RNasen sind üblicherweise auf der Haut, im Haar, im Staub, auf Laborflächen, in Lösungen usw. vorhanden. Tragen Sie Handschuhe und reinigen Sie die Arbeitsfläche, Pipetten usw. gründlich vor der Verwendung, um eine Kontamination mit RNasen zu vermeiden. Die Verwendung nukleasefreier Pipettenspitzen, Röhrchen, Glasgeräte und Reagenzien wird dringend empfohlen.
1. In-vitro-Transkription unter Verwendung des T7 High-yield RNA Synthesis Kit
Die DNA-Vorlage für die Transkriptionsreaktion ist ein linearisiertes Plasmid, das das Gaussia-Luciferase-Gen und einen T7-Promotor upstream der kodierenden Sequenz enthält (Abbildung 1B).
- Tauen Sie die Komponenten aus dem T7 High Yield RNA Synthesis Kit auf und bewahren Sie sie auf Eis auf.
- Stellen Sie für nicht kappte RNA die Reaktion bei Raumtemperatur in der folgenden Reihenfolge ein:
| Komponente | Volumen (μl) | Endkonzentration |
| Nukleasefreies Wasser* | X | |
| 10X Reaktionspuffer | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| GTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| Vorlagendna* | X | 1 μg |
| T7-RNA-Polymerase-Mix | 2 | |
| Gesamt | 20 | |
*1 μg DNA hinzufügen und mit nukleasefreiem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 20 μl auffüllen. Die Menge an Wasser, die zugegeben werden muss, variiert je nach der Konzentration der Matrizen-DNA.
- Für kapptes RNA: Führen Sie die Reaktion bei Raumtemperatur in der folgenden Reihenfolge durch:
| Komponente | Volumen (μl) | Endkonzentration |
| Nukleasefreies Wasser* | X | |
| 10X Reaktionspuffer | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| GTP (20 mM) | 2 | 2 mM |
| 3´-O-Me-m7G(5')ppp(5')G Cap-Analogon (ARCA) (40 mM) | 4 | 8 mM |
| Vorlage-DNA* | X | 1 μg |
| T7-RNA-Polymerase-Mix | 2 | |
| Gesamt | 20 | |
*1 μg DNA hinzufügen und mit nukleasefreiem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 20 μl auffüllen. Die Menge an hinzuzufügendem Wasser variiert je nach der Konzentration der Matrizen-DNA.
- Versetzen Sie die Ansätze gründlich durch Vortexen und inkubieren Sie die Reaktionen 2 Stunden bei 37 °C in einem Trockenluftinkubator.
- Synthetisieren Sie mithilfe der Schritte 1,3–1,4 cappierte Transkripte der Cypridina-Luciferase (CLuc) aus einem linearisierten Plasmid, das das CLuc-Gen enthält. Diese mRNA wird zusammen mit den cappierten und nicht cappierten GLuc-mRNAs zur Normalisierung der GLuc-Expression cotransfiziert.
2. Entfernung der Matrizen-DNA
Die Transkriptionsreaktionen werden mit DNase I behandelt, um die DNA-Vorlage vor der anschließenden Aufreinigung zu entfernen.
- Geben Sie 70 μl nukleasefreies Wasser zu den Transkriptionsreaktionen, gefolgt von 10 μl DNase-I-Reaktionspuffer.
- Geben Sie 2 μl DNase I zu den Reaktionen hinzu.
- Inkubieren Sie 15 Minuten bei 37 °C in einem Trockenluftinkubator.
3. Säulenaufreinigung von kapptem und nicht kapptem RNA
- Reinigen Sie die kappten und nicht kappten RNA-Stränge mithilfe des MEGAclearKit gemäß den Anweisungen des Herstellers (jeder RNA-Reinigungskit auf Basis von Säulenchromatographie kann verwendet werden).
- Bestimmen Sie die RNA-Menge mit einem NanoDrop-Spektrophotometer.
- Beurteilen Sie die Qualität der RNA-Probe gemäß den Anweisungen des Herstellers mithilfe des Agilent RNA 6000 Nano Kit und des Agilent 2100 Bioanalyzer.
4. RNA-Kappung unter Verwendung des Vaccinia-Kappungssystems
- Nehmen Sie 10 μg der gereinigten, nicht kappten GLuc-mRNA.
