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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Hier beschreiben wir eine Methode zur Bestimmung der Lunge Ausdruck von MiRNAs, die vorausgesagt werden, entzündlichen Gene regulieren mit Mäusen Ozon ausgesetzt oder gefilterte Luft in den verschiedenen Phasen des Estrous Zyklus.
MicroRNA (MiRNA) Profilerstellung ist von Interesse für Forscher arbeiten in verschiedenen Forschungsgebieten der Biologie und der Medizin geworden. Aktuelle Studien zeigen eine viel versprechende Zukunft der Verwendung von MiRNAs bei der Diagnose und Betreuung von Lungenerkrankungen. Hier definieren wir ein Protokoll für MiRNA profiling um die relative Häufigkeit einer Gruppe von MiRNAs voraussichtlich im Lungengewebe von von einem Mausmodell Ozon-induzierte Atemwege Entzündung entzündlichen Gene regulieren zu messen. Weil sich gezeigt hat, dass zirkulierenden Sexualhormone die Regulierung der angeborenen Immunität Lungenkrebs bei Frauen beeinflussen kann, ist der Zweck dieser Methode zu beschreiben, eine entzündliche MiRNA profiling Protokoll bei weiblichen Mäusen, unter Berücksichtigung des Estrous Zyklus Bühne der einzelnen Tiere zum Zeitpunkt der Ozonbelastung. Wir befassen uns auch geltenden Bioinformatik Ansätze zur MiRNA-Entdeckung und Ziel Identifizierungsmethoden mit Limma, ein R/Bioconductor-Software, und Funktionsanalyse Software zu verstehen, die biologischen Kontext und Wege zugeordnet differenzielle MiRNA Ausdruck.
Micro-RNAs (MiRNAs) sind kurze (19 bis 25 Nukleotide), natürlich vorkommende, nicht-kodierende RNA-Moleküle. Sequenzen von MiRNAs sind evolutionär konserviert über Artgrenzen, was auf die Bedeutung der MiRNAs bei der Regulierung der physiologischen Funktionen1. MicroRNA Expression profiling ist nachgewiesen worden, zur Identifizierung von MiRNAs, die wichtig sind bei der Regulierung der eine Vielzahl von Prozessen, einschließlich der Immunantwort, Zelldifferenzierung, Entwicklungsprozesse und Apoptose2hilfreich sein. Vor kurzem wurden MiRNAs für ihre mögliche Verwendung in der Krankheit Diagnostik und Therapie anerkannt. Für Forscher, die Mechanismen der Genregulation kann messen MiRNA Ausdruck aufklären Systemebene Modelle der regulatorischen Prozesse, vor allem beim MiRNA Informationen mit mRNA profiling und andere Genom angelegten Daten3. Auf der anderen Seite MiRNAs haben auch gezeigt, dass stabiler als mRNAs in verschiedensten Probenarten und auch sensibler als Proteine4messbar sind. Dies führte zu erheblichen Interesse an der Entwicklung von MiRNAs als Biomarker für unterschiedliche molekulare diagnostische Anwendungen, einschließlich Lungenerkrankungen.
In der Lunge MiRNAs eine wichtige Rolle in den Entwicklungsprozessen und die Aufrechterhaltung der Homöostase. Darüber hinaus wurde ihre abnormen Ausdruck der Entstehung und Progression von verschiedenen Lungenkrankheiten5zugeordnet. Entzündliche Lungenerkrankungen induziert durch Luftverschmutzung hat gezeigt, mehr schwere und schlechtere Prognose bei Frauen, die darauf hinweist, dass Hormone und den Estrous Zyklus Lunge angeborene Immunität und MiRNA Ausdruck als Reaktion auf ökologische Herausforderungen regulieren können 6. in diesem Protokoll verwenden wir Ozonbelastung, das ist ein wichtiger Bestandteil der Luftverschmutzung, um eine Form der Lungenentzündung bei weiblichen Mäusen zu induzieren, das auftritt, in Ermangelung der adaptiven Immunität. Durch die Verwendung von Ozon, sind wir die Entwicklung der Atemwege Hyperreaktivität induziert, die Atemwege Epithelzelle Schaden und eine Erhöhung der Neutrophilen und Entzündungsmediatoren im proximalen Airways7zugeordnet ist. Derzeit gibt es keine gut beschriebenen Protokolle zu charakterisieren und zu analysieren MiRNAs über den Estrous Zyklus bei Mäusen Ozon ausgesetzt.
