Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Genetics

基于生物素的下拉法对细胞 miRNAs mRNA 靶点的验证

Published: June 12, 2018 doi: 10.3791/57786

Summary

本报告描述了一种快速可靠的方法来验证细胞 miRNAs 的 mRNA 目标。该方法采用合成生物素化锁定核酸 (低噪声放大) miRNA 模拟捕获靶 mRNA。随后, 采用链亲和素包覆磁性微珠对靶 mRNA 进行 qPCR 聚合酶链反应的定量。

Abstract

MicroRNAs (miRNAs) 是一类小非编码 rna, 后转录调节细胞基因表达。MiRNAs 绑定到 3 ' 未翻译的区域 (UTR) 的目标 mRNA, 以抑制蛋白质的翻译或在某些情况下导致 mRNA 退化。miRNA 对目标 mRNA 的 3 ' UTR 的绑定由 miRNA 5 ' 末端的2–8核苷酸种子序列介导。虽然 miRNAs 作为细胞调控分子的作用已经建立, 但与功能相关的目标基因的识别仍然是一个挑战。生物信息学工具被用来预测 3 ' UTR 基因中的序列, 作为 miRNA 绑定的潜在目标。这些工具也被用来确定这些序列在相关物种之间的进化守恒, 以预测功能作用。然而, 这些计算方法往往产生假阳性结果, 仅限于预测 miRNA 和 mRNA 之间的典型交互作用。因此, 测量 miRNA 对其 mRNA 靶的直接约束的实验程序是建立功能交互的必要条件。在本报告中, 我们描述了一种敏感的方法来验证细胞 miRNA miR-125b 和 3 ' UTR PARP-1 mRNA 之间的直接相互作用。我们制定了一个协议, 其中合成生物素化 miRNA 模仿被转染成哺乳动物细胞和 miRNA mRNA 复合体的细胞裂解物被拉下来与链亲和素涂层磁性珠。最后, 采用 qPCR 策略对下拉核酸复合体中的靶 mRNA 进行量化。

Introduction

MicroRNAs (miRNAs) 是小的非编码 rna, 负调节蛋白表达1。miRNA 的前体通过基因组的许多区域聚集, 最频繁地在基因间区域和蛋白质编码基因的内含子2,3。合成的 miRNAs 涉及转录 miRNAs 从 miRNA 编码基因4。miRNAs 进行序贯处理, 先在细胞核内, 然后在细胞质中生成单股 miRNAs4,5。随后, 成熟的 miRNAs 被纳入到 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC): 一个 multimeric 蛋白-RNA 复合物, 其中包括 Argonaute 的蛋白质家族成员的目标识别4,5, 6,7。在 RISC 复杂的成熟 miRNAs 主要绑定到目标基因8,9,10的 3 ' UTR, 但也可以偶尔绑定在编码和 5 ' UTR 地区的 mRNA10,11.miRNA 与 mrna 序列的结合导致了平移沉默12,13,14 , 在某些情况下 mRNA 失稳15。由于单个 miRNA 可以针对许多基因, 这些调控分子参与几乎每一个细胞过程, 并有牵连在各种疾病情况下16,17,18

详细了解 miRNAs 如何调节细胞通路需要识别目标基因。多个生物信息学平台可用于预测假定的 miRNA: mRNA 相互作用19,20。这些预测依赖于完美的沃森-克里克基配对的2–8核苷酸种子序列的 miRNA 和一个互补序列内的目标 mRNA4,21。此外, 这些工具生成 miRNA 的二级结构: mRNA 双工, 计算这种分子相互作用的热力学参数, 并显示跨物种的结合点的保护, 以提高目标的功能相关性预测。不幸的是, 这些工具也有限制预测假阳性目标在一个非常高的速度 (〜 27–70%)15,22。最重要的是, 这些在硅平台中无法识别 miRNAs 与目标23的非规范交互。因此, 这种预测分析往往与实验方法相结合, 以验证功能相关的目标。

已经开发了多种方法来实验验证 miRNA: mRNA 相互作用。使用 miRNA 模拟器、海绵和抑制剂的基因实验, 改变细胞 miRNAs 的水平, 为其对目标基因表达242526的调控作用提供了线索。此外, 通过联合转染包含目标 mRNA 3 ' UTR 区域的克隆和 miRNA 模拟器或抑制剂进入细胞, 以记者为基础的化验, 提供了 miRNAs26的调节功能的证据。这些方法对于研究基因表达后转录调控的 miRNAs、转染效率和细胞 miRNA 水平变化的 pleotropic 效应是至关重要的, 这些遗传方法的主要局限性是23, 26。因此, miRNA 与靶的直接相互作用的补充生物化学方法, 可以更好地了解 miRNAs 的细胞功能。

