本文介绍了一种改良的CLIP-seq方案,称为FbioCLIP-seq,通过FLAG-生物素串联纯化技术来确定哺乳动物细胞中RNA结合蛋白(RBPs)的RNA靶标。
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本文介绍了一种改良的CLIP-seq方案,称为FbioCLIP-seq,通过FLAG-生物素串联纯化技术来确定哺乳动物细胞中RNA结合蛋白(RBPs)的RNA靶标。
RNA 和 RNA 结合蛋白(RBPs)调控多种生物学过程。RNA 与 RBPs 的时空分布是这些过程精细调控的基础。一种称为 CLIP-seq(交联与免疫沉淀)的策略已被开发用于捕获内源性蛋白-RNA 相互作用,其过程包括紫外交联后进行免疫沉淀。尽管传统的 CLIP-seq 方法在 RBP 研究中被广泛应用,但该方法受限于高质量抗体的可获得性、共纯化 RBP 可能带来的污染、对同位素操作的需求,以及在繁琐的实验流程中可能造成的信息丢失。本文介绍了一种改良的 CLIP-seq 方法,称为 FbioCLIP-seq,该方法采用 FLAG-生物素标签串联纯化技术。通过串联纯化和严格的洗涤条件,几乎所有的相互作用 RNA 结合蛋白均被去除,因此由这些共纯化 RBP 间接介导的 RNA 相互作用也被显著减少。FbioCLIP-seq 方法能够在无需同位素标记、无需蛋白特异性抗体、且不经过 SDS-PAGE 和膜转移步骤的情况下,高效检测直接与蛋白结合的 RNA。
RNA 和 RNA 结合蛋白(RBPs)调控多种细胞过程,包括剪接、翻译、核糖体生物合成、表观遗传调控以及细胞命运转变1,2,3,4,5,6。这些过程的精细机制依赖于 RNA 和 RBPs 在空间和时间上的特异性分布。因此,要从分子水平上理解 RNA 的调控机制,一个重要步骤是揭示 RBPs 结合位点的位置信息。
一种称为交联免疫沉淀测序(CLIP-seq)的策略已被开发出来,用于捕捉蛋白质-RNA相互作用,其过程包括使用紫外交联,随后对目标蛋白质进行免疫沉淀7该方法的关键特征是通过紫外照射在RNA结合蛋白与其直接结合的RNA分子(约1 Å范围内)之间诱导形成共价交联。8RBP 足迹可通过 CLIP 标签聚类和峰识别来确定,通常分辨率为 30−60 nt。或者,CLIP 的逆转录步骤可在交联位点处导致插入缺失(indels)或碱基替换,从而实现 RNA 上蛋白质结合位点的单核苷酸分辨率鉴定。已开发出 Novoalign 和 CIMS 等分析流程,用于 CLIP-seq 高通量测序结果的分析8还提出了多种改进的CLIP-seq方法,包括单核苷酸分辨率交联免疫沉淀法(iCLIP)、增强型CLIP(eCLIP)、irCLIP,以及光活化核糖核苷增强型交联免疫沉淀法(PAR-CLIP)。9,10,11,12.
