该方案描述了一种高效且可靠的方法,用于定量分析目的基因的 poly(A) 尾长度 果蝇 神经系统,可轻松适用于其他物种的组织或细胞类型。
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该方案描述了一种高效且可靠的方法,用于定量分析目的基因的 poly(A) 尾长度 果蝇 神经系统,可轻松适用于其他物种的组织或细胞类型。
多聚腺苷酸化是一种关键的转录后修饰过程,可在mRNA分子的3'端添加多聚(A)尾。多聚(A)尾的长度受到细胞过程的严格调控。mRNA多聚腺苷酸化的失调与异常基因表达以及多种疾病相关,包括癌症、神经系统疾病和发育异常。因此,理解多聚腺苷酸化的动态变化对于揭示mRNA加工和转录后基因调控的复杂性至关重要。
本文介绍了一种用于测定从RNA样本中分离出的poly(A)尾长度的方法 果蝇 幼虫大脑和 黑腹果蝇 Schneider S2 细胞。我们采用了鸟苷酸/肌苷酸(G/I)加尾法,该方法利用酵母多聚腺苷酸聚合酶在 mRNA 的 3' 端酶促添加 G/I 残基。这一修饰可保护 RNA 的 3' 端免受酶解降解。随后使用通用反义引物对具有完整长度多聚(A)尾的 RNA 进行逆转录。接着,采用针对目的基因的基因特异性寡核苷酸与用于逆转录的通用序列寡核苷酸进行 PCR 扩增。
这将扩增出包含目的基因多聚腺苷酸尾的PCR产物。由于多聚腺苷酸化并非均一的修饰过程,会产生长度不同的尾部结构,因此PCR产物具有多种大小,从而在琼脂糖凝胶电泳中呈现弥散条带模式。最后,对PCR产物进行高分辨率毛细管凝胶电泳分析,并根据多聚腺苷酸尾PCR产物与基因特异性PCR产物的大小进行定量。该技术为分析多聚腺苷酸尾长度提供了一种简单且可靠的工具,有助于我们更深入地理解mRNA调控的复杂机制。
大多数真核生物mRNA在细胞核内由经典的多聚腺苷酸聚合酶(poly(A)聚合酶)在其3′末端通过添加非模板依赖的腺苷酸进行转录后多聚腺苷酸化。完整的poly(A)尾在mRNA的整个生命周期中至关重要,因其对mRNA的核输出必不可少1,可促进与poly(A)结合蛋白的相互作用从而增强翻译效率2,并赋予mRNA抵抗降解的能力3。在某些情况下,poly(A)尾还可由非经典的poly(A)聚合酶介导在细胞质中进一步延长4。在细胞质中,poly(A)尾的长度动态变化,并影响mRNA分子的寿命。目前已知多种聚合酶和去腺苷酸化酶参与调控poly(A)尾的长度5,6,7。例如,poly(A)尾的缩短与翻译抑制相关,而poly(A)尾的延长则增强翻译活性8,9。
越来越多的基因组学研究揭示了poly(A)尾长度在真核生物多个生物学过程中的基础性作用,包括生殖细胞发育、早期胚胎发育、学习与记忆相关的神经元突触可塑性以及炎症反应10。目前已有多种方法和检测技术被开发用于测量poly(A)尾长度。例如,RNase H/oligo(dT)检测法利用RNase H在有或无oligo(dT)存在的情况下分析poly(A)尾长度11,12。其他研究poly(A)尾的方法包括针对3'末端的PCR扩增技术,如cDNA末端快速扩增poly(A)检测法(RACE-PAT)12,13和连接酶介导的poly(A)检测法(LM-PAT)14。对PAT检测法的进一步改进包括ePAT15和sPAT16。在3'末端进行酶促G加尾17,18或G/I加尾 是PAT检测法的其他变体。这些技术的进一步优化还包括使用荧光标记引物结合毛细管凝胶电泳进行高分辨率分析,该方法被称为高分辨率poly(A)检测法(Hire-PAT)19。这些基于PCR的检测方法可实现快速且高灵敏度的poly(A)长度定量。
随着下一代测序技术的发展,诸如PAL-seq20和TAIL-seq21等高通量测序方法能够实现转录组范围内的多聚腺苷酸化分析。然而,这些方法仅能提供36–51个核苷酸的短测序读长。因此,FLAM-Seq22被开发用于全长mRNA的全局性尾部长度分析,并可产生长读长序列。Nanopore技术23可实现无需PCR扩增的直接RNA或直接cDNA测序,用于多聚(A)尾长度的估算。然而,这些高通量方法也存在局限性:它们需要大量的起始材料,成本高昂且耗时较长。此外,利用高通量方法分析稀有转录本极具挑战性,而在需要分析少量转录本、进行预实验或验证其他方法时,低通量的基于PCR的方法仍具有优势。
我们最近的研究表明,Dscam1 mRNA 在 Drosophila 中具有较短的 poly(A) 尾巴,这需要细胞质 poly(A) 结合蛋白通过 G/I 尾巴法在 Dscam1 3'非翻译区(3'UTR)上进行非常规结合24。本文中,我们提供了一种简化的组织制备流程,并介绍了从 Drosophila 神经系统和 Drosophila S2 细胞中定量 mRNA poly(A) 长度的方法。
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1. 饲养与筛选 果蝇 幼虫
2. 从大脑中分离 果蝇 幼虫(图1)