研究 miRNA 与目标直接相互作用的一种广泛应用的方法是 RISC 复合体的免疫沉淀, 其次是复杂27282930 中的 mRNA 靶检测..最近, 还利用改进的 RISC 陷阱方法识别 miRNA 目标;它在 miRNA mrna 中间体中对目标进行稳定, 并对 mrna 靶点进行纯化。然而, 这些 methodsface 了 rna 和 rna 结合蛋白之间的非特异相互作用的内在挑战, 通常由细胞间隔31,32隔开。此外, 这些化验是依赖于存在的 AGO2 蛋白免疫沉淀的 RISC 复杂33。鉴于 AGO2 不是唯一的 argonaute 调解有效的 miRNA: mRNA 相互作用, 排除其他 argonautes 可能导致有偏见的结果34。因此, 要研究 miRNA 对 mRNA 的直接结合, 需要采取替代的策略。

在本报告中, 我们详细阐述了一个 miRNA 和它的目标 mRNA 直接相互作用的方法。首先, 3 ' 生物素化锁定核酸 (低噪声放大) miRNA 模仿者转染成哺乳动物细胞。然后, miRNA: 细胞裂解物中的 mRNA 复合体是用链亲和素包覆的磁性珠子捕获的。用 qPCR 量化了其互补 miRNA 的 mRNA 靶。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. 转染 3 '-生物素化 miRNA

注: 在无菌层流罩内执行以下步骤。

  1. 种子 4 x 105–5 x 105 HEK-293T 细胞每井在2毫升完全 Dulbecco 的改良鹰培养基 (DMEM) [DMEM 补充10% 胎牛血清 (血清) 和1x 笔链球菌抗生素]。培养细胞在孵化器设置在37°c, 5% CO2隔夜。
  2. 第二天, 检查在光显微镜下被镀细胞的健康和黏附。
    注意: 确保细胞在继续下一步之前坚持并获得适当的形态学。HEK-293T 细胞通常准备转染 18–24 h 后电镀。
  3. 在一个无菌的1.7 毫升离心管, 稀释 75 picomoles 生物素化 miRNA 200 µL 最小的基本介质。将这种混合物转移到另一种1.7 毫升离心管, 含有脂质体基转染试剂 (8 µL/井) 稀释200µL 的最小基本介质。完全混合, 但轻轻地, 通过吹打和孵化20–25分钟在室温允许形成转染复合物。
  4. 用温和的吹打从6井培养板中取出旧介质, 用1.6 毫升新鲜制备的完整 DMEM (不需要1x 枝链球菌抗生素) 补充每一个井。
  5. 使用校准良好的吸管将转染复合物 (从 1.3) 降为6井板中的细胞。在添加复合物的同时, 轻轻地旋转盘子, 以确保其均匀分布在板材上。
    注意: 这一步对于实现高效转染非常关键, 必须谨慎和耐心地进行。
  6. 培养细胞在37°c 和 5% CO2为至少 36 h。

2. 链亲和素涂覆磁珠的制备-I。

  1. 并用重悬链亲和素磁珠彻底涡流。将30µL 的珠悬浮 (每样) 转移到2毫升核酸酶离心管。
  2. 将包含珠悬浮的管放在磁珠分离器支架上 ("磁铁" 以后) 为2分钟。在确保珠子被拉到与磁铁接触的管子侧面后, 用微小心地取出上清液。
  3. 添加100µL 的珠洗涤缓冲器 (10 毫米三氯 pH 7.5, 0.5 毫米 EDTA, 1 米氯化钠) 的珠子。把管子从磁铁上取下。漩涡为十五年代在室温下洗涤珠子。
  4. 将含有珠子的管子放在磁铁上2分钟, 小心地除去并丢弃上清。
  5. 重复步骤2.3 和 2.4, 总共三洗涤。最后洗完一步后, 从磁铁上取下管子。
  6. 添加100µL 的 RNase 释放溶液 (0.1 米氢氧化钠, 0.05 米氯化钠) 的珠子, 混合在十五年代的涡流, 并在室温下孵化5分钟. 将含珠的管放在磁铁上2分钟, 并小心地除去并丢弃上清。
  7. 重复步骤 2.6, 总共三次。
  8. 添加珠泥沙溶液 (0.5 米氯化钠) 到珠, 漩涡十五年代, 并在室温孵育5分钟. 将悬浮珠放在磁铁上2分钟, 并小心地取出上清。
  9. 添加200µL 的珠阻断溶液 (1 µg/µL BSA, 2 µg/µL 酵母 tRNA) 的珠子。在室温下由温和的涡流混合在一起十五年代。在多管旋转体上孵育16小时 (超晚) 4 摄氏度。

