Perfiles de expresión génica es una herramienta clave usada para estudiar los procesos celulares y la red asociada a la interacción compleja. Los estudios sobre la abundancia de ARNm han sido por lo general el método de elección para obtener conocimientos básicos sobre los mecanismos moleculares subyacentes. El desarrollo de microarrays de todo el transcriptoma 1 y, más recientemente, de secuenciación de nueva generación de ARN (ARN-ss) 2-4 alimentó este enfoque. Aunque estas tecnologías han revolucionado nuestra comprensión de la complejidad de la expresión génica celular, se enfrentan a limitaciones importantes debido a las propiedades intrínsecas de la muestra de la plantilla, es decir, ARN celular total. Primero, los cambios a corto plazo en los niveles de ARN total no se ajustan a los cambios en las tasas de transcripción, pero son inherentemente dependiente en la vida media de los respectivos transcripciones de ARN. Mientras que cinco veces la inducción de una transcripción de corta duración, por ejemplo de codificación para un factor de transcripción, será fácilmente detectable en ARN totaldentro de una hora, la misma inducción de una transcripción de larga duración, por ejemplo, que codifica para una enzima metabólica, permanecerá prácticamente invisible. Además, incluso una completa desconexión (> 1.000 veces baja regulación) de la tasa de transcripción de un gen normal, con una vida media durante cinco horas ARN simplemente se llevará cinco horas para sus niveles de ARN total disminuirá en sólo dos veces . Por lo tanto, el análisis de ARN total favorece la detección de un máximo de regulación de las transcripciones de corta vida, muchos de los cuales codifican para factores de transcripción y genes con funciones de regulación 5. Además, la verdadera cascada de cinética de la regulación se oscurece y eventos de señalización primaria no puede ser diferenciada de la secundaria. Ambos, a su vez, puede dar lugar a un sesgo sustancial en posteriores análisis de la bioinformática. En segundo lugar, las alteraciones en los niveles de ARN total no se pueden atribuir a los cambios en la síntesis de ARN o la caries. Las mediciones de esta última requieren enfoques invasivos de células, por ejemplo, el bloqueo transcriptisobre el uso de actinomicina D 6, y el seguimiento prolongado de curso RNA decadencia en el tiempo. Con un ARNm media de la semivida en células de mamífero de 5 - 10 h 5,7, los niveles de mRNA de la mayoría de los genes sólo se han disminuido en menos de dos veces después de varias horas de detención transcripcional. Estas más bien pequeñas diferencias dan como resultado mediciones imprecisas groseramente de mRNA vida media para la mayoría de los genes celulares debido a la naturaleza exponencial de las ecuaciones matemáticas subyacentes. Por último, mientras que el ARN-ss de ARN celular total reveló que aproximadamente la mitad de nuestros genes están sujetos a eventos alternativos de corte y empalme 8, la cinética subyacentes, así como los mecanismos dinámicos rectores de tejido y el contexto específico de regulación de procesamiento del ARN siguen siendo poco conocidos. Además, la contribución de procesamiento del ARN para la expresión diferencial de genes, en particular para los ARN no codificantes, queda por determinar. En conjunto, estas limitaciones constituyen importantes obstáculos paramodelización cinética bioinformático de los mecanismos moleculares subyacentes.
Recientemente hemos desarrollado un enfoque, perfiles de expresión génica denominada de alta resolución, para superar estos problemas 5,7,9. Se basa en el marcaje metabólico de ARN recién transcrito utilizando 4-tiouridina (4SU-etiquetado), un derivado de uridina que ocurre naturalmente, y proporciona acceso directo a las transcripciones recién transcrito con una interferencia mínima en el crecimiento celular y la expresión génica (véase la Figura 1) 5, 10-12. La exposición de células eucariotas a los resultados de 4SU en su rápida absorción, la fosforilación de 4SU-trifosfato, y la incorporación en el ARN recién transcrito. Después del aislamiento del ARN celular total, la fracción de ARN 4SU-marcado es biotinilado tiol-específicamente la generación de un enlace disulfuro entre la biotina y el ARN recién transcrito. "Total RNA celular" puede entonces ser cuantitativamente separado en la etiqueta ('recién transcrita') y sin marcar ("pre-existing ') ARN con alta pureza usando perlas magnéticas recubiertas con estreptavidina. Por último, ARN marcado se recupera de las perlas por simple adición de un agente reductor (por ejemplo, ditiotreitol) escindir el enlace disulfuro y la liberación de los ARN recién transcrito a partir de las perlas.
Recientemente transcrito de ARN representa la actividad transcripcional de cada gen durante el marco de tiempo de la exposición 4SU. 4SU-etiquetado en el plazo de minutos proporciona así una imagen instantánea de la expresión de genes eucariotas y una plantilla ideal para los análisis bioinformáticas aguas abajo (por ejemplo, el análisis de promotor). En los casos en que se puede suponer condiciones de estado estable, las relaciones entre el recién transcrito / total, recién transcritas / sin etiqueta y sin etiqueta / ARN total proporcionan acceso no invasivo para RNA precisos vida media 7,13. Además, es importante tener en cuenta que los transcritos de ARN recientemente purificadas después de tan poco como 5 minutos de 4SU-etiquetado (5 min 4SU-ARN) es menor de 15 y 60 min 4SU-ARN.Al llevar a cabo tanto de ultra-corta y progresivamente más largo 4SU-etiquetado en un solo entorno experimental combinado con ARN-ss, la cinética de procesamiento del ARN se revelan a una resolución de 9 nucleótidos. Por último, los análisis de tiempo-luego de ARN recién transcrito y totales combinados con modelos computacionales permiten un análisis integral de la síntesis de ARN y la decadencia 14.
En conclusión, este enfoque permite el análisis directo de la dinámica de la síntesis de ARN, el procesamiento, y la degradación en las células eucariotas. Es aplicable en todos los principales organismos modelo incluidos los mamíferos, insectos (Drosophila), anfibios (Xenopus), y la levadura 5,15,16. Es directamente compatible con el análisis de microarrays 5,17, ARN-ss 9,13,14, y es aplicable en vivo 12,15. A continuación, detallamos la metodología para etiquetar, aislar y purificar el ARN recién transcrito en células de mamífero cultivadas. Además, potenciómetroSe discuten los problemas y dificultades al.