Ce protocole détaille une méthode simple qui quantifie la boucle R, une structure d’acide nucléique à trois brins qui comprend un hybride ARN-ADN et un brin d’ADN déplacé.
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Ce protocole détaille une méthode simple qui quantifie la boucle R, une structure d’acide nucléique à trois brins qui comprend un hybride ARN-ADN et un brin d’ADN déplacé.
La structure d’acide nucléique à trois brins, R-loop, est de plus en plus reconnue pour son rôle dans la régulation des gènes. Initialement, on pensait que les boucles R étaient des sous-produits de la transcription ; mais des découvertes récentes faisant état d’une diminution du nombre de R-loops dans les cellules malades ont clairement montré que les R-loops ont des rôles fonctionnels dans une variété de cellules humaines. Ensuite, il est essentiel de comprendre les rôles des R-loops et comment les cellules équilibrent leur abondance. Un défi dans le domaine est la quantification des R-loops car une grande partie du travail repose sur l’anticorps monoclonal S9.6 dont la spécificité pour les hybrides ARN-ADN a été remise en question. Ici, nous utilisons des dot-blots avec l’anticorps S9.6 pour quantifier les R-loops et montrer la sensibilité et la spécificité de ce test avec la RNase H, la RNase T1 et la RNase III qui clivent les hybrides ARN-ADN, l’ARN simple brin et l’ARN double brin, respectivement. Cette méthode est hautement reproductible, utilise des équipements de laboratoire et des réactifs généraux, et fournit des résultats en deux jours. Ce test peut être utilisé dans la recherche et les milieux cliniques pour quantifier les R-loops et évaluer l’effet des mutations dans des gènes tels que la sénatoxine sur l’abondance de R-loop.
Ce protocole fournit un guide étape par étape pour un test dot-blot qui permet une évaluation comparative rapide de l’abondance de R-loop, une structure d’acide nucléique à trois brins. La boucle R se forme lorsque l’ARN envahit un ADN double brin pour générer un hybride ARN-ADN et déplace l’autre brin d’ADN. Les R-loops se trouvent à différentes étapes du cycle de vie de l’ARN. Dans le complexe transcriptionnel, l’ARN naissant est synthétisé en complément de l’ADN matrice, et le brin non matrice est déplacé. L’hybride ARN-ADN court (<10 pb) est résolu à libérer l’ARN naissant afin qu’il puisse quitter le complexe ARN polymérase par le canal de sortie 1,2. En dehors du complexe transcriptionnel, l’ARN naissant est proche de sa matrice d’ADN, qui est encore légèrement déroulée après avoir été copiée, de sorte que l’ARN peut se réhybrider avec sa matrice en formant des boucles R3. De plus, des R-loops peuvent se former lorsque les complexes de réplication et de transcription entrent en collision4, et dans la transcription antisens5. Compte tenu des nombreuses possibilités de leur formation, les R-loops ne sont pas rares et peuvent être trouvées dans 3 à 5 % du génome humain6, selon l’état de transcription de la cellule. Les boucles R se trouvent dansles sites 7 et 5 des promoteurs de gènes dans l’ARNm, ainsi que le long de l’ARN ribosomique8 et de l’ARNde transfert 9. Les R-loops se trouvent également dans les régions télomériques des chromosomes.
Les R-loops jouent un rôle régulateur. Ils régulent l’expression des gènes en affectant la transcription au niveau des promoteurs10,11, en médiant la recombinaison de changement de classe12 et en facilitant l’édition du génome basée sur CRISPR 13,14,15. Comme de nombreux événements cellulaires, l’abondance de la boucle R est étroitement titrée ; trop ou trop peu de boucles R ont un impact sur le fonctionnement normal des cellules16,17. Les R-loops sont régulés par une variété de protéines, notamment la RNase H, la sénatoxine et d’autres hélicases qui déroulent les hybrides ARN-ADN 18,19,20,21,22.
Pour surveiller l’abondance des R-loops, des méthodes à l’échelle du génome enrichissent d’abord les R-loops avec l’anticorps S9.6 8,23,24 ou avec d’autres nucléases25 dont la RNase H 10,26,27, puis évaluent le nombre de R-loops enrichis par séquençage. Les premières versions de ces méthodes basées sur le séquençage n’offraient pas une couverture de séquence adéquate pour permettre une quantification précise, mais l’amélioration rapide des technologies de séquençage permet désormais l’analyse de la boucle R locus par locus. Des techniques d’immunofluorescence ont également été utilisées pour quantifier et localiser les R-loops10,17. Ces méthodes sont exhaustives, mais elles ne sont pas pratiques dans de nombreux contextes cliniques ou en tant qu’évaluations initiales, car elles nécessitent un équipement coûteux et des analyses spécialisées.