3. 细胞裂解物的制备

  1. 在层流罩内用不育的细胞刮板来收割转染的 HEK-293T 细胞, 然后将每个样品转移到无菌的2毫升离心管中。
  2. 用离心法在 1500 x g上并用重悬5分钟, 在1x 无菌 PBS (磷酸盐缓冲盐水) 中颗粒, pH 7.2。离心机再以 1500 x g为5分钟, 获得无残留介质的颗粒。立即将含有颗粒的管子浸入冰中。
  3. 制备新鲜完整细胞裂解缓冲液 (150 毫米氯化钠, 25 毫米三氯, pH-7.5, 5mM, 0.5% IGEPAL, 60 U/毫升 Superase, 1x 蛋白酶抑制剂)。
    注: 缺乏 IGEPAL、Superase 和蛋白酶抑制剂鸡尾酒的细胞裂解缓冲液可以提前制备, 并贮存在室温下。通过将上述补充剂添加到库存细胞裂解缓冲液中, 并将其储存在冰上, 准备一组全新的完整细胞裂解缓冲液。
  4. 将260µL 的冰冷完整细胞裂解缓冲液添加到离心管中的每个样品中 (即,每个离心管都含有从6井板的一个井中收获的细胞), 并并用重悬细胞颗粒成均匀悬浮由吹打。
  5. 用冻融法溶解细胞: 在-80 摄氏度的10–15中孵育试管。然后, 允许细胞在冰上解冻。
  6. 离心机所产生的细胞裂解在 1.6万 x g 5 分钟的冷冻台式离心机设置为4摄氏度。
  7. 将清除的细胞裂解液转移到冰上无菌的1.7 毫升离心管上。扔掉小球。
    注: 清除的裂解液的最终体积应该是 ~ 240–250µL。
  8. 将5M 氯化钠添加到已清除的裂解液中, 最后浓度为 1M, 并在冰上保持样品。

4. 链亲和素磁珠的制备-II。

  1. 准备新鲜完整的下拉洗涤缓冲器 (10 毫米氯化钾, 1.5 毫米氯化镁2, 10 毫米三氯 pH 值 7.5, 5 毫米, 1 米氯化钠, 0.5% IGEPAL, 60 u/毫升 Superase, 1x 蛋白酶抑制剂鸡尾酒)
    注: 不 IGEPAL、Superase 和蛋白酶抑制剂鸡尾酒的下拉式洗涤缓冲器库存, 可预先准备, 并存放在室温下。通过将上述补充剂添加到库存细胞裂解缓冲液中, 并将其储存在冰上, 准备一组全新的完整细胞裂解缓冲液。
  2. 把装有准备好的珠子的管子 (从步骤 2.9) 放在磁铁上2分钟. 小心地取出并丢弃上清。
  3. 添加150µL 的冰冷完整的下拉洗涤缓冲区的珠子。十五年代的旋涡, 在室温下孵化 30–60 s. 把管子放在磁铁上2分钟小心地取出并丢弃上清。
  4. 重复步骤 4.3, 总共3次。
  5. 并用重悬在300µL 的完整拉下洗涤缓冲器的珠子。

5. 目标 mRNA-miRNA 配合物的下拉

  1. 将300µL 细胞裂解液 (从步骤 3.8) 转移到含有300µL 珠的离心管 (从步骤 4.5)。
  2. 在室温下在 nutating 搅拌机上孵化混合物1小时。
  3. 把管子放在磁铁上5分钟, 小心地取出并丢弃上清。
  4. 添加300µL 的冰冷完整的下拉洗涤缓冲区的珠子。漩涡为十五年代在室温和安置管子在磁铁5分钟. 小心地去除和丢弃上清。
  5. 重复步骤5.4 次。
  6. 并用重悬在100µL 核酸酶水中的珠子, 在冰上孵化。

6. 总 RNA 提取、cDNA 合成和 qPCR

  1. 使用适当的方法从悬浮珠子 (从步骤 5.6) 中提取总 RNA (见材料表)。并用重悬提取的总 RNA 在25µL 的核酸酶无水。用分光光度法测定 RNA 浓度和质量 (吸收率在 260/280)。准备50µL 的 RNA 的工作存货。
  2. 在 triplicates 中, 使用适当的 cdna 合成试剂盒 (见材料表), 在最后体积为20µL (表 1) 中使用 50 ng 总 RNA (从步骤 6.1) 中进行 cdna 合成。然后, 根据表 2中描述的条件, 将 PCR 管加载到 qPCR 仪器中进行热循环。
  3. 使用 SYBR 绿色化学 (见材料表) 对 CDNA 进行 qPCR (从步骤6.2 中):
    1. 在无菌条件下, 在96井清楚的底板上进行 triplicates 的所有 qPCR 反应。
    2. 整除9µL 的反应混合物从 qPCR 主混合 (见表 3) 到每一个良好的板块。然后, 在每个井中添加1µL 的 cDNA, 以达到10µL 的最终体积. 用耐热 pcr 板封口机密封 pcr 板并将其加载到 qPCR 仪器中
    3. 按照表 4中描述的条件执行热循环。
    4. 将每个示例的表达式级别 (Ct 值) 规范化到被炒控件的表达式级别。使用这些值计算表达式中的折叠更改。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