尽管传统的CLIP-seq方法在RBP研究中被广泛应用,但CLIP方法仍存在若干缺点。首先,繁琐的变性凝胶电泳和膜转移步骤可能导致信息丢失,并造成序列复杂性降低。其次,基于蛋白质特异性抗体的CLIP方法可能沉淀整个蛋白质复合物而非单一目标蛋白,从而导致共纯化的RBP产生假阳性的蛋白-RNA相互作用。第三,基于抗体的策略需要大量高质量的抗体,这使得在缺乏高质量抗体的情况下,这些方法难以应用于相关RBP的研究。第四,传统CLIP方法需要使用放射性标记的ATP来标记与蛋白质结合的RNA。
链霉亲和素对生物素化蛋白的高亲和力使其成为纯化特定蛋白或蛋白复合物的强有力方法。在哺乳动物细胞中异源表达细菌生物素连接酶BirA,可对携带人工肽序列的蛋白进行高效生物素标记,从而实现体内生物素亲和纯化。13我们开发了一种改良的CLIP-seq方法,称为 FbioCLIP-seq(FLAG-生物锡介导的 C罗斯-l印迹与 我免疫pFLAG-生物素标签串联纯化结合高通量测序的沉淀反应14 (图1)。通过串联纯化和严格的洗涤条件,几乎所有相互作用的RNA结合蛋白(RBPs)均被去除(图2)。严格的洗涤条件还能够避免使用耗时且技术难度较高的SDS-PAGE和膜转移步骤。与eCLIP和irCLIP类似, FbioCLIP-seq 方法无需使用同位素。省略凝胶电泳和转膜步骤可避免信息丢失,保持真实的蛋白质-RNA 相互作用完整,并提高文库复杂性。此外,该标记系统的高效率使其成为缺乏高质量抗体的 RNA 结合蛋白研究的理想选择。
本文提供了哺乳动物细胞中FbioCLIP-seq 实验方案的逐步描述。简言之,首先使用 254 nm 紫外线对细胞进行交联,随后进行细胞裂解和 FLAG 免疫沉淀(FLAG-IP)。接着,通过生物素亲和捕获进一步纯化蛋白-RNA 复合物,并利用 MNase 部分消化对 RNA 进行片段化。然后,将蛋白结合的 RNA 去磷酸化,并连接 3’ 接头。在 RNA 经 PNK 磷酸化并用蛋白酶 K 消化洗脱后,添加 5’ RNA 接头。逆转录完成后,通过 PCR 扩增蛋白结合的 RNA 信号,并通过琼脂糖凝胶纯化进行富集。本研究选取两种 RNA 结合蛋白(RBP)来展示 FbioCLIP-seq 的结果。LIN28 是一种已被广泛研究的 RNA 结合蛋白,参与 microRNA 成熟、蛋白质翻译以及细胞重编程过程15,16,17。WDR43 是一种含有 WD40 结构域的蛋白,被认为在核糖体生物合成、真核转录以及胚胎干细胞多能性调控中发挥协调作用14,18。与先前报道的 LIN28 CLIP-seq 结果一致,FbioCLIP-seq 在 microRNA mir-let7g 和 mRNA 上检测到 LIN28 对“GGAG”基序的结合位点16,19(图 3)。WDR43 的 FbioCLIP-seq 实验也鉴定出其对前体 rRNA 的 5' 外部转录间隔区(5'-ETS)具有结合偏好性20(图 4)。上述结果验证了 FbioCLIP-seq 方法的可靠性。
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1. 细胞系构建
2. 交联
3. 细胞裂解液的制备
4. FLAG 磁珠的制备
5. 免疫沉淀
6. 使用 3x FLAG 肽进行洗脱
7. 链霉亲和素磁珠的制备
8. 生物素亲和纯化
9. RNA 部分消化
10. RNA 去磷酸化
11. 3’ 连接子连接
12. PNK 处理
13. RNA 提取
14. 5’ RNA 连接子连接
15. 逆转录
16. PCR 扩增
17. 生物信息学分析
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图1展示了FbioCLIP-seq实验流程的示意图。与FLAG介导或链霉亲和素介导的单步亲和纯化相比,FLAG-生物素串联纯化几乎去除了所有共纯化的蛋白质,避免了间接蛋白-RNA相互作用的污染(图2)。图3和图4分别展示了LIN28和WDR43的FbioCLIP-seq代表性结果。我们利用小鼠胚胎干细胞(mESCs)进行了LIN28或WDR43的FbioCLIP-seq实验。图3A显示了LIN28和WDR43在pre-let-7g区域的FbioCLIP-seq信号轨迹图。图3B展示了pre-let-7g中已报道的GGAG基序以及FbioCLIP-seq鉴定出的交联位点。通过C...