Eine Standard-Cap-Reaktion kann bis zu 10 μg (100 nt oder größer) RNA kapuzieren. Falls eine größere Menge RNA kapuziert werden muss, kann die Reaktion entsprechend hochskaliert werden.
- Erhöhen Sie das Volumen mit nukleasefreiem Wasser auf 15 μl.
- Erhitzen Sie die RNA bei 65 °C für 10 Minuten, um sekundäre Strukturen zu entfernen. Stellen Sie sie anschließend für 5 Minuten auf Eis.
- Zur Durchführung der Capping-Reaktion geben Sie 2 μl 10X Capping-Puffer, 1 μl GTP (10 mM), 1 μl frisch verdünntes S-Adenosylmethionin (2 mM) und 1 μl (10 Einheiten) Vaccinia-Capping-Enzym zu den 15 μl denaturierten RNA hinzu.
- Vortexen Sie die Probe vorsichtig, um sie gut zu mischen, und inkubieren Sie die Reaktion 30 Minuten bei 37 °C in einem Trockenluftinkubator.
5. Säulenaufreinigung von kapptem RNA
- Reinigen Sie die kappte RNA mithilfe des MEGAclear-Kits (jedes auf Säulenchromatographie basierende RNA-Reinigungs-Kit kann verwendet werden).
- Beurteilen Sie die Qualität der RNA-Probe gemäß den Anweisungen des Herstellers mit dem Agilent RNA 6000 Nano Kit und dem Agilent 2100 Bioanalyzer.
6. Transfektion von HeLa-Zellen mit dem TransIT-mRNA-Transfektionskit
- HeLa-Zellen in einer 48-Well-Platte in 150 μl Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), High Glucose, ergänzt mit 10 % fetalem Rinderserum (0,7–2,3 × 105 Zellen/Well), ansäen.
- 16–24 Stunden bei 37 °C inkubieren, sodass die Zellen 60–90 % konfluent sind.
- Die GLuc- (kappt und unkappiert) und CLuc-RNA auf eine Konzentration von 100 ng/μl verdünnen.
Jede Transfektion wird in acht Replikaten durchgeführt.
- Stellen Sie 8 Eppendorf-Röhrchen bereit Röhrchen. Geben Sie jedem Röhrchen hinzu 1 μl unkappiertes GLuc-RNA, 1 μl cappiertes CLuc-RNA (zur Normalisierung) und 25 μl des serumfreien DMEM. Gut mischen.
- Richten Sie 8 Eppendorf-Röhrchen ein. Geben Sie in jedes Röhrchen 1 μl cappiertes GLuc-RNA (Cap-Analogon), 1 μl kappiertes CLuc-RNA (zur Normalisierung) und 25 μl des serumfreien DMEM. Gut mischen.
- Richten Sie 8 Eppendorf-Röhrchen ein. Geben Sie in jedes Röhrchen 1 μl cappiertes GLuc-RNA (Vaccinia), 1 μl cappiertes CLuc-RNA (zur Normalisierung) und 25 μl des serumfreien DMEM. Gut mischen.
- Hinzufügen 0.2 μl mRNA-Boost-Reagenz zu dem ersten Satz von 8 Röhrchen hinzufügen und mischen.
- Hinzufügen 0.2 μl TransIT-mRNA-Reagenz zu dem ersten Satz von 8 Röhrchen hinzufügen und mischen.
- Bei Raumtemperatur 2–5 Minuten inkubieren. (Nicht länger als 5 Minuten inkubieren.)
- Geben Sie das Transfektionsgemisch tropfenweise in die Vertiefungen mit HeLa-Zellkulturen (siehe Abbildung 3 für die Plattenpräparation).
- Wiederholen Sie die Schritte 7 bis 10 mit dem 2nd und 3rd Sätze mit je 8 Röhrchen
- Übernacht bei 37 °C in 5 % CO₂2.
7. Gaussia-Luciferase-(GLuc-)Assay
Analysieren Sie den Überstand aus jedem Well auf GLuc-Aktivität mithilfe des BioLux Gaussia-Luciferase-Assay-Kits wie folgt:
- Stellen Sie frisch die Assay-Lösung her, indem Sie 15 μl BioLux GLuc Substrat zu 1,5 ml BioLux GLuc Assay-Puffer hinzufügen (pro Probe werden 50 μl Assay-Lösung benötigt). Bereiten Sie eine ausreichende Menge für die Proben und zur Spülung des Luminometers-Injektors vor (siehe Herstelleranleitung).
