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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
我们提出了利用 hela 细胞研究哺乳动物细胞周期中双链 rna 结合蛋白激酶 rna 激活 (pkr) 的 rna 相互作用的实验方法。该方法利用甲醛对交联 rna-pkr 复合物和免疫沉淀进行富集 pkr 约束 rna。这些 rna 可以通过高通量测序或 qrt-pcr 进一步分析。
蛋白激酶 rna 激活 (pkr) 是先天免疫反应蛋白的成员, 并能识别病毒 rna 的双链二级结构。当与病毒双链 rna (dsrna) 结合时, pkr 经历二聚化和随后的自磷酸化。磷酸化 pPKR (ppkr) 变得活跃, 并诱导真核起始因子 2 (eif2α) 的α亚基磷酸化, 以抑制全局平移。越来越多的证据表明, pkr 可以在生理条件下激活, 例如在细胞周期中或在各种压力条件下, 没有感染。然而, 由于缺乏捕获和分析 pkr 相互作用 dsrna 的标准化实验方法, 我们对 pkr rna 激活剂的理解有限。在这里, 我们提出了一个实验方案, 以专门丰富和分析 pkr 绑定 rna 在细胞周期中使用 hela 细胞。利用甲醛的有效交联活性固定 pkr-rna 复合物, 并通过免疫沉淀分离。然后可以进一步处理 pkr 联合免疫沉淀 rna, 以生成高通量测序库。pkr 相互作用的细胞 dsrna 的一个主要类别是线粒体 rna (mtrna), 它可以通过重链和光链 rna 之间的互补相互作用作为分子间 dsrna 存在。为了研究这些双工 mtrna 的散变性, 我们还提出了一种带特异性 qrt-pcr 的方案。我们的协议是针对 pkr 结合 rna 的分析而优化的, 但它可以很容易地进行修改, 以研究其他 dsrna 结合蛋白的细胞 dsrna 或 rna 相互体。
蛋白激酶 rna 激活 (pkr), 也被称为真核起始因子2α激酶 2 (EIF2AK2), 是一种特征良好的蛋白激酶, 传输 rna 提供的信息。它属于真核翻译起始2亚基α (eif2α) 激酶家族和磷酸酯 eif2α在丝氨酸51响应感染,以抑制全球翻译1。在此背景下, pkr 被病毒双链 rna (dsrna) 激活, 为 pkr 二聚和自磷酸化2提供了一个平台。除了 eif2α, pkr 还可以磷酸化 p53, 胰岛素受体底物 1, 抑制剂 b, 和 c-jun n-端子激酶 (jnk) 调节活性的许多信号转导途径 3,4,5, 6。
pkr 最初被确定为一种在脊髓灰质炎病毒感染过程中磷酸化 eif2α的激酶, 通过识别脊髓灰质炎病毒的 dsrna 7,8。pkr 越来越多地被发现在免疫反应之外发挥着多方面的作用, 其异常激活或故障在许多人类疾病中都隐含着。在细胞凋亡过程中经常观察到活着的磷酸化 pPKR (ppkr), 是退行性疾病患者的共同特征, 尤其是亨廷顿病、帕金森症和阿尔茨海默病等神经退行性疾病9 10,11,12, 13.此外, pkr 在代谢应激和热休克等各种压力条件下被激活, 14、15、16、17。另一方面, pkr 的抑制导致细胞增殖甚至恶性转化的增加 18,19。pPKR 功能在正常大脑功能和细胞周期中也很重要, 因为在 m 期20、21、22 期间, ppkr 水平升高。在这种情况下, ppkr 抑制全局转换, 并为正确的细胞分裂20所需的关键有丝分裂信号系统提供提示。此外, 长时间激活 pkr 导致 g2m 相细胞周期停止在中国仓鼠卵巢 23.因此, pkr 磷酸化由负反馈回路调节, 以确保在 mg1 过渡期间快速失活21。
