本文描述了一种无需抗体的体外检测方法,用于直接分析甲基转移酶在合成RNA或体外转录RNA上的活性。
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本文描述了一种无需抗体的体外检测方法,用于直接分析甲基转移酶在合成RNA或体外转录RNA上的活性。
目前已发现超过100种化学性质不同的RNA修饰,其中约三分之二为甲基化修饰。由于介导RNA修饰“书写”与“擦除”的酶在疾病和癌症相关的生物学过程中发挥重要作用,人们对RNA修饰、尤其是甲基化修饰的兴趣重新兴起。本文提供了一种灵敏的体外检测方法,可用于准确分析RNA甲基化“书写”酶在合成RNA或体外转录RNA上的活性。该方法采用氚标记的S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine),使甲基化的RNA直接被氚标记。由于氚辐射能量较低,该方法安全性高;同时,已有成熟的氚信号放大技术,使得无需使用易产生假象的抗体,即可对甲基化RNA进行定量和可视化检测。尽管本方法主要针对RNA甲基化,但稍加调整即可适用于其他可用放射性同位素标记的RNA修饰研究,例如利用14C标记的乙酰辅酶A检测RNA乙酰化。总体而言,该检测方法可快速评估RNA甲基化的反应条件、小分子抑制剂的抑制效果,或RNA及酶突变体的影响,为验证和拓展细胞实验结果提供了一种强有力的工具。
DNA、RNA 和蛋白质都会发生修饰,这些修饰严格调控基因表达1。在这些修饰中,甲基化可发生在上述三种生物大分子上。过去三十年中,DNA 和蛋白质的甲基化已被广泛研究。相比之下,近年来由于发现能够书写、擦除或识别 RNA 甲基化的蛋白质在发育和疾病中发挥重要作用,RNA 甲基化的研究才重新受到关注2。除了在丰度较高的核糖体 RNA 和转运 RNA 中具有较明确的功能外,RNA 甲基化通路还调控特定信使 RNA 的稳定性3,4、剪接5以及翻译6,7、miRNA 加工8,9和转录暂停与释放10,11。
本文报道了一种在分子生物学实验室条件下体外验证RNA甲基转移酶活性的简单且稳健的方法(总结见图1)。许多研究通过使用针对目标RNA修饰的抗体进行点印迹(dot-blot)来评估RNA甲基转移酶的活性。然而,点印迹无法验证RNA在与RNA甲基转移酶孵育后的完整性。这一点至关重要,因为即使重组蛋白中存在微量核酸酶污染,也可能导致RNA部分降解,从而产生干扰性结果。此外,即使是高度特异性的RNA修饰抗体,也可能识别具有特定序列或结构的未修饰RNA。本文所述的体外RNA甲基转移酶检测方法利用了S-腺苷甲硫氨酸的甲基供体可被氚标记的特性(图1),从而无需使用抗体即可准确检测甲基化RNA。本文提供了目标转录本的体外转录与纯化,以及利用目标酶检测该转录本甲基化情况的操作步骤。该方法具有良好的灵活性和稳健性,可根据具体研究需求进行调整。例如,可使用体外转录并纯化的RNA、化学合成的RNA,也可使用细胞来源的RNA。该检测可提供以闪烁计数形式呈现的定量信息,以及通过凝胶电泳显示甲基化RNA迁移位置的定性信息。当以细胞RNA作为底物时,该方法可提供关于RNA甲基转移酶功能的独特见解,因为它能够直接观察被甲基化靶向的RNA或多种RNA的大小。
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1. 目标RNA的体外转录及凝胶纯化
2. 体外RNA甲基转移酶实验
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体外转录反应
图2A 展示了使用T7 RNA聚合酶对7SK snRNA进行体外转录反应的典型结果。7SK snRNA是一种相对较短(331个核苷酸)且具有高度结构的RNA。如该原始图像所示,除7SK条带外还存在多个长短不一的非特异性条带,可能源于随机的转录起始或终止事件。因此,在体外转录反应后进行凝胶纯化至关重要,以获得纯净的RNA样品,如图2B所示。此时,可通过目标RNA在分子量标记(ladder)中的相对位置进行鉴定,并通过凝胶纯化进行回收。
如前所述,在凝胶纯化步骤之前,可能需要优化转录反应的时间。转录反应时间过长可能导致RNA产量极高,从而难以在后续步骤中识别正确的转录产物。此外,还应使用特异性引物通过逆转录定量PCR(RTqPCR)验证纯化后转录产物的身份。
体外RNA甲基转...
