我们介绍了一种通过定量反转录聚合酶链式反应来评估伴有年龄依赖性肾功能损伤的小鼠肾脏及血清中微小RNA表达水平的方法。
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我们介绍了一种通过定量反转录聚合酶链式反应来评估伴有年龄依赖性肾功能损伤的小鼠肾脏及血清中微小RNA表达水平的方法。
microRNA(miRNA)是一类由21-25个碱基组成的小分子非编码RNA。它们不会被翻译成蛋白质,而是通过使靶标信使RNA(mRNA)不稳定并干扰其翻译过程,从而抑制其功能。尽管已有研究探讨了不同小鼠器官和组织中的miRNA表达谱,但目前尚无针对小鼠肾脏和血清miRNA纯化与定量的标准方法。我们建立了一种有效且可靠的方法,用于提取和评估伴有年龄依赖性肾功能损伤的小鼠血清和肾脏中miRNA的表达水平。
该方法采用定量反转录-聚合酶链式反应(qRT-PCR),实验流程包括六个步骤:(1)准备衰老加速小鼠抗性1型(SAMR1)小鼠和衰老加速小鼠易感型(SAMP1)小鼠;(2)从小鼠中提取血清样本;(3)从小鼠中分别取出肾脏组织样本;(4)从小鼠的肾脏和血清样本中提取总RNA(包括miRNA);(5)以miRNA为模板,通过反转录合成互补DNA(cDNA);(6)利用所获得的cDNA进行qRT-PCR检测。
本方案用于证实,在年龄依赖性肾功能损伤小鼠模型中,与对照组相比,miRNA-7218-5p 和 miRNA-7219-5p 在肾脏和血清中的表达水平发生显著变化。本方案还阐明了年龄依赖性肾功能损伤小鼠模型中肾脏与血清之间的关系。该方案可用于检测年龄依赖性肾功能损伤小鼠肾脏和血清中miRNA的表达水平。
已知多种在生理和疾病(如炎症、纤维化、代谢紊乱和癌症)中发挥重要作用的mRNA的表达受到miRNA的调控,miRNA是一类短链非编码RNA,可导致mRNA降解并抑制其转录1。因此,某些miRNA有可能成为多种疾病的新型候选生物标志物和/或治疗靶点2,3,4,5。研究人员已在多种小鼠器官和组织(包括脑6、心脏7、肺8、肝脏9和肾脏10)中开展了miRNA表达谱的研究。然而,目前尚无标准或公认的方法用于提取和评估伴有年龄依赖性肾功能损伤的小鼠肾脏或血清中的miRNA。
因此,我们建立了一种可用于可靠纯化并检测伴有年龄依赖性肾功能损伤的小鼠血清和肾脏中miRNA表达的实验方案。该方案包含六个主要步骤:(1)准备50周龄的SAMR1雄性小鼠和SAMP1雄性小鼠;(2)从小鼠下腔静脉采集两种品系小鼠的血液样本,使用含肝素的尖头管,随后经离心处理获得血清样本;(3)从小鼠中提取肾脏样本——使用硅基匀浆器分别匀浆肾脏组织,然后将样品转移至微型离心柱上的生物大分子裂解系统11;(4)利用基于二氧化硅膜的离心柱12从血清样本中提取总RNA(包含miRNA),并利用基于二氧化硅膜的离心柱11从肾脏样本中提取含miRNA的总RNA;(5)使用逆转录酶、多聚腺苷酸聚合酶和寡聚dT引物,以总RNA为模板合成互补DNA(cDNA)13,14;(6)最后,采用qRT-PCR结合嵌入染料法检测miRNA的表达水平13,14。
该新方案基于多项成功从多种组织中提取并评估miRNA的研究11,12,13。该方案的生物聚合物降解系统已被证明能够从组织中纯化出高质量的总RNA11。该方案中用于通过嵌入染料qRT-PCR评估miRNA表达的相关步骤的准确性与灵敏度已有验证13,14,例如,利用逆转录酶、poly(A)聚合酶及oligo-dT引物从提取的总RNA合成cDNA。该新方案具有多项优势:操作简便、节省时间且可减少技术误差。因此,该方案可用于需要精确且灵敏地鉴定肾脏和血清miRNA谱的研究。许多病理状态的研究也可应用该新方案。
可按照下述方法测定作为年龄依赖性肾功能损伤模型的 SAMP1 小鼠中 miRNA 的表达谱。在人类中,年龄依赖性肾功能损伤与肾功能衰竭的进展相关,其特征是肾间质纤维化区域增大以及肾小球硬化进展15,16。年龄依赖性肾功能损伤也是慢性肾病和终末期肾病的重要且常见的特征15,16。
实验方案经由日本医科大学动物伦理委员会批准,并依照日本医科大学实验动物使用与护理指南进行。本方案使用四只50周龄的SAMR1雄性小鼠和SAMP1雄性小鼠(40-45 g)。
1. 血清样本采集
2. 肾脏样本采集
3. 从血清样本中提取总RNA
4. 从肾脏样本中提取总RNA
5. 血清总RNA逆转录合成cDNA
注意:定量实时 PCR 实验最低信息标准(MIQE)指南建议采用更优的实验方法,以获得可靠且明确的结果17。在本方案中,cDNA 是通过两步法由纯化的总 RNA 合成,该过程使用逆转录酶、多聚(A)聚合酶以及寡聚(dT)引物。
6. 利用肾脏总RNA的逆转录合成cDNA
注意:MIQE 指南建议采用更优的实验实践,以确保获得可靠且明确的结果17。本方案采用逆转录酶、多聚腺苷酸聚合酶和寡聚 dT 引物,通过两步法从 1.0 µg 纯化的总 RNA 中合成 cDNA。
