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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Desarrollamos un ensayo informador de biogénesis de microARN intrónico para ser utilizado en células in vitro con cuatro plásmidos: uno con miARN intrónico, uno con el objetivo, uno para sobreexpresar una proteína reguladora y uno para Renilla luciferasa. El miARN se procesó y pudo controlar la expresión de luciferasa uniéndose a la secuencia objetivo.
Los microARN (miARN) son moléculas cortas de ARN que están muy extendidas en eucariotas. La mayoría de los miARN se transcriben a partir de intrones, y su maduración involucra diferentes proteínas de unión al ARN en el núcleo. Los miARN maduros con frecuencia median el silenciamiento génico, y esto se ha convertido en una herramienta importante para comprender los eventos post-transcripcionales. Además de eso, se puede explorar como una metodología prometedora para las terapias génicas. Sin embargo, actualmente hay una falta de métodos directos para evaluar la expresión de miRNA en cultivos celulares de mamíferos. Aquí, describimos un método eficiente y simple que ayuda a determinar la biogénesis y maduración de miRNA a través de la confirmación de su interacción con secuencias objetivo. Además, este sistema permite separar la maduración exógena de miRNA de su actividad endógena utilizando un promotor inducible por doxiciclina capaz de controlar la transcripción de miRNA primario (pri-miRNA) con alta eficiencia y bajo costo. Esta herramienta también permite la modulación con proteínas de unión a ARN en un plásmido separado. Además de su uso con una variedad de miRNAs diferentes y sus respectivas dianas, se puede adaptar a diferentes líneas celulares, siempre que sean susceptibles de transfección.
El empalme de ARNm precursor es un proceso importante para la regulación de la expresión génica en eucariotas1. La eliminación de intrones y la unión de exones en ARN maduro es catalizada por el espliceosoma, un complejo ribonucleoproteico de 2 megadaltones compuesto por 5 snRNAs (U1, U2, U4, U5 y U6) junto con más de 100 proteínas 2,3. La reacción de empalme ocurre co-transcripcionalmente, y el espliceosoma se ensambla en cada nuevo intrón guiado por el reconocimiento de los sitios de empalme conservados en los límites exón-intrón y dentro del intrón4. Diferentes intrones pueden tener diferentes velocidades de empalme a pesar de la notable conservación del complejo de espliceosoma y sus componentes. Además de las diferencias en la conservación del sitio de empalme, las secuencias reguladoras distribuidas en intrones y exones pueden guiar las proteínas de unión al ARN (RBP) y estimular o reprimir el empalme 5,6. HuR es una RBP expresada ubicuamente y es un factor importante para controlar la estabilidad del ARNm7. Resultados previos de nuestro grupo mostraron que HuR puede unirse a intrones que contienen miRNAs, lo que indica que esta proteína podría ser un factor importante para facilitar el procesamiento y la maduración de miRNA, lo que también conduce a la generación de isoformas de empalme alternativas 6,8,9.
Muchos microARN (miARN) se codifican a partir de secuencias intrónicas. Mientras que algunos son parte del intrón, otros se conocen como "mirtrones" y están formados por todo el intrón10,11. Los miRNAs son ARN cortos no codificantes, que van de 18 a 24 nucleótidos de longitud12. Su secuencia madura muestra complementariedad parcial o total con las secuencias diana en los ARNm, lo que afecta a las tasas de traducción y/o decaimiento del ARNm. Las combinaciones de miARN y dianas conducen a la célula a diferentes resultados. Varios miRNAs pueden conducir células a fenotipos pro o antitumorales13. Los miARN oncogénicos generalmente se dirigen a ARNm que desencadenan una característica supresora que conduce a un aumento de la proliferación, migración e invasión celular14. Por otro lado, los miARN supresores de tumores podrían dirigirse a ARNm oncogénicos o ARNm relacionados con el aumento de la proliferación celular.