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本文介绍了一种改良的CLIP-seq方法,称为FbioCLIP-seq,该方法利用FLAG-生物素双标签系统对蛋白质-RNA复合物进行串联纯化。已有研究表明,FLAG-生物素双标签系统在鉴定蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA相互作用方面具有强大优势13,21。本文展示了该系统在鉴定与蛋白质相互作用的RNA时具有高特异性和操作便捷性。通过串联纯化和严格的洗涤条件,我们省略了技术难度较高的SDS-PAGE和膜转移步骤,从而更好地保留了蛋白质-RNA相互作用,并避免了同一复合物中RNA结合蛋白(RBP)带来的RNA信号污染。此外,跳过这些步骤也避免了使用放射性标记的ATP对RNA进行标记,使实验流程大大简化。需要注意的是,在本论文撰写过程中,另一种类似的方法uvCLAP也已被提出24。
该实验方案的成功需要注意以下几个关键步骤。首先,在实验前应通过蛋白质印迹法(Western blot)确认标记蛋白生物素标...
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作者无任何利益冲突需要披露。
经费支持来自中国国家重点基础研究发展计划(2017YFA0504204、2018YFA0107604)、国家自然科学基金委员会(31630095)以及清华大学生命科学中心。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 设备 | |||
| UV 交联仪 | UVP | HL-2000 HybrilLinker | |
| 亲和纯化珠 | |||
| ANTI-FLAG 珠 | Sigma-Aldrich | A2220 | |
| 链霉亲和素珠 | Invitrogen | 112.06D | |
| 试剂 | |||
| 10x PBS | Gibco | 70013032 | |
| 3 M NaOAc | Ambion | AM9740 | |
| 3 x FLAG 肽 | Sigma-Aldrich | F4799 | |
| ATP | Sigma-Aldrich | A6559 | |
| 氯化钙 (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C1016 | |
| CIP | NEB | M0290S | CIP 缓冲液包含在同一包装中。 |
| DTT | Sigma-Aldrich | D0632 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | |
| 凝胶纯化试剂盒 | QIAGEN | 28704 | |
| 糖原 | Ambion | AM9510 | |
| 氯化镁 (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 449172 | |
| MNase | NEB | M0247S | |
| NP-40 | Amresco | M158-500ML | |
| PMSF | Sigma-Aldrich | 10837091001 | |
| 蛋白酶 K | TAKARA | 9033 | |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | Sigma-Aldrich | P8340 | |
| Q5 高保真 2X 预混液 | NEB | 0492S | |
| 逆转录酶 (SupperScriptIII) | Invitrogen | 18080093 | |
| RNA 提取试剂 (Trizol) | Invitrogen | 15596018 | |
| RNase 抑制剂 | ThermoFisher | EO0381 | |
| RNaseOUT | Invitrogen | 10777019 | |
| RQ1 Dnase | Promega | M6101 | |
| SDS | Sigma-Aldrich | 1614363 | |
| 氯化钠 | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| 脱氧胆酸钠 | Sigma-Aldrich | D6750 | |
| T4 PNK | NEB | M0201S | PNK 缓冲液包含在同一包装中。 |
| T4 RNA 连接酶 | ThermoFisher | EL0021 | T4 RNA 连接酶缓冲液和 BSA 包含在同一包装中。 |
| T4 RNA 连接酶2,截短型 | NEB | M0242S | T4 RNA 连接酶缓冲液和 50% PEG 包含在同一包装中。 |
| 胰蛋白酶-EDTA | ThermoFisher | 25200072 | |
| 尿素 | Sigma-Aldrich | 208884 | |
| mESC 培养基 | |||
| DMEM (80%) | Gibco | 11965126 | |
| 2-巯基乙醇 | Gibco | 21985023 | |
| FCS (15%) | Hyclone | ||
| Glutamax (1%) | Gibco | 35050061 | |
| LIF | 纯化的重组蛋白;10,000 倍稀释 | ||
| NEAA (1%) | Gibco | 11140050 | |
| 核苷混合物 (1%) | Millipore | ES-008-D | |
| 青霉素-链霉素 (1%) | Gibco | 15140122 | |
| 试剂盒 | |||
| DNA 凝胶回收试剂盒 | QIAGEN | 28704 |
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