尽管 pkr 功能范围广泛, 但由于缺乏能够激活 pkr 的标准化高吞吐量实验方法来捕获和识别 dsrna, 我们对 pkr 激活的理解有限。先前的研究表明, pkr 可以与由两个倒置 alu 重复 (iralus)20、24形成的 dsrna 相互作用, 但存在额外的细胞 dsrna 的可能性, 这些细胞 dsrna 可以在细胞周期内或以下激活 pkr。人类细胞的应激条件尚未探索。识别 rna 结合蛋白 (rbp) rna 相互体的常规方法是利用紫外光将 rna-rbp 复合物交联 25、26、27。最近的一项研究将这种紫外交联方法应用于小鼠系统, 并确定小核子蛋白 rna 可以调节 pkr 激活在代谢应激16。利用甲醛的高交联效率, 提出了一种在 hela 细胞28细胞周期中识别 pkr 相互作用 rna 的替代方法。在其他 dsRBPs (如 staufen 和 drosha29、30、31) 的研究中也采用了类似的方法。我们发现 pkr 可以与各种类型的非编码 rna 相互作用, 如短插层核元件 (sine)、长穿插核元素 (line)、内源性逆转录病毒元素 (erv), 甚至α-卫星 rna。此外, 我们还表明 pkr 可以与线粒体 rna (mtrna) 相互作用, 线粒体 rna 通过重链和光链 rna28之间的互补相互作用形成分子间 dsrna。最近的一份出版物进一步支持了我们的数据, 即一些 mtrna 以双工形式存在, 并可以激活 dsrna 传感器, 如黑色素瘤差异相关的蛋白质 5, 以诱导干扰素32。更重要的是, mtrna 的表达和亚细胞定位在细胞周期和各种压力源中被调节, 这可能对它们调节 pkr 激活28的能力很重要。
在本文中, 我们提出了一个详细的协议, 最近开发的甲醛交联和免疫沉淀 (fCLIP) 方法来捕获和分析 pkr 相互作用的 rna 在细胞周期。我们演示了用胸苷和诺加唑制备细胞周期抑制样本的方法。然后, 我们提出了分离 pkr 绑定 rna 的 fclip 过程, 以及一种准备高吞吐量测序库以识别这些 rna 的方法。此外, 我们还描述了使用 qrt-pcr 分析 pkr 绑定 rna 的详细过程。具体而言, 我们提出了一个字符串特定的逆转录过程来分析 mtrna 的字符串。所述协议针对 hara 细胞和 pkr 进行了优化, 但可轻松修改细胞周期样本、fclip 和特异性 qrt-pcr 分析等关键步骤, 以研究细胞 dsrna 或识别其他 dsRNAs 的 rna 干扰体。
1. 溶液和细胞制备
2. 甲醛交联和免疫沉淀
3. 测序库准备
4. 利用 qrt-pcr 分析 pkr 相互作用的 rna
图 1显示了在细胞周期的 s 或 m 阶段逮捕 hela 细胞的过程示意图。对于 m 相抑制样本, 我们可以在显微镜下清楚地显示圆形细胞 (图 2a)。为了检查细胞周期抑制的效率, 可以使用流式细胞仪分析细胞的核含量 (图 2b)。图 3显示了免疫沉淀效率测试的代表性数据, d7f7 抗体显示出优于免疫沉淀 pkr 的能力。免疫沉淀效率的这种差异可能反映在使用两种不同的 pkr 抗体制备的高通量测序库的类别分布的差异上 (图 4)。d7f7 抗体的特异性进一步证实了使用整个 blot 西方分析的 pkr 免疫沉淀 (图 5a) 和总细胞裂解物 (图 5A)。图 6显示了在高通量测序库准备过程中去除 rrna 前后的放射性同位素信号。图 7显示了 rna 中 mtrna 的富集与 pkr 共同沉淀, 但不在 rna 中的富集与兔 igg 或 diorge 综合征染色体区域 8 (dgcr8) 共同免疫沉淀。图 8显示了 s 或 m 相夹紧样本中 pkr 约束 mtrna 的代表性链特异性 qrt-pcr 分析。

图 1: 制备细胞周期抑制样本的示意图.(A、B)准备 s (a) 或 m (b) 相环被捕的 hela 细胞的原理图。请点击这里查看此图的较大版本.