Une procédure qui peut être effectuée uniformément dans tous les laboratoires en milieu clinique est nécessaire. Les dot-blots offrent une telle option car ils peuvent être effectués sans équipement spécifique ni analyse informatique. En tant qu’étape préliminaire ou en milieu clinique pour évaluer les effets des mutations sur les R-loops, ces dot-blots doivent fournir des résultats sensibles et spécifiques. Ici, nous décrivons notre test qui identifie spécifiquement les R-loops ; il exclut les signaux de l’ADN double brin (ds), de l’ARN double brin et de l’ARN simple brin. Notre protocole utilise l’anticorps S9.627 pour identifier les hybrides ARN-ADN dans les R-loops et intègre la RNase H, une endoribonucléase qui clive et conduit donc à la dégradation de l’ARN dans un hybride ARN-ADN20,28, pour s’assurer que les signaux détectés sont ceux des hybrides. Nous avons également incorporé la RNase T1 qui clive l’ARN simple brin à la guanine29,30, et la RNase III qui clive l’ARN double brin, y compris les boucles de tige31,32 pour vérifier les signaux non spécifiques. L’anticorps S9.6 reconnaît les hybrides ARN-ADN de différentes longueurs, même ceux qui ne font que 8 nucléotides de long33.
Ici, nous présentons le protocole qui commence par l’isolement des acides nucléiques suivi d’une préparation par transfert de points et d’une détection de boucle R avec l’anticorps S9.6. Notre protocole comprend des étapes pour s’assurer qu’un nombre égal d’échantillons sont chargés et que les signaux sont spécifiques. Il fournit des oligonucléotides pour servir de contrôles positifs et négatifs. Il s’agit d’une méthode rapide, facile et conviviale pour évaluer l’abondance de la boucle R.
1. Lyse cellulaire pour le fractionnement nucléaire
2. Purification de l’ADN génomique (qui comprend les hybrides ARN-ADN)
3. Transfert d’échantillons d’ADN (qui comprennent des hybrides ARN-ADN) sur des membranes en nylon
4. Détection d’un hybride ARN-ADN avec l’anticorps S9.6
5. Traitements à la ribonucléase pour évaluer la spécificité du signal
REMARQUE : Un traitement par RNase doit être effectué sur les échantillons d’acides nucléiques pour démontrer la spécificité de la liaison S9.6. Le traitement par la RNase H, mais pas par la RNase T1 ou la RNase III, devrait entraîner une réduction de l’immunocoloration S9.6.
6. Préparation de contrôles d’oligonucléotides pour évaluer la spécificité du signal
REMARQUE : Des contrôles d’oligonucléotides peuvent être utilisés pour démontrer la spécificité de la liaison S9.6. S9.6 reconnaît les hybrides ARN-ADN, mais pas les témoins d’ADNdb ou d’ARNdb, comme cela a été rapporté précédemment34.
7. Quantification et normalisation de l’intensité du signal de la boucle R S9.6 à l’aide d’ImageJ.
Traitement enzymatique pour évaluer la spécificité de l’anticorps S9.6 (ARN-ADN).
Des fibroblastes primaires de la peau humaine ont été cultivés17. L’ADN avec des hybrides ARN-ADN a été isolé et quantifié. Deux μg des échantillons ont été digérés avec de la RNase T1, de la RNase H ou de la RNase III pendant 15 min à 37 °C. Un échantillon fictif a également été analysé à des fins de comparaison avec les échantillons traités à la RNase. Les échantillons (200, 100, 50, 25, 12,5 ou 6,25 ng) ont été étalés sur deux membranes différentes, comme décrit à la section 3. Les membranes étaient réticulées, bloquées et l’une d’entre elles a été sondée avec l’anticorps S9.6 (Figure 1A).
Les résultats ont montré que le signal S9.6 est en corrélation avec l’abondance de l’échantillon chargé. Le traitement avec la RNase H, mais pas la RNase T1 ou la RNase III, entraîne une réduction de la coloration S9.6.
Une deuxième membrane a été sondée avec un anticorps ADNdb (Figure 1B) pour la normalisation. L’image J a été utilisée pour analyser les intensités du signal. Les échantillons de 50 ng ont été sélectionnés pour la quantification, car les intensités des signaux des anticorps S9.6 et de l’ADNdb se situaient dans la plage dynamique. Les intensités du signal ont été normalisées à celles des échantillons fictifs. Les données sont présentées à la figure 2.
S9.6 à l’aide de témoins nucléotidiques synthétiques.
Pour évaluer la spécificité de l’anticorps S9.6, nous avons utilisé des oligonucléotides correspondant à l’ARNdb, à l’ADNdb et à l’ARN-ADN comme décrit dans la section 6. Une série de dilutions de nucléotides d’ARN-ADN, d’ARNdb et d’ADNdb a été préparée et appliquée sur la membrane de nylon comme décrit à la section 3. La membrane a été sondée avec l’anticorps S9.6 (Figure 3). Les résultats ont montré que l’anticorps S9.6 se lie spécifiquement aux hybrides ARN-ADN de manière dose-dépendante et a montré une réactivité croisée minimale aux ARNdb et aux ADNdb.