El procesamiento y la maduración de los miRNAs también dependen de su origen. La mayoría de los miRNAs intrónicos son procesados con la participación del microprocesador, formado por la ribonucleasa Drosha y los cofactores proteicos12. Los mirtrones se procesan con la actividad del espliceosoma independientemente de Drosha15. Teniendo en cuenta la alta frecuencia de miARN que se encuentran dentro de los intrones, planteamos la hipótesis de que las proteínas de unión al ARN involucradas con el empalme también podrían facilitar el procesamiento y la maduración de estos miARN. En particular, el RBP hnRNP A2/B1 ya se ha asociado con el microprocesador y la biogénesis del miARN16.
Hemos informado previamente que varias proteínas de unión a ARN, como hnRNPs y HuR, están asociadas con miRNAs intrónicos por espectrometría de masas17. La asociación de HuR (ELAVL1) con miRNAs del cluster intrónico miR-17-92 fue confirmada mediante inmunoprecipitación y análisis in silico 9. miR-17-92 es un grupo de miARN intrónico compuesto por seis miARN con mayor expresión en diferentes cánceres18,19. Este grupo también se conoce como "oncomiR-1" y está compuesto por miR-17, miR-18 a, miR-19 a, miR-20, miR-19 b y miR-92 a. miR-19 a y miR-19b se encuentran entre los miRNAs más oncogénicos de este grupo 19. El aumento de la expresión de HuR estimula la síntesis de miR-19a y miR-19b 9. Dado que las regiones intrónicas que flanquean este grupo están asociadas con HuR, desarrollamos un método para investigar si esta proteína podría regular la expresión y maduración de miR-19a y miR-19b. Una predicción importante de nuestra hipótesis fue que, como proteína reguladora, HuR podría facilitar la biogénesis de miRNA, dando lugar a alteraciones fenotípicas. Una posibilidad era que los miRNAs fueran procesados por la estimulación de HuR pero no fueran maduros y funcionales y, por lo tanto, los efectos de la proteína no impactaran directamente en el fenotipo. Por lo tanto, desarrollamos un ensayo de splicing reporter para investigar si un RBP como HuR podría afectar la biogénesis y la maduración de un miRNA intrónico. Al confirmar el procesamiento y la maduración del miARN, nuestro ensayo muestra la interacción con la secuencia objetivo y la generación de un miARN maduro y funcional. En nuestro ensayo, acoplamos la expresión de un grupo de miARN intrónico con un plásmido luciferasa para verificar la unión al objetivo de miARN en células cultivadas.
En la figura 1 se muestra una descripción general del protocolo descrito aquí.
1. Construcción de plásmidos
2. Cultivo celular
NOTA: La línea celular HeLa-Cre fue un regalo del Dr. E. Makeyev21, y la célula de cáncer papilar de tiroides (BCPAP) fue amablemente proporcionada por el Dr. Massimo Santoro (Universidad "Federico II", Nápoles, Italia). Las células HeLa, las células papilares de cáncer de tiroides (BCPAP) y HEK-293T se utilizaron para sobreexpresar HuR.
3. Sobreexpresión de HuR
4. Aislamiento total de ARN
5. Determinación de la concentración y calidad total de ARN
6. Transcripción inversa
7. PCR cuantitativa
8. El ensayo del reportero
Nuestra hipótesis inicial era que HuR podría facilitar la biogénesis intrónica de miARN al unirse a su secuencia de pre-miARN. Por lo tanto, la conexión de la expresión de HuR y la biogénesis del grupo miR-17-92 podría apuntar a un nuevo mecanismo que rige la maduración de estos miRNAs. La sobreexpresión de HuR tras la transfección de pFLAG-HuR se confirmó en tres líneas celulares diferentes: HeLa, BCPAP y HEK-293T (Figura 2). Como controles, se utilizaron células no transfectadas y células transfectadas con vectores pFLAG vacíos. Es importante destacar que observamos que la sobreexpresión de HuR en estas células estimula la expresión de miR-19a (Resultados de la Tabla Suplementaria 1 reportados en Gatti da Silva et al.9).