图 2: 细胞周期被抑制样本的分析.(a) s 或 m 相抑制样本的相位对比图像。条形图为250微米。(b) 显示样品核含量的流式细胞仪分析。请点击这里查看此图的较大版本.

图 3: pkr 抗体的免疫沉淀效率试验.为了成功地丰富 pkr 结合 rna, 应使用具有明确免疫沉淀效率的抗体, 如 d7f7 抗体。请点击这里查看此图的较大版本.

图 4: 使用不同 pkr 抗体制备的测序库的 rna 类分布.使用不同的 pkr 抗体进行 fCLIP 导致了不同的映射测序读取类分布。这种差异可能是由于免疫沉淀效率的差异造成的。这一数字已从 kim 等人 28人的报告中修改。请点击这里查看此图的较大版本.

图 5: d7f7 pkr 抗体的特异性。(A、B)对 pkr 免疫沉淀 (a) 或总热拉裂解液 (b) 的全 blot 西方分析显示, 只有一个与 pkr 大小相对应的强带, 表明 d7f7 抗体在识别 pkr 方面具有高度的特异性。请点击这里查看此图的较大版本.

图 6: pkr 共免疫沉淀 rna 的放射性同位素信号.(a) pkr 联合免疫沉淀 rna 可以通过标记其 5 ' 端标记为 r-atp 来检测。(b) 在成功去除 rrna 后, 观察到放射性信号减少。请点击这里查看此图的较大版本.

图 7: 验证 pkr-mrna 相互作用.记录 2倍富集 mtrna 在 rna 共同免疫沉淀与指示抗体。只有 pkr 联合免疫沉淀 rna 样本显示出强的 mtrna 富集。用家兔 igg 和 dgcr8 抗体作为阴性对照。这一数字已从 kim 等人 28人的报告中修改。请点击这里查看此图的较大版本.

图 8: pkr-trna 的应变特异性 qrt-pcr 分析.(A、B)利用应变特异性逆转录酶分析了 s (a) 或 m (b) 相抑制细胞与 pkr 共同免疫沉淀的 mtrna 的狭窄性。这一数字已从 kim 等人 28人的报告中修改。请点击这里查看此图的较大版本.
作者没有什么可透露的。
我们提出了利用 hela 细胞研究哺乳动物细胞周期中双链 rna 结合蛋白激酶 rna 激活 (pkr) 的 rna 相互作用的实验方法。该方法利用甲醛对交联 rna-pkr 复合物和免疫沉淀进行富集 pkr 约束 rna。这些 rna 可以通过高通量测序或 qrt-pcr 进一步分析。
这项工作得到了韩国国家研究基金会通过韩国政府科学和信息通信技术部资助的韩国国家研究基金会 (nrf-2016r1c1b29886) 的支持。
| 0.5 M EDTA,pH 8.0 | Thermo Fisher Scientific | AM9260G | |
| 1 M Tris,pH 7.0 | Thermo Fisher Scientific | AM9855G | |
| 1 M Tris,pH 8.0 | Thermo Fisher Scientific | AM9855G | |
| 1.7 mL 微量离心管 | Axygen | MCT-175-C | |
| 10% Nonidet-p40 (NP-40) | 生物溶液 | BN015 | |
| 10X DNA 上样缓冲液 | TaKaRa | 9157 | |
| 15 mL 锥形管 | SPL | 50015 | |
| 3' 接头 | 5'-rApp NN NNT GGA ATT CTC GGG TGC CAA GG/3ddC/-3'3 | ||
| M 乙酸钠 pH 5.5 | Thermo Fisher Scientific | AM9740 | |
| 5' 接头 | 5'-GUU CAG AGU UCU ACA GGA CGA UCN NNN-3' | ||
| 5 M NaCl | Thermo Fisher Scientific | AM9760G | |
| 50 mL 锥形管 | SPL | 50050 | |
| 酸-苯酚氯仿,pH 4.5 | Thermo Fisher Scientific | AM9722 | |
| Agencourt AMPure XP | Beckman Coulter | A63881 | 磁珠 DNA/RNA 清理 |
| 南极碱性磷酸酶 | New England Biolabs | M0289S | |
| 抗 DGCR8 | 内部制造 | ||
| 抗 PKR (D7F7) | 细胞信号技术 | 12297S | |
| 抗 PKR (Milli) | Millipore EMD | 07-151 | |
| ATP (100 mM) | GE Healthcare | GE27-2056-01 | |
| 溴酚蓝钠盐 | Sigma-aldrich | B5525 | |
| 小牛肠道碱性磷酸酶 | TaKaRa | 2250A | |
| 细胞刮刀 25 cm 2 位 | Sarstedt | 83.183 | |
| CMV 启动子序列 | 5'-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3'Dulbecco | ||
| 改良鹰培养基 | Welgene | LM001-05 | |
| dNTP 混合物 (2.5 mM) | TaKaRa | 4030 | |
| 乙醇,绝对,ACS 级 | Alfa-Aesar | A9951 | |
| 胎牛血清 | Merck | M-TMS-013-BKR | |
| 甲酰胺 | Merck | 104008 | |
| 甘氨酸 | 生物碱性 | GB0235 | |
| GlycoBlue 共沉淀剂 (15 mg/mL) | Thermo Fisher Scientific | AM9516 | |
| 异丙醇 | Merck | 8.18766.1000 | |
| NEB最新 rRNA 去除试剂盒 | New England Biolabs | E6318 | rRNA 去除试剂盒 |