MiRNAs 通过绑定到目标基因来调节细胞过程。因此, 识别 mRNA 目标是理解 miRNA 功能的关键。在此, 我们详细阐述了一种识别细胞 miRNA mRNA 靶的方法。这个协议是从迩那里改编的。35利用生物素化低噪声的 miRNA 模拟到下拉靶 mRNA 的改进。基于低噪声的寡核苷酸模拟提高了靶结合的特异性, 由于改性核糖环的稳定性较高, 不含毒性效应36,37,38。我们采用这种方法将 PARP-1 mRNA 作为细胞 miRNA miR-125b 的靶向。在调节神经元功能3940的脑组织中检测到最高的 miR-125b 表达水平。为了确定神经元细胞中 miR-125b 的靶点, 我们最近报告说, miR-125b 对 PARP-1 mRNA41的 3 ' UTR 的 PARP-1 表达有消极的调节。

miRNA 的下拉: mRNA 复合物

我们利用 HEK-293T 细胞研究 miR-125b 和 PARP-1 mRNA 之间的相互作用, 因为这些细胞广泛应用于细胞、生物化学和分子生物学研究。图 1描述了用于 mRNA 目标的协议示意图。首先, HEK-293T 细胞 (4 x 105–5 x 105细胞每井) 被播种隔夜在6个井组织培养板材和孵化在37°c 与 5% CO2为 18–24 h。随后, 采用脂质体转染法, 将 75 picomoles 3 '-生物素化 miR-125b 模拟器和 3 '-生物素化炒控器转化为细胞。转染的细胞在37°c 和 5% CO2被孵化了另外 36 h 和收获。然后用冻融裂解法制备转染细胞的细胞裂解物。新制备的细胞裂解物在室温下, 在工作台顶 nutating 搅拌机上用被阻挡的链亲和素涂层磁性珠子孵化。在此之后, 用刚准备好的冰冷下拉式洗涤缓冲器在磁选机上加工和洗涤珠子。最后, 在100µL 核酸酶自由水中悬浮珠, 进一步分析。

下拉 miRNA 中靶 mrna 的检测: mRNA 复合物

为了从下拉合剂中检测 miR-125b 的靶 mRNA, 我们采用了 qPCR 法 (图 1)。我们设计了在 ORF 内的向前和反向引物 (FP 和 RP) 放大 PARP-1 mRNA (图 2, 表 5b)。我们还设计了用于检测 p53 mRNA (miR-125b42的已知目标) 的引物集, 作为一种阳性对照, 包括将肌动蛋白 mRNA 放大为非特定阴性对照的引物。此外, 为了进一步确定放大的特异性, 我们设计了用于检测 PARP-1、p53 和肌动蛋白 3 ' UTR 区的底漆。我们使用协议中描述的方法执行 qPCR (6 节)。

图 3显示了基于 qPCR 的目标 mRNA 相对于被纯化珠的炒控制的放大。与生物素化 miR-125b 模拟相比, PARP-1 mRNA 的含量明显高于被炒的对照组。如预期, 在这些样品中观察到阳性对照 p53 mrna 的较高 mrna 水平和负控制肌动蛋白 mrna 的最小扩增。与负控制肌动蛋白 (图 3B) 相比, 使用引物靶向 3 ' UTR PARP-1 和 p53 的底漆获得了类似的扩增水平。qPCR 的结果 (图 3A) 和 3 ' UTR 区域 (图 3B) 的 PARP-1 mrna 和 p53 mrna 显示了一定程度的变异性。一些因素, 包括绑定亲和性, miRNA 绑定站点的数量, 以及引物序列依赖放大的差异可能会导致在图 3中放大的可变水平。然而, 这些数据有力地支持验证细胞 miRNAs mRNA 目标的方法的可行性和特异性。

Figure 1
图 1: 使用生物素化 miRNA 模拟器的目标捕获检测协议的示意图表示.请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 用于放大 mRNA 目标的底漆设计.用于检测 miR-125b 靶 mRNA 的引物的示意图。一组引物 (套 I) 是设计在 ORF 地区的成绩单和另一套引物 (设置 II) 是设计在 3 ' UTR 地区的目标基因。FP 和 RP 表示每个集合的正向和反向引物。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: miR-125b 目标识别 qPCR.(A)使用入门组 I 的 mRNA 水平, 放大目标 mRNA 的 ORF 区域。与肌动蛋白 mrna (阴性对照) 相比, 观察到 PARP-1 和 p53 mrna (阳性对照) 的表达水平较高。(B)利用引物集对目标 mRNA 的 3 ' UTR 区域进行扩增。没有在无模板控件 (NTC) 中观察到放大。在 triplicates 中进行了所有的反应, 并利用基于 2ΔCt方法的数据分析软件对数据进行了分析。误差线表示平均值的标准误差。请单击此处查看此图的较大版本.