图1解剖 果蝇 3龄幼虫脑rd 幼虫游走期 (A示意图 果蝇 幼虫。B-G幼虫解剖。 请点击此处以查看此图的放大版本。
3. Drosophila S2 Schneider 细胞
4. 从 Drosophila 幼虫脑组织和S2细胞中提取总RNA
5. RNA 凝胶的制备与电泳
6. 多聚(A)尾长度测定

图2:RNA样品制备及多聚腺苷酸尾检测。(A)RNA凝胶图像显示来自黑腹果蝇(Drosophila)幼虫脑(左侧)和S2细胞(右侧)的总RNA,在1.5%甲醛琼脂糖凝胶上分离。泳道M显示单链RNA标记物的大小(以核苷酸计)。注意在约600 nt处出现一条主要的RNA条带,来源于rRNA。(B)多聚腺苷酸尾检测示意图。缩写:G/I = 鸟苷/肌苷。请点击此处查看该图的放大版本。
7. 琼脂糖凝胶电泳分析PCR产物
8. 毛细管电泳
9. 数据分析:多聚(A)尾长度测定(图3)

图 3:Poly(A) 尾长度和峰值得测量。 请点击此处查看该图的放大版本。
10. 可视化 poly(A) 尾长度分布
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在此,我们分析了 poly(A) 尾的长度 Dscam1 和 GAPDH 从 果蝇 幼虫大脑(图4). 分离的RNA通过琼脂糖凝胶电泳进行质量检测。在约600个核苷酸大小处出现单一RNA条带,表明RNA样品完整图 2A)。RNA经过G/I加尾处理,并使用Agilent 2100生物分析仪进行高分辨率毛细管电泳。利用Agilent 2100 Expert软件导出凝胶图像,并进行相应拼接。来自PCR的产物 GAPDH 和 Dscam1 特异性基因引物对显示出清晰的单一条带,而基因特异性引物与通用引物组合则呈现出明显的弥散条带模式(图4A 和 表1),表明 poly(A) 长度存在差异 GAPDH 和 Dscam1 mRNAs。在 图4B,采用涂片分...
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在本实验方案中,我们描述了从徘徊期3rd 龄幼虫阶段解剖Drosophila幼虫脑组织的技术,以及从Drosophila S2细胞进行样品制备的方法。由于mRNA具有不稳定性,样品收集过程需要格外谨慎。在幼虫脑组织解剖过程中,应避免在分离时损伤脑组织,并且组织不应长时间保存在溶液中。每次解剖操作时间应控制在8–10分钟内。此外,在解剖液中添加RNase抑制剂可能有助于保护RNA完整性。对于S2细胞的培养与转染操作,所有步骤均应在超净工作台内进行。
RNA 提取步骤需要额外注意。我们建议使用经过 RNase 去除溶液预处理的层流式洁净工作空间。除了 RNA 产量外,还必须检测 RNA 的完整性,以确保样本在解剖和提取过程中未发生降解。RNA 完整性可通过变性琼脂糖凝胶电泳进行可视化分析。Drosophila 的总 RNA 呈现单一的条带模式,因为其 28S rRNA 会解离成两个大小相等的亚基,与 18S rRNA 共迁移25。当使用单链 RNA ladder ...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由美国国家神经疾病与卒中研究所资助项目R01NS116463(资助对象:J.K.)以及内华达大学里诺分校的细胞与分子成像核心设施支持,该核心设施由美国国立卫生研究院资助项目P20GM103650支持,并用于本研究所报告的科研工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3-(N-吗啉代)丙磺酸 (MOPS) | Research Product Internation (RPI) | M92020 | |
| Agilent 高灵敏度 DNA 检测试剂盒 | Agilent Technologies | 5067-4626 | |
| Agilent 软件 2100 Expert 免费下载试用版 | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-software/2100-expert-software-228259 | |
| Apex 100 bp-低分子量 DNA 标准 Marker | Genesee Scientific | 19-109 | |
| Bioanalyzer | Agilent 2100 Bioanalyzer G2938C | ||
| 焦碳酸二乙酯 (DEPC) | Research Product Internation (RPI) | D43060 | |
| DNA 染料(紫色上样缓冲液 (6x)) | New England biolabs | B7024S | |
| Drosophila S2 细胞系 | Drosophila Genomics Resource Center 货号 #181 | ||
| Drosophila Schneider’s 培养基 | Thermo Fisher Scientific | 21720024 | |
| 溴化乙锭 | Genesee scientific | 20-276 | |
| 胎牛血清 (FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | |
| 镊子 Dumont 5 | Fine Science tools | 11254-20 | |
| 无核酸酶水 | Thermo Fisher Scientific | AM9932 | |
| PBS 10x | Research Product Internation (RPI) | P32200 | |
| 多聚(A)尾长度检测试剂盒 | Thermo Fisher Scientific | 764551KT | |
| RiboRuler 低分子量 RNA 标准 Marker | Thermo Fisher Scientific | SM1833 | |
| RNA 上样缓冲液 (2x) | Thermo Fisher Scientific | R0641 | |
| RNA 微量提取试剂盒 | Zymoresearch | R1050 | |
| RNA 小量提取试剂盒 | Zymoresearch | R1055 | |
| 剪刀 - Vannas 弹簧剪 - 2.5 mm 刃口 | Fine Science tools | 15000-08 | |
| TopVision 琼脂糖片剂 | Thermo Fisher Scientific | R2802 | |
| Tris-乙酸-EDTA (TAE) | Thermo Fisher Scientific | B49 |
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