| 诺考达唑 | Sigma-Aldrich | M1404 | |
| 正常兔 IgG | 细胞信号技术 | 2729S | |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | 6148 | |
| PCR 正向引物 (RP1) | 5'-AAT GAT ACG GCG ACC ACC ACC GCG ATC TAC ACG TTC AGA GTT CTA CAG TCC GA-3' | ||
| PCR 索引反向引物 (RPI) | 5'-CAA GCA GAA GAC GGC ATA CGA GAT NNN NNN GTG ACT GGA GTT CCT TGG CAC CCG AGA ATT CCA-3'PCR | ||
| 管,带平盖,0.2 mL | Axygen | PCR-02-C | |
| 磷酸盐水 (PBS) 片 | 剂TaKaRa | T9181 | |
| Phusion 高保真 DNA 聚合酶 | New England Biolabs | M0530 | 高保真聚合酶 |
| 带水平转子的 PlateFuge 微量离心机 | Benchmark | c2000 | |
| 多核苷酸激酶 (PNK) | TaKaRa | 2021A | |
| 蛋白酶 K,重组,PCR 级 | Sigma-Aldrich | 3115879001 | |
| qPCR 引物序列: CO1 重 | 正 | 向/反向:5′-GCCATAACCCAATACCAAACG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | |
| qPCR 引物序列:CO1 光 | 正向/反向:5′-TTGAGGTTGCGGTCTGTTAG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:CO2 重 | 正向/反向:5′-CTAGTCCTGTATGCCCTTTTCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:CO2 光 | 正向/反向:5′-GTAAAGGATGCGTAGGGATGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:CO3 重正 | 向/反向:5′-CCTTTTACCACTCCAGCCTAG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:CO3 光 | 正向/反向:5′-CTCCTGATGCGAGTAATACGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列: CYTB 重 | 正向/反向: 5′-CAATTATACCCTAGCCAACCCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:CYTB Light | Forward/Reverse:5′-GGATAGTAATAGGGCAAGGACG -3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:GAPDH | 正向/反向:5′-CAACGACCACTTTGTCAAGC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND1 重 | 正向/反向:5′-TCAAACTCAAACTACGCCCTG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND1 光 | 正向/反向:5′-GTTGTGATAAGGGTGGAGAGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND4 重正 | 向/反向:5′-CTCACACTCATTCTCAACCCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND4 光 | 正向/反向:5′-TGTTTGTCGTAGGCAGATGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND5 重正 | 向/反向:5′-CTAGGCCTTCTTACGAGCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND5 光 | 正向/反向:5′-TAGGGAGAGCTGGGTTGTTT-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND6 重正 | 向/反向:5′-TCATACTCTTTCACCCACAGC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| qPCR 引物序列:ND6 光 | 正向/反向:5′-TGCTGTGGGTGAAAGAGTATG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′ | ||
| 随机六聚体 | Thermo Fisher Scientific | SO142 | |
| 重组 Dnase I(无 Rnase)(5 U/μL) | TaKaRa | 2270A | |
| 重组 Rnase 抑制剂 (40 U/μL) | TaKaRa | 2313A | |
| Ribo-Zero rRNA 去除试剂盒 | Illumina | MRZH116 | rRNA 去除试剂盒 |
| 旋转器 | FINEPCR, ROTATOR AG | D1.5-32 | |
| RT 引物序列:CO1 重 | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTTGAGGTTGCGGTCTGTTAG-3′ | ||