Para confirmar que los miRNAs inducidos eran genuinamente funcionales, se diseñó un sistema informador in vitro , como se describe aquí. El intrón artificial en pRD-RIPE separa dos regiones codificantes de eGFP. Este casete está bajo el control de un elemento sensible a la tetraciclina (TRE). La expresión de eGFP está, por lo tanto, controlada por la presencia del antibiótico doxiciclina (DOX) en el medio celular (Figura 3).
Una búsqueda in silico utilizando miRbase y TargetScan reveló posibles objetivos de ARNm para miR-19 a y miR-19 b (componentes del grupo miR-17-92). Como objetivo potencial para ambos miRNAs, se eligió la secuencia 5' TTTGCACA 3', encontrada en la región RAP-IB 3' UTR (Tabla Suplementaria 2). RAP-IB es un miembro GTPasa de la familia de proteínas asociadas a Ras (RAS). Los miRNAs inducidos se procesaron correctamente y fueron funcionales en nuestro ensayo, ya que se hibridaron a la secuencia diana clonada junto a la luciferasa (ver Figura 3, objetivo pmiR-GLO). Por lo tanto, bloqueó la traducción de luciferasa, lo que se reflejó en una actividad reducida de la luciferasa (Figura 3). Como control para este ensayo, codificamos la secuencia objetivo, reemplazándola por 5' GGGTAAA 3' en plásmido codificado de Luc (las secuencias objetivo y codificadas están subrayadas en las secuencias oligos en la Tabla de materiales).
En condiciones regulares y sin inducción del plásmido pRD-miR-17-92, miR-19a y/o miR-19b endógenos encontraron el objetivo en pmiR-GLO, lo que condujo a una actividad reducida de la luciferasa (datos no mostrados). Después de la suplementación con DOX, se observó una reducción leve y no estadísticamente significativa en la actividad de la luciferasa en células con una secuencia objetivo codificada. Esto podría deberse a la presencia de secuencias diana para otros miARN en esta secuencia. Se observó una fuerte reducción en la actividad de la luciferasa con RAP-IB 3'UTR tras el aumento de la expresión de miR-19 a y miR-19 b de pRD-miR-17-92en comparación con las células HeLa-Cre(ver Figura 4, comparar barras naranjas y negras). La transfección de pFLAG-HuR en estas células por sí sola no cambió la actividad de la luciferasa (ver Figura 4, comparar barras grises y negras). Sin embargo, la sobreexpresión de HuR junto con la suplementación con doxiciclina, estimulando la expresión del grupo miR-17-92, redujo aún más la actividad de la luciferasa (ver Figura 4, comparar barras grises y rojas). Esto indica una regulación positiva de HuR sobre miR-19 a y miR-19 b, junto con el correcto procesamiento y maduración de estos miRNAs, que fueron capaces de encontrar con éxito sus objetivos (HeLa-Cre miR-17-92-HuR-luc) (ver Figura 4).
El uso de este sistema reportero confirmó que HuR induce la expresión y maduración adecuada de miR-19 a y miR-19b en células HeLa.