Figure 1 : Spécificité de S9.6 telle que montrée par le dot-blot chargé en acides nucléiques à partir de fibroblastes humains. Des échantillons d’acides nucléiques provenant de fibroblastes humains ont été traités par simulation ou traités avec de la RNase T1, de la RNase H ou de la RNase III, puis chargés sur des membranes en nylon dans une série de dilutions de 200, 100, 50, 25, 12,5 et 6,25 ng par point de 2 μL. Les membranes ont ensuite été sondées avec l’anticorps S9.6 (A) ou l’anticorps ADNdb (B). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Quantification de la coloration de la boucle R S9.6. Des échantillons de 50 ng de la figure 1 ont été sélectionnés pour la quantification avec ImageJ. Le signal S9.6 a été divisé par l’intensité du signal d’ADNdb, puis normalisé à l’échantillon fictif en suivant les étapes décrites à la section 7. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Transfert de points S9.6 à l’aide de contrôles oligonucléotidiques. S9.6 contre une série de dilutions d’oligonucléotides synthétiques sous forme d’ARNdb, d’ADNdb ou d’hybride ARN-ADN. S9.6 se lie spécifiquement aux hybrides ARN-ADN de manière dose-dépendante. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Tampon de lyse cellulaire | Pour 10mL | Pour 200mL | Conc. finale |
| Eau, sans nucléases | 9 ml | 180 ml | - |
| 10 % NP-40 | 0,5 ml | 10 ml | 0.5% |
| 2M KCl | 0,4 ml | 8 ml | 80 millions d’euros |
| TUYAUX DE 0,5 M (pH 8,0) | 100 uL | 2 ml | 5 millions d’euros |
| Tampon de lyse nucléaire | Pour 10mL | Pour 200mL | Conc. finale |
| Eau, sans nucléases | 8,65 ml | 173 ml | - |
| 10 % FDS | 1 ml | 20 ml | 1% |
| 1 M de Tris-HCl (pH 8,0) | 0,25 ml | 5 ml | 25 millions d’euros |
| 0,5 M EDTA | 100 uL | 2 ml | 5 millions d’euros |
| Tampon d’élution | Pour 10mL | Pour 200mL | Conc. finale |
| 1M Tris-Cl, pH 8,5 | 0,1 mL | 2 mL | 10 millions d’euros |
| Eau, sans nucléases | 9,9 ml | 198 ml | - |
Tableau 1. Préparation des tampons
| Pas | Problème | Raison possible | Solution |
| 1.9 | N/A | Vérifier le fractionnement des cellules | La qualité de la séparation nucléaire et cytoplasmique peut être évaluée en ajoutant des cocktails d’inhibiteurs de protéase standard aux tampons de lyse cellulaire et nucléaire (Tableau 1). Les fractions cytoplasmiques et nucléaires peuvent être évaluées par western blot pour confirmer la restriction adéquate du marquage avec des marqueurs cytoplasmiques (par exemple, GAPDH ou HSP90) dans les fractions cytoplasmiques et le marquage avec des marqueurs nucléaires (par exemple, HDAC1 ou Histone H3) dans les fractions nucléaires. La contribution de la contamination mitochondriale dans la fraction nucléaire peut être évaluée par analyse qPCR avec des sondes spécifiques de l’ADN mitochondrial. |
| 2.1 | L’échantillon est trop visqueux | Le nombre de cellules est trop élevé. | Réduisez l’ADN de moitié et poursuivez avec l’étape de sonication 2.1 |
| 2.12 | Pas de granulés visibles | Matériau de départ insuffisant ou perte lors de l’extraction. | Commencez depuis le début en utilisant plus de cellules. |
| 2.13 | Faible concentration d’ADN | ||
| 3.1 | Pas assez d’ADN pour les dilutions | ||
| 3.4 | L’échantillon ne sature pas la membrane | Trempez la membrane dans 1x TBST. Laissez sécher l’excédent de tampon et commencez à l’étape 3.4 | |
| 4.6 | Un motif inégal ou moucheté est détecté | Ajoutez du dodécylsulfate de sodium (FDS) à 0,1 % à l’échantillon et passez à l’étape 3.1. | |
| 4.6 | Les points ont une apparence d’anneau de café | Ajouter 0,01 % de Sarkosyl à l’échantillon et poursuivre à l’étape 3.1 | |
| 5.2 | La commande RNaseH ne montre aucune diminution du signal | La digestion de la ribonucléase est incomplète. | Augmenter l’incubation ou augmenter la concentration enzymatique. |
| 6.5 | Pas de signal pour les commandes d’oligo | Duplex n’a pas été formé. Les oligonucléotides n’ont pas été correctement recuits. | Vérifiez les rapports entre les oligonucléotides et le tampon de recuit. |