Im folgenden beschreiben wir eine einfache Methode zur Ermittlung Estrous Zyklus Phasen und MiRNA Ausdruck im Lungengewebe von weiblichen Mäusen Ozon ausgesetzt. Wir sprechen auch effektive Bioinformatik Ansätze zur MiRNA Entdeckung und Target Identifizierung mit dem Schwerpunkt Bioinformatik. Wir analysieren die Microarray-Daten mithilfe von Limma, eine R/Bioconductor-Software, die eine integrierte Lösung bietet für die Analyse von Daten aus gen Ausdruck Experimente8. Analyse von PCR-Arraydaten aus Limma hat einen Vorteil in Bezug auf Leistung gegenüber t-basierte Testverfahren bei der geringen Anzahl von Arrays/Proben Verwendung Ausdruck zu vergleichen. Um biologische Zusammenhang mit MiRNA Ausdrucksergebnisse zu verstehen, haben wir dann die funktionale Analyse-Software verwendet. Um die Mechanismen zur Regulierung transcriptional Änderungen zu verstehen und wahrscheinlich Ergebnisse vorherzusagen, kombiniert die Software MiRNA-Ausdruck Datasets und wissen aus der Literatur-9. Dies ist ein Vorteil im Vergleich zu Software, die für die statistische Anreicherung in überlappenden Gruppen von MiRNAs schauen.
Alle hier beschriebene Methoden wurden von den institutionellen Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) der Penn State University genehmigt.
1. Beurteilung des Estrous Zyklus-Phase
2. Belastung durch Ozon
(3) Lunge Sammlung
(4) RNA-Vorbereitung
5. MiRNA Profiling
(6) Datenanalyse
7. Analyse: Funktionelle Analysesoftware
Die verschiedenen Zelltypen in Ausstrichen beobachtet werden verwendet, um die Maus Estrous Zyklus-Phase (Abbildung 1) zu identifizieren. Diese sind durch Zellmorphologie gekennzeichnet. Während Proestrus sind Zellen fast ausschließlich Trauben von runden, wohlgeformten kernhaltigen Epithelzellen (Abbildung 1A). Wenn die Maus in die Brunst ist, sind Zellen verhornten Plattenepithel Epithelzellen, in dichten Büscheln (Abbildung 1 b) vorhanden. Während Metestrus, verhornten Epithelzellen und polymorphkernige Leukozyten gesehen (Abbildung 1). Im Diestrus sind Leukozyten (kleine Zellen) in der Regel häufiger (Abbildung 1).
Wir extrahieren RNA aus vier Maus Lungen nach dem zuvor beschriebenen Protokoll. Die Nukleinsäure-Konzentration (ng / µL) lag zwischen 1197.9 und 2178.1 mit einem Durchschnitt von 1583.1 ± 215 (Tabelle 1). Die durchschnittliche A260/A280 Verhältnis schwankte von 2.010 2.020 mit einem Durchschnitt von 2.016 ± 0,002. Auf der anderen Seite die beobachteten A260/A230 Verhältnisse schwankte zwischen 2.139 und 2.223 mit einem Durchschnitt von 2.179 ± 0,018.
Tabelle 2 zeigt differentielle Expression-Ergebnisse mit Limma auf R. Wir berechnen Top differentiell exprimierten MiRNAs zwischen Mäusen Ozon ausgesetzt oder gefilterte Luft in Proestrus (mit dem Befehl Toptable)14. Die erste Spalte gibt den Wert der log2-Falte Falte Änderung in MiRNA Ausdruck zwischen Ozon und gefilterte Luft ausgesetzt Tiere. Die Spalte t stellt die moderate t-Statistik berechnet für jede MiRNA im Vergleich. Die Spalten p.value und adj.p.value stellen zugeordneten p-Werte für jeden Vergleich vor und nach mehreren Tests Anpassung bzw.. Anpassung für Mehrfachvergleiche erfolgte mit der Benjamini und Hochberg Methode false Discovery Rate15steuern. Spalte B stellt die Log-Chancen, die die MiRNA differentiell ausgedrückt8.