Figura 1: Una descripción general conceptual del protocolo descrito aquí. Los plásmidos que contienen miARN, secuencia diana, proteína reguladora y pTK-Renilla se transfectaron en células cultivadas. Después de la selección de antibióticos, estas células se utilizaron para inducir la expresión de miARN (con doxiciclina), con la posterior cuantificación de la actividad de la luciferasa, y para el análisis de ARN para confirmar la sobreexpresión de HuR. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Confirmación de la sobreexpresión de FLAG-HuR en células (A) HeLa, (B) BCPAP y (C) HEK293T mediante qPCR. Se utilizó como control la transfección con pFLAG vacío (barras blancas). Se utilizó β-actina para normalizar los valores de Ct. El eje y representa el cambio de pliegue de la expresión calculado después de la normalización. Las barras de error representan errores estándar calculados a partir de tres mediciones independientes. **P <0,005, ****P < 0,0005 (figura adaptada de Gatti da Silva et al.9). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Sistema informador de miRNA intrónico. (A) Representación esquemática del plásmido pRD-RIPE que generó pRD-miR-17-92. pre-miR-17-92 se insertó dentro del intrón y estaba bajo el control de un promotor inducible por dox; a la derecha, el plásmido pmiR-GLO con secuencia diana RAP-IB 3'UTR (pmiRGLO-RAP-IB); el control tenía la secuencia de destino codificada (pmiRGLO-scrambled). (B) Detalle de la secuencia de pmiRGLO-RAP-IB, centrándose en la secuencia objetivo complementaria a miR-19 a y miR-19b. La actividad de la luciferasa se reduce tras la interacción del miARN y el objetivo (figura adaptada de Gatti da Silva et al.9). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Las células HeLa-Cre fueron co-transfectadas con plásmidos reporteros pTK-Renilla, pmiRGLO-RAP-IB, pmiRGLO-scrambled, pRD-miR-17-92 y pFLAG-HuR. Actividad de la luciferasa en células HeLa-Cre no transfectadas (negro), HeLa-Cre miR-17-92-revuelto (blanco), HeLa-Cre-HuR (gris), HeLa-Cre miR-17-92-luc (naranja) y HeLa-Cre miR-17-92-HuR-luc (rojo). La actividad de la luciferasa se cuantificó como se describe en el protocolo como la actividad relativa de la luciferasa de luciérnaga a la renilla luciferasa (observada con pTK-Renilla) y se normalizó después de la adición de doxiciclina. Se muestra como "unidades de luz relativa" (RLU) en el eje y. **P < 0,005; P < 0,0005 (figura adaptada de Gatti da Silva et al.9). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Cuadro complementario 1: Valores de Ct bruto observados para qPCR para analizar la expresión de miR-19. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Cuadro complementario 2: Secuencia RAP-IB 3'UTR y secuencia objetivo miR-19. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Los autores no tienen conflictos de intereses.
Desarrollamos un ensayo informador de biogénesis de microARN intrónico para ser utilizado en células in vitro con cuatro plásmidos: uno con miARN intrónico, uno con el objetivo, uno para sobreexpresar una proteína reguladora y uno para Renilla luciferasa. El miARN se procesó y pudo controlar la expresión de luciferasa uniéndose a la secuencia objetivo.
Los autores agradecen a E. Makeyev (Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur) por las células HeLa-Cre y los plásmidos pRD-RIPE y pCAGGS-Cre. Agradecemos a Edna Kimura, Carolina Purcell Goes, Gisela Ramos, Lucia Rossetti Lopes y Anselmo Moriscot por su apoyo.
| Recombinant DNA | |||