| 6.5 | Le signal S9.6 n’est pas spécifique aux hybrides | Le lot d’anticorps S9.6 a une liaison non spécifique | Valider la sensibilité et la spécificité de nouveaux lots d’anticorps S9.6 à l’aide de traitements enzymatiques RNase ou d’une analyse d’oligonucléotides synthétiques. |
Tableau 2 : Dépannage
| ARNss, brin supérieur | 5'-UGGGGGCUCGUCCGGGAUAUGGGAACCACUGAUCCC-3' |
| ADNsb, brin supérieur | 5'-TGGGGGCTCGTCCGGGATATGGGAACCACTGATCCC-3' |
| ARNss, brin inférieur | 5'-GGGAUCAGUGGUUCCCAUCCCGGACGAGCCCCCA-3' |
| ADNsb, brin inférieur | 5'-GGGATCAGTGGTTCCCATATCGGACGAGCCCCCA-3' |
Tableau 3. Contrôler les séquences d’oligonucléotides
Les acides nucléiques à 3 brins, les R-loops, se forment à différentes étapes du cycle de vie de l’ARN et sont de plus en plus présents pour réguler les processus cellulaires. Pour bien comprendre les R-loops, des techniques fiables de détection des R-loops sont nécessaires. Ici, nous décrivons une approche pour interroger l’abondance des R-loops à l’aide de l’anticorps S9.6 8,23,24. Cette méthode permet une évaluation rapide de l’abondance de la boucle R à partir de cellules et d’échantillons de culture tissulaire. Il ne nécessite pas d’équipement spécial, ni une grande quantité de matériau de départ. Il garantit des résultats spécifiques et reproductibles en utilisant une combinaison de traitements RNase.
Certains ont fait part de leurs inquiétudes quant à la spécificité de l’anticorps S9.6. Comme pour tout réactif, il peut y avoir une variabilité d’un lot à l’autre avec l’anticorps S9.6. Notre protocole comprend la RNase H, la RNase T1 et la RNase III pour vérifier la spécificité du signal. De plus, nous utilisons des oligonucléotides synthétiques pour assurer la spécificité de chaque lot d’anticorps S9.6.
La biologie de la boucle R est un domaine en pleine croissance ; le développement de méthodes de détection et de quantification fiables, comme celle présentée ici, facilitera les études mécanistes pour élucider quand les R-loops se forment, comment elles sont régulées et ce qu’elles régulent. Avec des contrôles appropriés, ce test dot-blot est une méthode simple pour dépister l’abondance de la boucle R dans les milieux cliniques et de recherche.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par l’Institut médical Howard Hughes et la recherche intra-muros de l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux.
Nous remercions le Dr Stephen Leppla d’avoir fourni des lots d’anticorps S9.6 pour analyse. Nous remercions également le Dr Dongjun Li pour son aide dans les traitements à la ribonucléase.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Anticorps anti-ADNdb | Abcam | ab27156 | |
| Anticorps hybride anti-ARN-ADN (S9.6) | Kerafast | ENH001 | |
| Biorupter sonicator | Diagenode | UCD-200 | |
| EB Buffer | Qiagen | 19086 EDTA 19086 | |
| EDTA (0.5M) | Invitrogen | AM9261 | |
| Hybond N+ membrane nylon | GE healthcare Life Sciences | RPN203B | |
| KCl (2M) | Invitrogen | AM9640G | |
| NP-40 (Igepal CA-630) | Sigma | I8896 | |
| PBS | Invitrogen | 10010-023 | |
| Phénol :chloroforme :alcool isoamylique | Invitrogen | 15593031 | |
| PIPES (0.5M, pH 8.0) | VWR | AAJ61406-AE | |
| Proteinase K | Qiagen | 19131 | |
| RNase III | Invitrogen | AM2290 | |
| RNase H | New England Biolabs | M0297 | |
| RNase T1 | ThermoFisher Sci. | EN0541 | |
| FDS (10 %) | Invitrogen | 15553027 | |
| acétate de sodium (3M, pH 5,2) | Invitrogen | AM9740 | |
| Solution saline tamponnée au Tris (10X) | Corning | 46-012-CM | |
| Tris-HCl (1M, pH 8.0) | KD Medical | RGF-3360 | |
| TrypLE | Invitrogen | 12605010 | |
| Tween-20 | Sigma | P9416 | |
| UV Stratalinker 2400 | Stratagene | Stratalinker 2400 | |
| Stylo de marquage Whatman | Sigma | WHA10499001 |
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