组件 股票 20 ul 反应的最终体积
模板 (RNA) 50 ng/µL 1.0 ul
反应缓冲器 5x 4.0 ul
寡聚 dT 底漆 主库存 2 ul
逆转录 主库存 1 ul
核酸酶无水蒸馏水 - 12 ul
总反应量 20 ul

表 1: cDNA 合成反应混合物。

105°c = 三十年代
42°c = 60 分钟
95°c = 5 分钟
10°c = 举行

表 2: cDNA 合成热循环条件。

组件 股票 10 ul 反应的最终体积
cDNA 产品 - 1.0 ul
iTaq 通用 SYBR 混合 2x 5.0 ul
目标 (ORF/3 ' UTR) 平安险 10微米 0.5 ul
目标 (ORF/3 ' UTR) R.P。 10微米 0.5 ul
核酸酶无水蒸馏水 - 3 ul
总反应量 10 ul

表 3: qPCR 反应混合物。

95°c = 10 分钟
30周期:
95°c = 十年代
56°c = 三十年代
72°c = 三十年代
熔体曲线分析
65°c = 三十一年代
线性坡道率 = 0.5 °c/秒
承购 = 0.5 °c 间隔

表 4: qPCR 热循环条件。

(A): 生物素化寡核苷酸
Biotinlyated 寡核苷酸 股票 序列 (5 ' 到 3 ')
has-miR-125b 25微米 UCCCUGAGACCCUAACUUGUGA-生物素
炒控 25微米 GAUGGCAUUCGAUCAGUUCUA-生物素
(B) 底漆
目标底漆 (ORF) 股票 序列 (5 ' 到 3 ')
PARP-1 (FP) 100微米 GAGGTGGATGGGTTCTCTGA
PARP-1 (RP) 100微米 ACACCCCTTGCACGTACTTC
p53 (FP) 100微米 TGTGACTTGCACGTACTCCC
p53 (RP) 100微米 ACCATCGCTATCTGAGCAGC
肌动蛋白 (FP) 100微米 GCTCGTCGTCGACAACGGCTC
肌动蛋白 (RP) 100微米 CAAACATGATCTGGGTCATCTT
(C) 底漆
目标底漆 (3 ' UTR) 股票 序列 (5 ' 到 3 ')
PARP-1 (FP) 100微米 ATTGGGAGAGGTAGCCGAGT
PARP-1 (RP) 100微米 CTACCCATCAGCAACTTAGCG
p53 (FP) 100微米 GGCCCATATCTGTGAAATGC
p53 (RP) 100微米 CTGCAGGAAGGCAGGTTTT

表 5: 寡核苷酸的名称和序列。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

细胞 miRNAs mRNA 靶点的鉴定对于了解其调控功能具有重要意义。基于种子序列互补和保护目标序列1920, 采用了几种计算工具对目标进行预测。虽然这些工具很有价值, 但它们可以产生高级别的误报和假阴性。因此, 这些预测结合了实验方法, 如 RISC 复合体的免疫沉淀和 miRNA 的拉下: mRNA 复合体, 以确认 miRNAs 对各自目标27,31的直接约束力。本报告详述了一个实验策略, 利用生物素化 miRNA 模拟到下拉靶 mRNA。生物素下拉可用于识别高灵敏度、低假阳性率3543的 miRNA 靶。因此, 通过耦合序列筛选捕获的 RNA 池, 也可以利用该方法对 miRNA 目标进行识别。但是, 此方法44有几个限制。外源性 miRNA 的过度表达可以改变细胞的转录网络, 从而导致 mRNA 的变化, 而不是由于 miRNA 调节。这些可以通过使用极低的模拟器来克服, 以免扰乱内生 miRNA 调节。另外, 当 miRNAs 被外部表达以避免非特定绑定时, 需要适当的控件。仔细的洗涤和堵塞步骤可以有效地减少背景噪声, 增加目标 miRNA 的特异性。很少有研究表明, 对 miRNA 3 ' 或 5 ' 末端的修改是不能容忍的45, 然而, 一些研究已经有效地使用生物素标记的和平号模拟器作为一个有效的工具来探索 mRNA 目标。