| pCAGGS-Cre (plásmido codificador de Cre) | Un amable regalo de E. Makeyev de Khandelia et al., 2011 | ||
| pFLAG-HuR | Generado durante este trabajo | ||
| pmiRGLO-RAP-IB | Generado durante este trabajo | ||
| pmiRGLO-scrambled | Generado durante este trabajo | ||
| pRD-miR-17-92 | Generado durante este trabajo | ||
| pRD-RIPE-donante | Un amable regalo de E. Makeyev de Khandelia et al., 2011 | ||
| pTK-Renilla | Promega | E2241 | |
| Antibodies | |||
| anti-B-actin | Sigma Aldrich | A5316 | |
| anti-HuR | Señalización celular | mAb 12582 | |
| IRDye 680CW IgG anti-ratón para cabras | Li-Cor Biosciences | 926-68070 | |
| IRDye 800CW IgG anti-conejo para cabras | Li-Cor Biosciences | 929-70020 | |
| Modelos experimentales: Líneas celulares | |||
| HeLa-Cre | Un amable regalo de E. Makeyev de Khandelia et al., 2011 | ||
| HeLa-Cre miR17-92 | Generados durante este trabajo | ||
| HeLa-Cre miR17-92-HuR | Generados durante este trabajo | ||
| HeLa-Cre miR17-92-HuR-luc | Generados durante este trabajo | ||
| HeLa-Cre miR17-92-luc | Generados durante este trabajo | ||
| HeLa-Cre miR17-92-scrambled Generados | durante este trabajo | ||
| Chemicals y Péptidos> | DMEM fuerte | ||
| /DMEM/alto contenido de glucosa | Thermo Fisher Scientific | 12800-017 | |
| Doxiciclina | BioBasic | MB719150 | |
| Sistema de ensayo de luciferasa de doble glo | Promega | E2940 | |
| EcoRI | Thermo Fisher Scientific | ER0271 | |
| EcoRV | Thermo Fisher Scientific | ER0301 | |
| Geneticina | Thermo Fisher Scientific | E859-EG | |
| L-glutamina | Life Technologies | ||
| Opti-MEM I | Life Technologies | 31985-070 | |
| pFLAG-CMV™-3 Vector de expresión | Sigma Aldrich | E6783 | |
| pGEM-T | Promega | A3600 | |
| Platinum Taq DNA polimerasa | Thermo Fisher Scientific | 10966-030 | |
| pmiR-GLO | Promega | E1330 | |
| Puromicina | Sigma Aldrich | P8833 | |
| RNAse OUT | Thermo Fisher Scientific | 752899 | |
| SuperScript IV | kit Thermo Fisher Scientific | 18091050 | |
| Reactivo Trizol-LS | Thermo Fisher | 10296-028 | |
| tripsina/EDTA 10X | Life Technologies | 15400-054 | |
| XbaI | Thermo Fisher Scientific | 10131035 | |
| XhoI | Promega | R616A | |
| Oligonucleotides | |||
| forward RAP-1B pmiRGLO | Exxtend | TCGAGTAGCGGCCGCTAGTAAG CTACTATATCAGTTTGCACAT | |
| reverso RAP-1B pmiRGLO | Exxtend | CTAGATGTGCAAACTGATATAGT AGCTTACTAGCGGCCGCTAC | |
| revuelto hacia adelante pmiRGLO | Exxtend | TCGAGTAGCGGCCGCTAGTAA GCTACTATATCAGGGGTAAAAT | |
| revuelto inverso pmiRGLO | Exxtend | CTAGATTTTACCCCTGATATAGT AGCTTACTAGCGGCCGCTAC | |
| adelante HuR pFLAG | Exxtend | GCCGCGAATTCAATGTCTAAT GGTTATGAAGAC | |
| reverso HuR pFLAG | Exxtend | GCGCTGATATCGTTATTTGTG GGACTTGTTGG | |
| avance pre-miR-1792 pRD-RIPE | Exxtend | ATCCTCGAGAATTCCCATTAG GGATTATGCTGAG | |
| reverso pre-miR-1792 pRD-RIPE | Exxtend | ACTAAGCTTGATATCATCATCTTG TACATTTAACAGTG | |
| avance snRNA U6 (RNU6B) | Exxtend | CTCGCTTCGGCAGCACATATAC | |
| snRNA inverso U6 (RNU6B) | Exxtend | GGAACGCTTCACGAATTTGCGTG | |
| adelante B-Actina qPCR | Exxtend | ACCTTCTACAATGAGCTGCG | |
| inversa B-Actina qPCR | Exxtend | CCTGGATAGCAACGTACATGG | |
| adelante HuR qPCR | Exxtend | ATCCTCTGGCAGATGTTTGG | |
| HuR inverso qPCR | Exxtend | CATCGCGGCTTCTTCATAGT | |
| adelante pre-miR-1792 qPCR | Exxtend | GTGCTCGAGACGAATTCGTCA GAATAATGTCAAAGTG | |
| reverso pre-miR-1792 qPCR | Exxtend | TCCAAGCTTAAGATATCCCAAAC TCAACAGGCCG | |
| Software and Algorithms | |||
| Prism 8 para Mac OS | X Graphpad | https://www.graphpad.com | |
| ImageJ | Institutos Nacionales de Salud | http://imagej.nih.gov/ij |