7. miRNA 的 qRT-PCR
注意:采用嵌合剂法进行miRNA的qRT-PCR检测。所用引物针对以下RNA分子:U6核小RNA2(RNU6-2)、miRNA-223-3p、miRNA-423-5p、miRNA-7218-5p和miRNA-7219-5p。
8. 使用实时 PCR 系统和软件运行 PCR 扩增程序
对于年龄依赖性肾功能损伤小鼠模型,我们使用了50周龄的SAMP1雄性小鼠,体重为40–45 g。每只小鼠采集约0.8 mL血液,转移至含肝素的1.0 mL尖底离心管中,颠倒混匀后离心。每侧肾脏用PBS冲洗后剥离,并保存于液氮中以备进一步分析。50周龄的SAMR1小鼠作为对照组。基于该年龄依赖性肾功能损伤模型获得的miRNA qRT-PCR数据,我们观察到与对照组相比,SAMP1小鼠肾脏中miRNA-7219-5p的表达水平显著升高,而miRNA-7218-5p的表达水平明显降低图1)。与对照组相比,SAMP1 小鼠血清中 miRNA-7219-5p 和 miRNA-7218-5p 的水平显著升高(图2)。miRNA-223-3p 的表达水平在两种菌株之间以及肾脏和血清之间均未发生变化(图1 和 图2).

图1:SAMP1小鼠肾脏中差异表达的microRNA。 采用qRT-PCR分析SAMR1小鼠(对照组,n = 4)和SAMP1小鼠(n = 4)中miRNA-223-3p、miRNA-7218-5p和miRNA-7219-5p的表达水平。数据以均值±标准误(误差线)表示;组间差异采用t检验分析;p < 0.05被认为具有统计学意义(*p < 0.05),n.s.:无显著性差异。缩写:miRNA = microRNA;SAMP1 = senescence-accelerated mouse prone;SAMR1 = senescence-accelerated mouse resistance 1;qRT-PCR = quantitative reverse-transcription-polymerase chain reaction。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2:SAMP1小鼠血清中差异表达的miRNA。 对SAMR1小鼠(对照组,n = 4)和SAMP1小鼠(n = 4)中miRNA-223-3p、miRNA-7218-5p和miRNA-7219-5p的表达水平进行qRT-PCR分析。数据以均值±标准误(误差线)表示;采用t检验分析组间差异的显著性。*p < 0.05(t检验)。缩写:miRNA = microRNA;SAMP1 = senescence-accelerated mouse prone;SAMR1 = senescence-accelerated mouse resistance 1;qRT-PCR = quantitative reverse-transcription-polymerase chain reaction 请点击此处查看该图的放大版本。
采用上述qRT-PCR方法,成功检测了目标miRNA的表达水平。在获得有意义的qRT-PCR数据之前,对提取的miRNA进行评估是一个重要步骤。为确认qRT-PCR前miRNA的质量是否合格,应使用分光光度法测定260 nm与280 nm处吸光度的比值。如果qRT-PCR未产生预期长度和熔解温度的单一PCR扩增产物,或未呈现单峰型熔解曲线,则可能存在DNA污染和/或反应板每孔中出现引物二聚体。
除qRT-PCR外,还可通过多种方法检测miRNA表达水平,包括Northern印迹法、微阵列和核糖核酸酶保护实验。然而,qRT-PCR方法具有高灵敏度、准确性好、操作简便且可重复性强等优点,所需样本量也比Northern印迹法和核糖核酸酶保护实验更少19。由于微阵列可同时检测成千上万种miRNA的表达,因此可用于筛选候选的miRNA标志物。微阵列数据与qRT-PCR获得的结果总体上具有较高的相关性20。然而,目前对于如何比较不同研究中获得的微阵列数据,尚未形成统一的最佳方法共识21。
血清miRNA的评估具有以下特点。首先,血清易于采集,且血清miRNA对冻融、温度和酸性环境具有稳定性,因此miRNA可作为良好的生物标志物。其次,miRNA在不同物种间具有高度同源性,动物实验的结果可较容易地外推至人类。第三,血清miRNA已显示出作为治疗药物的潜力3。多项研究还表明,器官中miRNA的表达水平与血清中的miRNA水平相关22,23,24。在本研究中,miRNA-223-3p在SAMR1和SAMP1小鼠间的肾脏水平无显著差异,其血清水平亦未表现出显著的品系间差异。相反,miRNA-7218-5p和miRNA-7219-5p在SAMR1和SAMP1小鼠间的肾脏水平存在显著差异,其血清水平也表现出明显的品系间差异。