- Mischen Sie gründlich durch mehrmaliges Umstülpen des Röhrchens (nicht wirbeln).
Die Lumineszenz wird mit dem Centro LB 960 Mikroplatten-Luminometer von Berthold Technologies gemessen.
- Stellen Sie das Luminometer auf ein Injektionsvolumen von 50 μl und eine Integrationszeit von 2–10 Sekunden ein.
- Geben Sie jeweils 10 μl des Zellkulturüberstandes aus jedem Well in eine 96-Well-Schwarzplatte.
- Spülen Sie den Injektor mit der Ansatzlösung vor und führen Sie anschließend die Lumineszenzmessung durch.
- Die Werte aus nicht transfizierten Wells werden als negative Kontrollen verwendet.
8. Cypridina-Luciferase-(CLuc-)Assay
Analysieren Sie das Überstand aus jedem Well auf CLuc-Aktivität mithilfe des BioLux Cypridina-Luciferase-Assay-Kits wie folgt:
- Rekonstituierten Substrat (100x) frisch gemäß den Anweisungen im Kit-Handbuch herstellen.
- Den BioLux Cypridina Luciferase-Assay-Puffer auftauen und gut mischen (vor Licht schützen).
- Um die CLuc-Assay-Lösung herzustellen, 15 μl des rekonstituierten Substrats (100x) zu 1,5 ml BioLux Cypridina Luciferase-Assay-Puffer hinzufügen (pro Probe werden 50 μl Assay-Lösung benötigt). Reichen Sie Menge für die Proben und zum Spülen der Injektionsnadel des Luminometers vorbereiten (siehe Herstelleranweisungen).
- Mehrere Male durch Umdrehen des Röhrchens gut mischen (nicht wirbeln).
- Die Lösung 30 Minuten bei Raumtemperatur stehen lassen (vor Licht schützen).
Die Lumineszenz wird mit dem Centro LB 960 Mikroplatten-Luminometer von Berthold Technologies gemessen.
- Stellen Sie das Luminometer auf eine Injektion von 50 μl, eine Verzögerung von 1–2 Sekunden und eine Integrationszeit von 2–10 Sekunden ein.
- Geben Sie 10 μl des Zellkulturüberstandes aus jedem Well in eine 96-Well-Schwarzplatte.
- Spülen Sie den Injektor mit der CLuc-Assay-Lösung vor und messen Sie die Lumineszenz.
- Die Werte aus nicht transfizierten Wells werden als negative Kontrollen verwendet.
9. Repräsentative Ergebnisse
Mit dem T7 High Yield RNA Synthesis Kit können pro 20-µl-Reaktion bis zu 180 µg nicht kappte RNA und 40 bis 50 µg kappte RNA hergestellt werden. Bei Analyse am Agilent 2100 Bioanalyzer sollte qualitativ hochwertige, intakte RNA einen einzelnen, scharfen Peak aufweisen, der das RNA-Transkript darstellt. Ein breiter oder mehrere Peaks deuten auf RNA-Abbau hin. Es ist außerdem wichtig, die Größe der RNA zu überprüfen. RNA-Transkripte, die länger sind als erwartet, können auf eine unvollständige Verdauung der Template-Plasmid-DNA zurückzuführen sein. RNA-Abbau und geringere Ausbeute sind in der Regel auf Kontaminationen zurückzuführen, die durch die Template-DNA in die Reaktion eingetragen wurden. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für ein Elektropherogramm und ein Gelbild, die nach der Analyse von qualitativ hochwertiger, intakter RNA am Bioanalyzer erhalten wurden.