这种方法的另一个优点是利用低噪声的 (锁定核酸) miRNA 模拟。低噪声的核酸修饰允许形成稳定的寡核苷酸复式与高亲和力46,47。此外, 定制的生物素化低噪声 miRNA 模拟包括三 RNA 链。一个 3 '-生物素化 miRNA 链与序列的 miRBase 注释和乘客链互补的 miRNA, 这是分裂的两个低噪声的改进 RNA 链47。RISC 仅包含 miRNA 链, 而两条乘客链迅速退化, 从而增强目标特异性。为了提高我们的发现的信心, 我们还包括了一个验证的目标 p53 的 miR-125b 作为一个积极的控制和β肌动蛋白, 它没有一个 miR-125b 绑定网站在其 mRNA 作为一个负控制。使用此方法得到的结果与这些控制 (图 3) 显示了目标 mRNA 识别的特异性。虽然低噪声放大 miRNA 模仿稳定, 并大大有利于沃森-克里克基地配对, 应该指出, 使用低噪声放大 miRNA 模仿生物素标签将消除不假阳性和阴性。此外, 他们可能会导致确认的计算预测, 可能不是生物学上的相关。另一方面, 如果这种方法与测序相结合以确定 mRNA 目标, 可能会产生假阴性, 因为低噪声放大模拟倾向于规范基配对, 这可能排除与本机 miRNAs 发生的非规范基配对交互。

这里提出的协议是由迩和艾尔改编的, 有几个修改35。为了进一步减少背景噪声, 我们结合了广泛的洗涤步骤, 修改了转染效率的参数, 缓冲准备和孵化, 下拉条件和 PCR 数据的采集和分析。此外, 我们使用两个引物集放大的目标 mrna 后, 下拉, 一组旨在放大一个区域的目标 mrna 和第二套底漆, 以放大一个区域内的 3 ' UTR 的目标 mrna。两套引物的利用提高了靶 mRNA 富集的特异性。

应当指出的是, 这种方法的局限性是由于非特定目标而产生的基本噪音水平。进一步的修改, 如堵塞, 洗涤和孵化条件的改善可能会提供更高的目标特异性和敏感性。总之, 本报告所描述的化验是一种快速可靠的方法, 可用于验证 miRNAs 的 mRNA 目标使用 PCR 策略。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

作者声明没有竞争的金融和非金融利益。

Acknowledgments

这项工作得到了国家卫生研究院 (NIH)、DA024558、DA30896、DA033892、DA021471、AI22960 和 MD007586 (C.D.) DA037779 的部分支持。这项工作还得到了 RCMI 赠款 G12MD007586、范德比尔特 CTSA 补助金 UL1RR024975、Meharry 翻译研究中心 MeTRC 赠款 (CTSA U54/nih、RR026140/国立卫生研究院 NCRR 补助金和田纳西州艾滋病中心) 的支持。研究 (P30 AI110527)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cell line- HEK293T cells ATCC CRL-3216
Heat-inactivated Fetal bovine serum (Hi-FBS) GIBCO/Thermofisher 10438-026
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) GIBCO/Thermofisher 11995-065
Phosphate buffered saline (PBS) (1x) GIBCO/Thermofisher 20012-027
Trypsin-EDTA (0.25%)  GIBCO/Thermofisher 25200-056
Penicillin-Streptomycin solution (100x) Cellgro/Mediatech 30-002-CI
DNase  Ambion AM2238
Opti-MEM Reduced serum media GIBCO/Thermofisher 3198-088
Liopfectamine 2000 Transfection reagent Invitrogen/ Thermofisher 11668-019
Biotinylated hsa-miR-125b Exiqon 339178/ID-27281622
Biotinylated scrambled control Exiqon 479997-671/ID-714884
IGEPAL Sigma-Aldrich 18896
Streptavidin Magnetic beads Pierce 88816
Yeast tRNA Invitrogen/Thermofisher 15401-011
Bovine Serum Albumin (BSA) Sigma-Aldrich A2153
Potassium chloride (KCl) solution Sigma-Aldrich 60142
Magnesium chloride (MgCl2) solution Sigma-Aldrich M1028
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 795429
Ethylenediamine tetraacetic acid, disodium salt (EDTA) solution, 0.5 M, pH 8.0 Sigma-Aldrich E7889
Dithiothreitol (DTT) Sigma-Aldrich 43815
Superase Ambion/Thermofisher AM2694
Protease Inhibitor cocktail Sigma-Aldrich P8340
RNAse/DNAse free water GIBCO/Thermofisher 10977-015
RNeasy extraction kit Qiagen 74104
iScript-Select cDNA synthesis kit Biorad 170-8897
qPCR Primers  Invitrogen/Thermofisher
iTaq-Universal SYBR green supermix Biorad 172-5120
DynaMag-Spin Magnet Invitrogen/Thermofisher 12320D