Wir führten die MiRNA soll Filter und Kern-Analyse, die der Anreicherung Pathway Analyse beinhaltet. Nach dem Hochladen einer Liste der 14 MiRNAswith der Ausdruck Log Verhältnis und p-Wert, wurden alle von ihnen vom MiRNA Ziel Filter (Tabelle 3) zugeordnet. Die Ergebnisse gefiltert und sortiert werden, um bestimmte Wege, in diesem Fall die "zelluläre Immunantwort" bekommen. Die Kern-Analyse lieferte Informationen über kanonische Pfade, Krankheiten und Funktion, Regulierungsbehörden und Netzwerke (Tabelle 4). Die funktionelle Analyse-Software produziert eine Netzwerk-Analyse, die zeigt, das Verhältnis zwischen der MiRNAs von Interesse und anderen Molekülen (Abbildung 3).

Abbildung 1: Identifizierung des Estrous Zyklus Phasen. (A) Proestrus (überwiegend kernhaltigen Epithelzellen); (B) Östrus (überwiegend Anucleated verhornten Zellen); (C) Metestrus (alle drei Arten von Zellen); und (D) Diestrus 2 (Mehrheit der Leukozyten). Maßstabsleiste = 100 µm. Vergrößerung = 20 X. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: funktionelle Analyse Software repräsentative Ergebnisse: MiRNA Ziel Filter. Umfassendes Profil von MiRNAs in den verschiedenen Phasen des Estrous Zyklus. Nach der Durchführung MiRNA Filter, liefert die Software detaillierte Listen von Genen und Verbindungen verwickelt in Krankheiten und anderen Phänotypen, die Filter und Sortierung kommt man zu bestimmten Wege, in diesem Fall "Zelluläre Immunantwort" sein kann. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Funktionsanalyse Software repräsentative Ergebnisse: Netzwerke. Vergleich der Netze durch gefilterte Luft oder Ozon Exposition bei Frauen in den verschiedenen Phasen des Estrous Zyklus betroffen. Schematische Darstellung biologischer Netzwerke MiRNAs in den Lungen von weiblichen Mäusen ausgesetzt gefilterte Luft gegen Ozon in Proestrus (A) oder nicht-Proestrus Phasen (B) zugeordnet. Diese Zahl wurde von Fuentes Et Al.6geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| ID | Nukleinsäure (ng/µL) | A260/A280 | A260/A230 |
| Beispiel 1 | 1197.930 | 2.015 | 2.192 |
| Beispiel 2 | 1355.703 | 2.018 | 2.223 |
| Beispiel 3 | 2178.104 | 2.020 | 2.163 |
| Probe 4 | 1600.837 | 2.010 | 2.139 |
| Durchschnitt | 1583.144 ± 215 | 2.016 ± 0,002 | 2.179 ± 0,018 |
Tabelle 1: Beispiel der RNA-Konzentrationen und Absorption bei 260, 230 und 280 nm von gereinigten Lunge Gewebeproben von vier Mäuse. Konzentrationen wurden mit einem Spektralfotometer gemessen.
| logFC | t | P.Value | adj. P.Val | B | |
| MMU-MiR-694 | 1.492 | 4.071 | 0.000153 | 0.009514 | 0.759 |
| MMU-MiR-9-5 p | 0.836 | 3.916 | 0.000254 | 0.009514 | 0.289 |
| MMU-MiR-221-3 p | 0.385 | 3,106 | 0.003014 | 0.075361 | -1.982 |
| MMU-MiR - 181d - 5p | 0.597 | 2.891 | 0.005516 | 0.103424 | -2.526 |
| MMU-MiR-98-5 p | 0.558 | 2.699 | 0.009243 | 0.138649 | -2.987 |
| MMU-MiR-712-5 p | 0,667 | 2.563 | 0.013169 | 0.164609 | -3.299 |
| MMU-MiR-106a - 5P | -0.528 | -2.412 | 0.019278 | 0.206547 | -3.632 |
Tabelle 2: Limma Analyse-Ergebnisse für differentiell exprimierten MiRNAs bei Frauen gegenüber Ozon ausgesetzt vs . gefilterte Luft in der Proestrus.