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本文报道了一种简单且可靠的体外验证RNA甲基转移酶对特定转录本活性的方法。该检测方法利用了S-腺苷甲硫氨酸的甲基供体位置可被氚标记的特性(图1),从而无需使用抗体即可准确检测甲基化的RNA。然而需要注意的是,该方法无法确定酶催化甲基化修饰的具体残基或化学基团。若要鉴定或验证某一特定残基是否被甲基化,可将RNA甲基转移酶检测方法与突变分析、逆转录阻滞或RNA底物的质谱分析等其他技术联合使用。
RNA 的选择及其合成方式取决于 RNA 的大小。长度在 18 到 120 个核苷酸之间的特定 RNA 可以方便地从多家知名的核酸供应商处进行定制合成。然而,更常见的情况是通过体外转录来制备不同大小的特定 RNA。用于体外转录的 DNA 模板可通过多种方式获得,且需要将目标序列置于 T7 或 SP6 启动子的下游。当 RNA 的精确末端至关重要时,建议使用 pRZ 质粒17。该检测方法具有高灵敏度(图 3),因此也可用细胞 RNA...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者谨此感谢 Dr. Turja Kanti Debnath 在 ChemDraw 使用方面提供的帮助。Xhemalçe 实验室的研究工作得到了美国国防部— 国会指定医学研究计划— 乳腺癌突破性奖项(W81XWH-16-1-0352)、NIH 基金 R01 GM127802,以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校细胞与分子生物学研究所和自然科学学院启动资金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10 bp DNA Ladder | Invitrogen | 10821-015 | 10 bp DNA Ladder 试剂盒。 |
| 10% 过硫酸铵(APS) | N/A | N/A | 用于尿素变性聚丙烯酰胺凝胶(配制 10 mL:将 1 g 溶解于 8 mL 去离子水中,再用去离子水定容至 10 mL;使用装有 0.45 µm 滤膜的 10 mL 注射器过滤溶液)。 |
| 10X TBE 缓冲液 | N/A | N/A | 用于尿素变性聚丙烯酰胺凝胶(配制 1 L:在含搅拌子的量筒中加入 108 g Tris 碱和 55 g 硼酸,加入 800 mL 蒸馏水并搅拌溶解;加入 40 mL 0.5 M Na₂EDTA(pH 8.0);用去离子水定容至 1 L;使用 0.22 µm 滤膜过滤溶液)。 |
| 10X TBS | N/A | N/A | 配制 1 L:在含搅拌子的量筒中加入 60.5 g Tris 碱和 87.6 g NaCl,加入 800 mL 蒸馏水并搅拌溶解;用浓盐酸调节 pH 至 7.5;用去离子水定容至 1 L;使用 0.22 µm 滤膜过滤溶液。 |
| 丙烯酰胺:双丙烯酰胺 29:1(40% 溶液/电泳级),Fisher BioReagents | Fisher | BP1408-1 | 用于尿素变性聚丙烯酰胺凝胶。 |
| ADENOSYL-L-METHIONINE, S-[METHYL-3H];(SAM[3H]) | Perkin Elmer | NET155V250UC | 用于体外 RNA 甲基化;浓度 = 1.0 mCi/mL;比活性 = 17.1 Ci/mmol;摩尔浓度= (1.0 Ci/L)/(83.2 Ci/mmol) = 0.0584 mmol/L = 58.4 µM。 收到冷冻的 3H-SAM 管后,在 4°C 下解冻,分装为每份 20 µL,于 -30°C 冻存。严禁将部分使用过的分装样品再次冻存或重复使用。 |
| Amersham Hypercassette 自显影暗盒 | GE Healthcare | RPN11649 | 用于凝胶自显影曝光。 |
| Amersham Hyperfilm MP | GE Healthcare | 28906846 | 用于凝胶自显影曝光。 |
| Beckman 闪烁计数仪 | Beckman | LS6500 | 用于液体闪烁计数。 |