本方案存在以下局限性。首先,其在其他器官(如肝脏和肺脏)中的有效性尚未得到验证;其次,该方案尚未在其他实验动物(如大鼠、犬和猪)中进行测试。多个研究团队已采用本方案进行miRNA的纯化及通过qRT-PCR检测,并报告该方案能够从组织和血清中纯化出高质量的RNA13,14,22,23,24。研究表明,该方法在检测miRNA表达水平方面具有高准确性和高灵敏度13,14,22,23,24。本研究结果表明,该方案可成功检测小鼠血清和肾脏中的miRNA表达。因此,该方案可用于确定患有多种病理状态的小鼠血清和肾脏中miRNA的表达谱。由于该方案操作简便,可同时处理大量样本。因此,针对肾脏在不同病理条件下多种miRNA表达的分析可采用本文所述的方案。
在进行本实验方案时需注意以下几个方面。为了避免纯化后的miRNA在室温下发生降解,必须将miRNA保持在冰上。肾脏样品必须充分匀浆,直至完全溶解于裂解试剂中。小鼠肾脏含有大量在裂解试剂中不溶解的结缔组织,因此需要使用柱式研磨器进行进一步的匀浆处理。此外,在建立qRT-PCR实验体系的过程中,应验证合适的内参miRNA(在各样品中表达稳定的miRNA)。这是因为实验过程中各种物质的干扰可能改变内参miRNA的表达水平,从而影响实验结果的可靠性。综上所述,本文介绍了一种用于检测、纯化和评估年龄依赖性肾功能损伤小鼠血清和肾脏中miRNA表达水平的qRT-PCR实验方案。
作者声明不存在利益冲突。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1.0 mL 肝素抗凝尖底管 | Greiner-bio-one | 450534 | |
| Buffer RPE(含胍和乙醇比例为1:4的洗涤缓冲液2) | Qiagen | 79216 | 洗涤缓冲液2 |
| Buffer RWT(含胍和乙醇比例为1:2的洗涤缓冲液1) | Qiagen | 1067933 | 洗涤缓冲液1 |
| 用于qRT-PCR的MicroAmp光学96孔反应板 | Thermo Fisher Scientific | 4316813 | 96孔反应板 |
| MicroAmp光学粘性封膜 | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | 96孔反应板用粘性封膜 |
| miRNA-223-3p 引物 | Qiagen | MS00003871 | 5'-CGUGUAUUUGACAAGCUGAGUU G-3' |
| miRNA-423-5p 引物 | Qiagen | MS00012005 | 5'-UGAGGGGCAGAGAGCGAGACU UU-3' |
| miRNA-7218-5p 引物 | Qiagen | MS00068067 | 5'-UGCAGGGUUUAGUGUAGAGGG -3' |
| miRNA-7219-5p 引物 | Qiagen | MS00068081 | 5'-UGUGUUAGAGCUCAGGGUUGA GA-3' |
| miRNeasy Mini 试剂盒 | Qiagen | 217004 | 固定于2.0 mL 收集管中的膜锚定离心柱 |
| miRNeasy 血清/血浆试剂盒 | Qiagen | 217184 | 固定于2.0 mL 收集管中的膜锚定离心柱 |
| miScript II RT 试剂盒(逆转录缓冲液) | Qiagen | 218161 | 逆转录酶试剂盒 |
| miScript SYBR Green PCR 试剂盒 | Qiagen | 218073 | 基于绿色染料的PCR试剂盒 |
| QIA shredder | Qiagen | 79654 | 固定于2.0 mL 收集管中的生物聚合物离心柱 |
| QIAzol 裂解试剂(基于苯酚/胍的裂解试剂) | Qiagen | 79306 | 基于苯酚/胍的裂解试剂 |
| QuantStudio 12K Flex 实时荧光定量PCR系统 | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | 实时荧光定量PCR仪器 |
| QuantStudio 12K Flex 软件版本 1.2.1 | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | 实时荧光定量PCR仪器软件 |
| 无RNase水 | Qiagen | 129112 | |
| RNU6-2 引物 | Qiagen | MS00033740 | 因保密原因未公开 |
| SAMP1 雄性小鼠 | Nippon SLC Corporation | 未分配 | |
| SAMR1 雄性小鼠 | Nippon SLC Corporation | 未分配 | |
| Takara biomasher 标准型 | Takara Bio | 9790B | 硅基匀浆器 |
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