| MiRNAs ID | Beobachtung 1 | Beobachtung 1 | Beobachtung 2 | Beobachtung 2 |
| EXPR Log-Verhältnis | P-Wert | EXPR Log-Verhältnis | P-Wert | |
| MMU-MiR-694 | 1.492 | 0.000153 | 0.543319208 | 0.0021385 |
| MMU-MiR-9-5 p | 0.836 | 0.000254 | 0.677595421 | 0.004997439 |
| MMU-MiR-221-3 p | 0.385 | 0.003014 | ||
| MMU-MiR - 181d - 5p | 0.597 | 0.005516 | 0.342276659 | 0.106467657 |
| MMU-MiR-98-5 p | 0.558 | 0.009243 | 0.455392799 | 0.034724699 |
| MMU-MiR-712-5 p | 0,667 | 0.013169 | ||
| MMU-MiR-106a - 5P | -0.528 | 0.019278 |
Tabelle 3: Beispielformat für Multi-Beobachtung Upload von Datasets Funktionsanalyse Software. Mehrere experimentelle differenzielle Ausdrücke in einer einzigen Tabelle zusammengefasst und hochgeladen werden können, und so viele Beobachtungen nach Bedarf hinzugefügt werden können. Spalten: 1) MiRNAs ID; (2) Beobachtung 1: Expr Log-Verhältnis; (3) Beobachtung 1: P-Wert; (4) Beobachtung 2: Expr Log-Verhältnis; (5) Beobachtung 2: P-Wert.
| Non-proestrus | Proestrus | ||||
| A. Gene durch gezielte differentiell exprimiert miRNAs | |||||
| CAMK2N1 | PAFAH1B2 | SEC23A | ABCB9 | FGD4 | SLC25A27 |
| AUTOS | PDE4B | SNX5 | APOO | FRMD4B | SLC38A1 |
| CYP24A1 | PDE7A | SYT4 | ARHGEF38 | GPR137B | TMCC1 |
| DBF4 | PGM3 | THAP12 | AVEN | HMBS | TRIM71 |
| HMGN2 | PLUG & PLAY | TMED7 | CASP3 | METAP1 | XKR8 |
| KMT5A | REV1 | TNFAIP2 | CCNJ | MITF | ZCCHC11 |
| LRRC17 | RPS19BP1 | TNFRSF10C | CMTR2 | MYC | ZIM3 |
| MDH2 | RRAD | TP53 | CNMD | RGMB | ZNF181 |
| MIS18A | SEC62 | UBE2V2 | DSCR8 | SLC14A1 | |
| ZNF420 | |||||
| B. Unterschiede in der oberen Krankheiten und biofunctions | |||||
| Krankheiten und Störungen | P -Wert | Krankheiten und Störungen | P -Wert | ||
| Entzündliche Erkrankung | 3.84E-02 - 3.84E-05 | Organismal Verletzungen und Fehlbildungen | 4.96E-02 - 2.77E-14 | ||
| Entzündliche Reaktion | 3.84E-02 - 3.84E-05 | Reproduktive System Krankheit | 2.15E-02 - 2.77E-14 | ||
| Organismal Verletzungen und Fehlbildungen | 4.17E-02 - 4.17E-05 | Krebs | 4.96E-02 - 1.27E-10 | ||
| C. top molekulare und zelluläre Funktionen | |||||
| Molekulare und zelluläre Funktionen | P Wert | Molekulare und zelluläre Funktionen | P Wert | ||
| Zelluläre Entwicklung | 2.05E-02 - 5.26E-07 | Zelluläre Bewegung | 3.77E-02 - 4.47E-07 | ||
| Zelluläre Kompromiss | 3.75E-04 - 3.75E-04 | Zelltod und überleben | 4.91E-02 - 5.61E-06 | ||
| Zellzyklus | 2.62E-03 - 2.62E-03 | Zelluläre Entwicklung | 4.97E-02 - 1.38E-06 | ||
| D. top physiologisches Systementwicklung und Funktion | |||||
| Entwicklung und Funktion | P Wert | Entwicklung und Funktion | P Wert | ||
| Organismal Entwicklung | 4.17E-02 - 1.31E-03 | Embryonale Entwicklung | 3.30E-02 - 2.12E-05 | ||
| Embryonale Entwicklung | 1.29E-02 - 1.29E-02 | Bindegewebe-Entwicklung und Funktion | 1.79E-02 - 6.10E-05 | ||
| Bindegewebe-Entwicklung und Funktion | 1.93E-02 - 1.93E-02 | Gewebe-Morphologie | 7.88E-05 - 7.88E-05 | ||
| E. Top verbundenen Netzwerk-Funktionen | |||||
| Verbundenen Netzwerk-Funktionen | Partitur | Verbundenen Netzwerk-Funktionen | Partitur | ||
| Zelluläre Entwicklung, entzündliche Erkrankung, entzündliche Reaktion | Organismal Verletzungen und Fehlbildungen, reproduktive System Krankheit Krebs | ||||
| 6 | 19 |
Tabelle 4: funktionelle Analyse-Software Zusammenfassung der Weibchen, Ozon in der nicht-Proestrus vs. Proestrus Stufen ausgesetzt. Die funktionelle Analyse-Software ermöglicht die Analyse der Top kanonische Pfade, vorgelagerten Regulatoren, Krankheiten & Funktionen, Top-Funktionen, Regler Effekt Netzwerke und mehr. Diese Tabelle wurde von Fuentes Et Al.6geändert.
Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenskonflikte.
Hier beschreiben wir eine Methode zur Bestimmung der Lunge Ausdruck von MiRNAs, die vorausgesagt werden, entzündlichen Gene regulieren mit Mäusen Ozon ausgesetzt oder gefilterte Luft in den verschiedenen Phasen des Estrous Zyklus.
Diese Forschung wurde durch Zuschüsse vom NIH K01HL133520 (PS) und K12HD055882 (PS) unterstützt. Die Autoren danken für die Unterstützung mit Ozon Belichtung Experimente Dr. Joanna Floros.
| C57BL/6J Mäuse | The Jackson Laboratory | 000664 | 8 Wochen alt |
| Reinstwasser | Thermo Fisher Scientific | 10813012 | |
| Sterile Kunststoffpipette | Fisher Scientific | 13-711-25 | Kapazität: 1,7 mL |
| Frosted Mikroskop Objektträger | Thermo Fisher Scientific | 2951TS | |
| Lichtmikroskop | Mikroskop Welt | MW3-H5 | 10x und 20x Ziel |
| Ketathesia-Ketamin HCl Injektion USP | Henry Schein Animal Health | 55853 | 90 mg/kg. Kontrollierte Droge. |
| Xylazin Sterile Lösung | Lloyd Laboratories | 139-236 | 10 mg/kg. Kontrollierte Droge. |
| Ethanol | Fisher Scientific | BP2818100 | Mit Wasser auf 70 % Ethanol verdünnen. |
| 21 G Nadel | BD Biosciences | 305165 | |
| Spritze | Fisher Scientific | 329654 | 1 mL |
| Operationsschere | World Precision Instruments | 501221, 504613 | 14 cm, Scharf/Blunt, Gebogen und 9 cm, Gerade, Pinzette mit feiner Spitze |
| Nizette Set | World Precision Instruments | 504616 | |
| Spectrum Bessman Gewebepulverisierer | Fisher Scientific | 08-418-1 | Kapazität: 10 bis 50 mg |
| RNase-freie Mikrofuge-Röhrchen | Thermo Fisher Scientific | AM12400 | 1,5 mL |
| TRIzol-Reagenz | Thermo Fisher Scientific | 15596026 | |
| Direct-Zol RNA MiniPrep Plus | Zymo Research | R2071 | |
| NanoDrop | Thermo Fisher Scientific | ND-ONE-W | |
| miScript II RT Kit | Qiagen | 218161 | |
| Maus Entzündungsreaktion & Autoimmunität miRNA PCR Array | Qiagen | MIMM-105Z | |
| Dünnwandige, DNase-freie, RNasefreie PCR-Röhrchen | Thermo Fisher | Scientific AM12225 | für 20 μ; L-Reaktionen |
| miRNeasy Serum/Plasma-Spike-in-Kontrolle | Qiagen | 219610 | |
| Microsoft Excel | Microsoft Corporation | https://office.microsoft.com/excel/ | |
| Ingenuity Pathway Analysis | Qiagen | https://www.qiagenbioinformatics.com/products/ingenuity-pathway-analysis/ | |
| R Software | The R Foundation | https://www.r-project.org/ | |
| Thermocycler oder Kühl-/Heizblock | General Lab Lieferant | ||
| Mikrozentrifuge | General Lab Lieferant | ||
| Real-time PCR Cycler | General Lab Lieferant | Mehrkanal-Pipettierer||
| General Lab Lieferant | |||
| RNA-Waschpuffer | Zymo Research | R1003-3-48 | 48 mL |
| DNA-Aufschlusspuffer | Zymo Research | E1010-1-4 | 4 mL |
| RNA Pre-Wash Puffer | Zymo Research | R1020-2-25 | 25 mL |
| Ultraviolett-Ozon-Analysator | Teledyne API | Modell T400 | http://www.teledyne-api.com/products/oxygen-compound-instruments/t400 |
| Massendurchflussregler | Sierra Instruments Inc | Flobox 951/954 | http://www.sierrainstruments.com/products/954p.html |