| Biorad Mini 水平电泳系统 | Biorad | 1704466 | Mini 水平电泳系统。 |
| cOmplete Mini EDTA-free 蛋白酶抑制剂混合片剂 | Roche Applied Science | 4693159001 | 配制 20X 溶液:将 1 片溶解于 0.525 mL 无核酸酶水中。 |
| Criterion Cell | Biorad | 345-9902 | 无 RNase 的聚丙烯酰胺凝胶空夹板。 |
| Criterion 空夹板 | Biorad | 1656001 | 垂直中型格式电泳槽。 |
| DeNovix DS-11 微量分光光度计 | DeNovix | DS-11-S | 用于测定 DNA 和 RNA 浓度的微量分光光度计。 |
| Ecoscint 原液 | National Diagnostics | LS-271 | 用于液体闪烁计数。 |
| Fisherbrand 7 mL HDPE 闪烁瓶 | Fisher | 03-337-1 | 用于液体闪烁计数。 |
| Fluoro-Hance-Quick Acting 自显影增强剂 | RPI CORP | 112600 | 用于凝胶自显影前处理。 |
| 凝胶干燥仪 | Biorad | 1651745 | 用于干燥凝胶。 |
| 上样缓冲液 II(Gel Loading Buffer II) | Ambion | AM8547 | 用于在变性尿素聚丙烯酰胺凝胶中上样 RNA(成分:95% 甲酰胺、18 mM EDTA、0.025% SDS、二甲苯蓝和溴酚蓝)。 |
| GeneCatcher 一次性凝胶切割吸头 | Gel Company | NC9431993 | 用于从琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶中切除条带。 |
| Megascript 试剂盒 | Ambion | AM1333 | 用于 T7 RNA 聚合酶介导的体外转录。 |
| Perfectwestern 超大容器 | Genhunter Corporation | NC9226382(透明)/ NC9965364(黑色) | 凝胶染色盒。 |
| pRZ | Addgene | #27663 | 用于产生具有均一末端的体外转录本的质粒 |
| Qiagen RNeasy MinElute 纯化试剂盒 | Qiagen | 74204 | 用于 RNA 纯化,采用本方案中提供的改良操作流程。 |
| QIAquick 凝胶回收试剂盒(50) | Qiagen | 28704 | 用于回收和纯化用于体外转录的双链 DNA 片段。 |
| Saran Premium 塑料保鲜膜 | Saran Wrap | Amazon | 用于凝胶干燥。 |
| SYBR Gold | Invitrogen | S11494 | 超灵敏核酸凝胶染料。 |
| SYBR Safe | Invitrogen | S33102 | 核酸凝胶染料。 |
| TE | Sigma | 93283-100ML | 10 mM Tris-HCl,1 mM 二钠 EDTA,pH 8.0 |
| TEMED | Fisher | 110-18-9 | 用于尿素变性聚丙烯酰胺凝胶。 |
| 配备 SMARTBLOCK 24X 1.5 mL 管的 Thermomixer | eppendorf | 5382000023/5361000038 | 用于对 1.5 mL 管进行温度控制孵育。 |
| TOPO TA 克隆试剂盒 | life technologies | 用于快速克隆 Taq 聚合酶–扩增的 PCR 产物至含有 T7 和/或 SP6 启动子的载体中,以进行体外 RNA 转录。 | |
| TURBO DNase(2 U⁄µL) | Ambion | AM2238 | 用于从体外转录反应中去除 DNA。 |
| 尿素 | Sigma | 51456-500G | 用于尿素变性聚丙烯酰胺凝胶。 |
| Whatman 3MM 滤纸 | GE Healthcare | 3030-154 | 用于凝胶干燥的层析纸。 |
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