Die Transfektion von HeLa-Zellen mit sowohl kapptem als auch nicht-kapptem GLuc-RNA wird gefolgt von einer Inkubation und der Bestimmung der Luciferase-Aktivität in den Zellkulturüberständen. Die 5'-Cap-Struktur ist wichtig, um die RNA vor der Degradation durch Exonukleasen zu schützen8 und um die Translationinitiierung9 der mRNA zu fördern. Daher ist die RNA-Kappung ein wesentlicher Schritt für Transfektionsexperimente. Die ko-transkriptionelle Methode (Cap-Analogon) liefert etwa 40 μg RNA, die zu 80 % gekappt ist. Das Protokoll unter Verwendung des Vaccinia-Kappungsenzyms kann bis zu 10 μg RNA (100 nt oder größer) pro Reaktion mit nahezu 100 %iger Effizienz kappen.
Abbildung 4 zeigt den Unterschied in der Luciferase-Expression zwischen Kulturen, die mit kappten und unkappierten RNA-Proben transfiziert wurden. Deutlich ist zu erkennen, dass Zellkulturen, die mit gekappter RNA transfiziert wurden, eine deutlich höhere Luciferase-Expression aufweisen im Vergleich zu solchen, die mit ungekappter RNA transfiziert wurden (die keine Luciferase-Aktivität zeigen). Zusätzlich bestätigt Abbildung 4 auch, dass beide Kappmethoden – unter Verwendung eines Kappanalogs und unter Verwendung des Vaccinia-Kappenzyms – erfolgreich funktionelle, gekappte RNA-Transkripte erzeugen, die in Protein translatiert werden können. Der zweiseitige p-Wert, erhalten aus dem t-Test, betrug 0,2583, was darauf hinweist, dass kein signifikanter statistischer Unterschied zwischen den Lumineszenzdaten der beiden Kappmethoden besteht.

Abbildung 1A. RNA-Synthese durch T7-RNA-Polymerase

Abbildung 1B. pCMV-GLuc-Vektor, der das GLuc-Gen und einen T7-Promotor enthält.

Abbildung 2. Elektropherogramme des Bioanalyzer und Gel-Bild von gecappter und ungecappter RNA. Die X-Achse zeigt die Größe der RNA in Nukleotiden (nt), die Y-Achse stellt Fluoreszenzeinheiten (FU) dar. A) Elektropherogramm von GLuc-mRNA (ungecapped) nach der Reinigung. B) Elektropherogramm von GLuc-mRNA (gecapped mit Vaccinia-Capping-Enzym). C) Elektropherogramm von GLuc-mRNA (gecapped ko-transkriptionell unter Verwendung eines Cap-Analogs). D) Gel-ähnliches Bild, erzeugt vom Bioanalyzer. Die Spur „L“ ist die RNA-Größenleiter, Spur 1 enthält ungecappede GLuc-mRNA, Spur 2 enthält mit Cap-Analog gecappede GLuc-mRNA und Spur 3 enthält mit Vaccinia-Capping-Enzym gecappede GLuc-RNA.

Abbildung 3. Beispiel für die Plattenanlage zur Transfektion von HeLa-Zellen. Jeder Well enthält ausgesäte HeLa-Zellen mit einer Konfluenz von 60–90 %. Der Transfektionsansatz, bestehend aus der jeweiligen GLuc-RNA (unkappiert, mit Kappanalog kappiert oder mit Vaccinia-Kappierenzym kappiert), kappierter CLuc-RNA (zur Normalisierung), mRNA Boost Reagent und TransIT-mRNA-Reagenz, wird jedem Well zugegeben. Jede Transfektion wird in achtfacher Wiederholung durchgeführt (im Bild Wells gleicher Farbe).

Abbildung 4.GLuc-Expression in HeLa-Zellen. Gereinigte, kappte und nicht kappte GLuc-mRNA wurde in HeLa-Zellen transfiziert und über Nacht (16 h) bei 37 °C inkubiert. Die Kulturüberstände aus jedem Wells wurden auf GLuc- und CLuc-Aktivität analysiert, und die Lumineszenzwerte wurden aufgezeichnet. Die GLuc-Lumineszenzwerte wurden relativ zu den Lumineszenzwerten der kappten CLuc-RNA normalisiert.

* Die Lumineszenz nicht transfizierter Zellen wurde von den GLuc- und CLuc-Werten vor der Normalisierung subtrahiert.
Marken
BioLux ist eine Marke der New England Biolabs, Inc.
TransIT ist eine eingetragene Marke von Mirus Bio LLC.
MEGAclear ist eine Marke von Ambion.