研究成功将细菌6S调控RNA(Mango I)、酵母剪接体组分(Mango I)以及人源5S RNA、U6 RNA和一种C/D型scaRNA(Mango II和IV)以这种方式标记2,8,表明许多生物RNA均可利用RNA Mango适体系统进行标记。
变性凝胶和非变性凝胶常用于RNA研究。变性凝胶通常用于判断RNA大小或RNA加工情况,但在例如Northern印迹等情况下,通常需要多个缓慢且连续的步骤才能获得图像。尽管其他RNA荧光适体(如RNA Spinach和Broccoli)已成功用于凝胶成像9,但迄今为止,尚无任何荧光适体系统具备Mango系统所拥有的高亮度和高亲和力,因此探索Mango系统的凝胶成像能力具有重要意义。在本研究中,我们探讨了RNA Mango系统是否可简单地拓展应用于凝胶成像,因为TO1-Biotin的激发和发射波长(分别为510 nm和535 nm)适用于大多数荧光凝胶扫描仪器中常见的eGFP通道进行成像。
本文介绍的胶后染色方案可快速、特异性地检测天然态和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)凝胶中的Mango标记RNA分子。该染色方法包括将凝胶浸泡在含有钾离子和TO1-Biotin的缓冲液中。RNA Mango适体基于G-四链体结构,而钾离子是稳定此类结构所必需的。利用由最小Mango编码DNA模板转录的RNA(见方案部分),通过这一简单的染色流程,我们可在天然凝胶中检测到低至62.5 fmol的RNA,在变性凝胶中可检测到125 fmol的RNA。与常用的非特异性核酸染料(见材料表,下文简称SG)相比,即使样品中含有高浓度的总未标记RNA,我们仍能清晰识别出Mango标记的RNA。
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1. 试剂的准备
2. 变性凝胶的制备与上样
3. 天然凝胶的制备与上样
4. 通过T7体外转录制备RNA
注意:用于RNA Mango结构体的加尾转录10的DNA序列通过商业途径订购。在本方法中,含有待转录序列及T7启动子的反向互补(RC)序列的DNA寡核苷酸,与T7启动子的上链序列退火后,在体外进行转录。以下每个寡核苷酸中,Mango核心序列的反向互补序列以粗体显示,T7启动子区域的反向互补序列以斜体显示。常规字体的残基对应于其他任意的互补螺旋区域,这些区域有助于Mango核心正确折叠。
芒果 I:GCA CGT ACT CTC CTC TCC GCA CCG TCC CTT CGT ACG TGC CTA TAG TGA GTC GTA TTA AAG
芒果 II:GCA CGT ACT CTC CTC TTC CTC TCC TCT CCT CGT ACG TGC CTA TAG TGA GTC GTA TTA AAG
芒果 III:GGC ACG TAC GAA TAT ACC ACA TAC CAA TCC TTC CTT CGT ACG TGC CTA TAG TGA GTC GTA TTA AAG
芒果 IV:GCA CGT ACT CGC CTC ATC CTC ACC ACT CCC TCG GTA CGT GCC TAT AGT GAG TCG TAT TAA AG
T7 上游链:CTT TAA TAC GAC TCA CTA TAG G
5. 凝胶后染色
6. 在凝胶中成像芒果标记的 RNA
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短芒果标记的RNA按照方案部分所述方法制备。考虑到由于凝胶中含有尿素,在变性条件下荧光最难以观察,我们首先研究了芒果适配体对作为核酸变性剂的尿素的耐受性。我们发现,芒果适配体在尿素浓度高达约1 M时仍具有显著的抗变性能力(图2A)。在向变性凝胶中添加染色液之前,凝胶中尿素的终浓度为6 M。因此,加入足够的染色液将尿素浓度降低至1 M,将最有利于确保全部四种芒果适配体均呈现完全荧光。实际操作中,染色步骤所达到的效果略低于此最优条件,但若需要,可通过增加染色液体积,或在染色过程中更换一次溶液这一简便方法轻易加以纠正。
在将Mango标记的RNA构建体上样至变性凝胶后,通过在8%变性凝胶中加入三种不同量的Mango III,优化染色时间以获得最大凝胶荧光信号(图2B)。时间进程显示,浸泡在凝胶染色液中5分钟后,荧光信号已清晰可见。Mango III构建体的最大荧光信号在染色20–40分钟后达...
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Mango 荧光标记的一个显著优势在于,单个标记可实现多种用途。这些适配体具有高亮度和高亲和力,不仅可用于细胞内成像2,还可用于体外 RNA 或核糖核蛋白复合物(RNP)的纯化4。因此,凝胶成像以一种直接的方式进一步拓展了 Mango 标记的多功能性。Mango 凝胶成像的灵敏度略低于 Northern 印迹法14,但无需耗时且繁琐的膜转移和探针杂交步骤,即可轻松检测到 60–120 fmol 的 RNA 样品。该检测效率与先前报道的小 RNA 在凝胶中基于杂交探针的检测效率相当15。尽管其他荧光生成型适配体技术——特别是 RNA Spinach——具有更高的灵敏度和特异性9,但目前尚无其他方法能同时具备 Mango 适配体系统所拥有的高亮度和高亲和力,这使得单一 RNA 标记可用于细胞成像、RNP 纯化,以及现在的凝胶成像。
该凝胶染色实验方案...
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Mango 荧光系统正在申请专利。
作者感谢Razvan Cojocaru和Amir Abdolahzadeh提供的技术协助,以及Lena Dolgosheina对手稿的校对。本项目获得了加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)向P.J.U.提供的运营资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于30 mL PAGE凝胶的0.8 mm厚14孔梳子 | LabRepCo | 11956042 | |
| 101-1000 µL 提示 | Fisher | 02-707-511 | |
| 20-200 µL 低保留率 提示 | Fisher Scientific | 02-717-143 | |
| 丙烯酰胺:N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(40%,19:1) | 生物试剂 | BP1406-1 | 急性毒性 |
| 丙烯酰胺:N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(40%,29:1) | Fisher | BP1408-1 | 急性毒性 |
| 琼脂 | Anachemia | 02116-380 | |
| 铝箔背衬的薄层色谱板 | Sigma-Aldrich | 1164840001 | |
| Amersham Imager 600 | GE Healthcare Lifesciences | 29083461 | |
| 过硫酸铵 | 伯乐(Bio-Rad) | 161-0700 | 有害的 |
| BL21细胞 | NEB | C2527H | |
| 硼酸 | 酸性磷酸酶 | B-2940 | |
| 溴酚蓝钠盐 | Sigma | B8026-25G | |
| 氯仿 | 酸性磷酸酶 | C3300 | |
| 二硫苏糖醇 | Sigma Aldrich 醇类 | D0632-5G | |
| DNase I | 赛默飞世尔科技 | EN0525 | |
| EDTA 二钠盐 | 酸性磷酸酶 | E-4320 | |
| 乙醇 | 商业 | P016EAAN | |
| 平胶加样提示 | Costar | CS004854 | |
| 甲酰胺 99% | Alfa Aesar | A11076 | |
| 凝胶电泳装置安装好间隔条和梳子 | LabRepCo | 41077017 | |
| 带塑料盖的玻璃培养皿 | Pyrex | 1122963 | 应足够大以容纳你的胶块 |
| 甘油 | Anachemia | 43567-540 | |
| HCl | Anachemia | 464140468 | |
| ImageQuanTL | GE Healthcare Lifesciences | 29000605 | |
| IPTG | Invitrogen | 15529-019 | |
| KCl | 酸性磷酸酶 | P-2940 | |
| MgCl2 | 坩埚 | 4903-01 | |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M3409 | |
| NaCl | 酸性磷酸酶 | S-2830 | |
| NaOH | BDH | BDH9292 | |
| 轨道旋转器 | Lab-Line | ||
| 苯酚 | Invitrogen | 15513-039 | |
| 圆形凝胶上样吸头 | Costar | CS004853 | |
| 磷酸氢二钠 | 坩埚 | 8120-1 | |
| 磷酸二氢钠 | 坩埚 | 8180-01 | |
| SYBRGold | 赛默飞世尔科技 | S11494 | |
| T7 RNA 聚合酶 | ABM | E041 | |
| TEMED | Sigma-Aldrich | T7024-50 ml | |
| TO1-3PEG-Biotin 氟染料 | ABM | G955 | |
| Tris碱 | Fisher | BP152-500 | |
| 胰蛋白胨 | Fisher | BP1421-500 | |
| Tween-20 | Sigma | P9496-100 | |
| 尿素 | Fisher | U15-3 | |
| 二甲苯青 | Sigma | X4126-10G | |
| 酵母提取物 | Bioshop | YEX401.500 |
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