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Behm-Ansmant, I., Rehwinkel, J., Izaurralde, E. MicroRNAs silence gene expression by repressing protein expression and/or by promoting mRNA decay. Cold Spring Harborsymposia on quantitative biology. 71, 523-530 (2006).
  2. Rodriguez, A., Griffiths-Jones, S., Ashurst, J. L., Bradley, A. Identification of mammalian microRNA host genes and transcription units. Genome research. 14, 1902-1910 (2004).
  3. Lagos-Quintana, M., Rauhut, R., Meyer, J., Borkhardt, A., Tuschl, T. New microRNAs from mouse and human. RNA. 9, 175-179 (2003).
  4. Bartel, D. P. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell. 116, 281-297 (2004).
  5. Lee, Y., Jeon, K., Lee, J. T., Kim, S., Kim, V. N. MicroRNA maturation: Stepwise processing and subcellular localization. The EMBO journal. 21, 4663-4670 (2002).
  6. Diederichs, S., Haber, D. A. Dual role for argonautes in microRNA processing and posttranscriptional regulation of microRNA expression. Cell. 131, 1097-1108 (2007).
  7. Perron, M. P., Provost, P. Protein interactions and complexes in human microRNA biogenesis and function. Frontiers in bioscience: A journal and virtual library. 13, 2537-2547 (2008).
  8. Wightman, B., Ha, I., Ruvkun, G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 75, 855-862 (1993).
  9. Lee, R. C., Feinbaum, R. L., Ambros, V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 75, 843-854 (1993).
  10. Kloosterman, W. P., Wienholds, E., Ketting, R. F., Plasterk, R. H. Substrate requirements for let-7 function in the developing zebrafish embryo. Nucleic acids research. 32, 6284-6291 (2004).
  11. Lee, I., et al. New class of microRNA targets containing simultaneous 5'-UTR and 3'-UTR interaction sites. Genome research. 19, 1175-1183 (2009).
  12. Djuranovic, S., Nahvi, A., Green, R. miRNA-mediated gene silencing by translational repression followed by mRNA deadenylation and decay. Science. 336, 237-240 (2012).
  13. Iwakawa, H. O., Tomari, Y. The Functions of MicroRNAs: mRNA Decay and Translational Repression. Trends in cell biology. 25, 651-665 (2015).
  14. Wilczynska, A., Bushell, M. The complexity of miRNA-mediated repression. Cell deathand differentiation. 22, 22-33 (2015).
  15. Selbach, M., et al. Widespread changes in protein synthesis induced by microRNAs. Nature. 455, 58-63 (2008).
  16. Kloosterman, W. P., Plasterk, R. H. The diverse functions of microRNAs in animal development and disease. Developmental cell. 11, 441-450 (2006).
  17. Mendell, J. T., Olson, E. N. MicroRNAs in stress signaling and human disease. Cell. 148, 1172-1187 (2012).
  18. Sayed, D., Abdellatif, M. MicroRNAs in development and disease. Physiologicalreviews. 91, 827-887 (2011).
  19. Steinkraus, B. R., Toegel, M., Fulga, T. A. Tiny giants of gene regulation: Experimental strategies for microRNA functional studies. Wiley interdisciplinary reviews. Developmental biology. 5, 311-362 (2016).
  20. Watanabe, Y., Tomita, M., Kanai, A. Computational methods for microRNA target prediction. Methods in enzymology. , 65-86 (2007).
  21. Lewis, B. P., Shih, I. H., Jones-Rhoades, M. W., Bartel, D. P., Burge, C. B. Prediction of mammalian microRNA targets. Cell. 115, 787-798 (2003).
  22. Baek, D., et al. The impact of microRNAs on protein output. Nature. 455, 64-71 (2008).
  23. Thomson, D. W., Bracken, C. P., Goodall, G. J. Experimental strategies for microRNA target identification. Nucleic acids research. 39, 6845-6853 (2011).
  24. Ebert, M. S., Neilson, J. R., Sharp, P. A. MicroRNA sponges: Competitive inhibitors of small RNAs in mammalian cells. Nature. 4, 721-726 (2007).
  25. Elmen, J., et al. Antagonism of microRNA-122 in mice by systemically administered LNA-antimiR leads to up-regulation of a large set of predicted target mRNAs in the liver. Nucleic acids research. 36, 1153-1162 (2008).
  26. Jin, H. Y., et al. Transfection of microRNA mimics should be used with caution. Frontiersin genetics. 6, 340 (2015).