| RT 引物序列:CO1 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGCCATAACCCAATACCAAACG-3′ | ||
| RT 引物序列:CO2 重 | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGTAAAGGATGCGTAGGGATGG-3′ | ||
| RT 引物序列:CO2 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCTAGTCCTGTATGCCCTTTTCC-3′ | ||
| RT 引物序列:CO3 Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCTCCTGATGCGAGTAATACGG-3′ | ||
| RT 引物序列:CO3 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCCTTTTACCACTCCAGCCTAG-3′ | ||
| RT 引物序列:CYTB Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGGATAGTAATAGGGCAAGGACG-3′ | ||
| RT 引物序列:CYTB Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCAATTATACCCTAGCCAACCCC-3′ | ||
| RT 引物序列:GAPDH | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTGAGCGATGTGGCTCGGCT-3′ | ||
| RT 引物序列:ND1 Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGTTGTGATAAGGGTGGAGAGG-3′ | ||
| RT 引物序列:ND1 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTCAAACTCAAACTACGCCCTG-3′ | ||
| RT 引物序列:ND4 Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTGTTTGTCGTAGGCAGATGG-3′ | ||
| RT 引物序列:ND4 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCCTCACACTCATTCTCAACCC-3′ | ||
| RT 引物序列:ND5 Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTTTGGGTTGAGGTGATGATG-3′ | ||
| RT 引物序列:ND5 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCATTGTCGCATCCACCTTTA-3′ | ||
| RT 引物序列:ND6 Heavy | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGGTTGAGGTCTTGGTGAGTG-3′ | ||
| RT 引物序列:ND6 Light | 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCATACATACAAAGCCCC-3′ | ||
| 硅化聚丙烯 1.5 mL G 管 | Bio Plas | 4167SLS50 | |
| 十烷基硫酸钠 | Biosesang | S1010 | |
| 脱氧胆酸钠 | Sigma-Aldrich | D6750 | |
| SUPERase In Rnase 抑制剂 | Thermo Fisher Scientific | AM2694 | |
| SuperScript III 逆转录酶 | Thermo Fisher Scientific | 18080093 | 用于文库制备的逆转录酶 |
| SuperScript IV 逆转录酶 | Thermo Fisher Scientific | 18090010 | 用于 qRT-PCR |
| SYBR 金核酸 gl 染色 | 的逆转录酶Thermo Fisher Scientific | S11494 | |
| T4 多核苷酸激酶 | New England Biolabs | M0201S | |
| T4 RNA 连接酶 1 (ssRNA 连接酶) | New England Biolabs | M0204 | |
| T4 RNA 连接酶 2,截短 KQ | New England Biolabs | M0373 | |
| Thermomixer | Eppendorf ThermoMixer C,含 ThermoTop | ||
| 胸苷 | Sigma-Aldrich | T9250 | |
| Tris-硼酸盐-EDTA 缓冲液 (TBE) | TaKara | T9122 | |
| Triton X-100 | Promega | H5142 | |
| Ultralink蛋白 A 琼脂糖珠 | Thermo Fisher Scientific | 22810 | 蛋白 A 珠 |
| 超声仪 | Bioruptor | ||
| 尿素 | Bio-basic | UB0148 | |
| 涡旋混合器 | DAIHAN Scientific | VM-10 | |
| 二甲苯蓝 | Sigma-Aldrich | X4126 | |
| γ-32P-ATP (10 &μ;西/&穆;L, 3.3 μM) | 珀金埃尔默 | BLU502A100UC |