  27. Beitzinger, M., Peters, L., Zhu, J. Y., Kremmer, E., Meister, G. Identification of human microRNA targets from isolated argonaute protein complexes. RNA biology. 4, 76-84 (2007).
  28. Chi, S. W., Zang, J. B., Mele, A., Darnell, R. B. Argonaute HITS-CLIP decodes microRNA-mRNA interaction maps. Nature. 460, 479-486 (2009).
  29. Easow, G., Teleman, A. A., Cohen, S. M. Isolation of microRNA targets by miRNP immunopurification. RNA. 13, 1198-1204 (2007).
  30. Hafner, M., et al. Transcriptome-wide identification of RNA-binding protein and microRNA target sites by PAR-CLIP. Cell. 141, 129-141 (2010).
  31. Cambronne, X. A., Shen, R., Auer, P. L., Goodman, R. H. Capturing microRNA targets using an RNA-induced silencing complex (RISC)-trap approach. Proceedings of theNational Academy of Sciences of the United States of America. , 20473-20478 (2012).
  32. Mili, S., Steitz, J. A. Evidence for reassociation of RNA-binding proteins after cell lysis: implications for the interpretation of immunoprecipitation analyses. RNA. 10, 1692-1694 (2004).
  33. Meister, G., et al. Human Argonaute2 mediates RNA cleavage targeted by miRNAs and siRNAs. Molecular cell. 15, 185-197 (2004).
  34. Su, H., Trombly, M. I., Chen, J., Wang, X. Essential and overlapping functions for mammalian Argonautes in microRNA silencing. Genes & development. 23, 304-317 (2009).
  35. Wani, S., Cloonan, N. Profiling direct mRNA-microRNA interactions using synthetic biotinylated microRNA-duplexes. bioRxiv. , (2014).
  36. Grunweller, A., Hartmann, R. K. Locked nucleic acid oligonucleotides: The next generation of antisense agents? BioDrugs: clinical immunotherapeutics,biopharmaceuticals and gene therapy. 21, 235-243 (2007).
  37. Guerard, M., et al. Locked nucleic acid (LNA): Based single-stranded oligonucleotides are not genotoxic. Environmental and molecular mutagenesis. 58, 112-121 (2017).
  38. Song, R., Ro, S., Yan, W. In situ hybridization detection of microRNAs. Methods inmolecular biology. , 287-294 (2010).
  39. Edbauer, D., et al. Regulation of synaptic structure and function by FMRP-associated microRNAs miR-125b and miR-132. Neuron. 65, 373-384 (2010).
  40. Le, M. T., et al. MicroRNA-125b promotes neuronal differentiation in human cells by repressing multiple targets. Molecular and cellular biology. 29, 5290-5305 (2009).
  41. Dash, S., et al. Poly (ADP-Ribose) Polymerase-1 (PARP-1) induction by cocaine is post-transcriptionally regulated by miR-125b. eNeuro. 4, (2017).
  42. Micheli, F., et al. Regulation of proapoptotic proteins Bak1 and p53 by miR-125b in an experimental model of Alzheimer's disease: Protective role of 17beta-estradiol. Neuroscience letters. 629, 234-240 (2016).
  43. Orom, U. A., Lund, A. H. Isolation of microRNA targets using biotinylated synthetic microRNAs. Methods. 43, 162-165 (2007).
  44. Cloonan, N. Re-thinking miRNA-mRNA interactions: Intertwining issues confound target discovery. BioEssays: News and reviews in molecular, cellular and developmental biology. 37, 379-388 (2015).
  45. Guo, Y. E., Steitz, J. A. 3'-Biotin-tagged microRNA-27 does not associate with Argonaute proteins in cells. RNA. 20, 985-988 (2014).
  46. Mook, O., et al. In vivo efficacy and off-target effects of locked nucleic acid (LNA) and unlocked nucleic acid (UNA) modified siRNA and small internally segmented interfering RNA (sisiRNA) in mice bearing human tumor xenografts. Artificial DNA, PNA & XNA. 1, 36-44 (2010).
  47. Owczarzy, R., You, Y., Groth, C. L., Tataurov, A. V. Stability and mismatch discrimination of locked nucleic acid-DNA duplexes. Biochemistry. 50, 9352-9367 (2011).

Tags

遗传学 问题 136 miRNA mRNA 低噪声放大 biotinylation PCR 3 ' UTR
基于生物素的下拉法对细胞 miRNAs mRNA 靶点的验证
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dash, S., Balasubramaniam, M., Dash, More

Dash, S., Balasubramaniam, M., Dash, C., Pandhare, J. Biotin-based Pulldown Assay to Validate mRNA Targets of Cellular miRNAs. J. Vis. Exp. (136), e57786, doi:10.3791/57786 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter