$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous que tous les tampons listés dans le Tableau 1 sont préparés. Tous les réactifs doivent être préparés dans de l’eau sans nucléase. La stérilisation par filtre des tampons est recommandée lors de l’utilisation de produits chimiques/réactifs de qualité non biologique moléculaire pour la préparation des tampons. Pour les sections 1 à 4, préparez à l’avance les éléments suivants :
1. Préparation des matériaux et réactifs
- Préparez une solution de sarkosyl (v/v) à 10 % au moins un jour à l’avance pour laisser suffisamment de temps à la dissolution complète. Stériliser la solution homogène par filtre avec un filtre de 0,22 μm. Le jour de l’expérience, utilisez le sarkosyl à 10 % pour préparer une solution à 0,5 % de sarkosyl, puis laissez-le sur la glace jusqu’à utilisation.
- Pré-refroidissez les ultracentrifugeuses à 4 °C. Dans la hotte à fumées, réglez le thermomixeur à 30 °C et préchauffez une aliquote de tampon de sondage de structure 2,5x. Ce thermomixeur sera utilisé plus tard pour le traitement DMS.
- Dans la hotte à fumée, réglez un bloc thermique à 65 °C et réchauffez 650 μL de phénol acide : chloroforme par réaction pour l’extraction d’ARN.
- Mélangez la DTT avec un tampon de transcription 2,5x jusqu’à une concentration finale de 2 mM. Préparez et refroidissez fraîchement les solutions de trempe et de lavage pour une utilisation immédiate après le traitement DMS (voir Tableau 1).
- Aliquote 40 μL de SDS à 20 % dans des tubes pour la lyse de la levure avant l’extraction de l’ARN. Préparez une solution de chlorure de zinc (ZnCl2) de 100 mM et stérilisez par filtre avant utilisation.
- Générer des souches de levure de délétion, d’appauvrissement ou de knock-in qui pourraient être nécessaires pour répondre à toute question de recherche spécifique sur l’appariement de bases d’ARN naissant, par rapport à la souche sauvage de levure bourgeonnante. Toujours réveiller fraîchement les souches en les striant sur une plaque d’agar à levure appropriée (YPD, dropout ou plaques antibiotiques). Commencez une culture liquide à partir d’une seule colonie la veille du début de l’expérience. Pour plus d’instructions sur la croissance et la manipulation des souches de levure, veuillez consulter Schärfen et al., 2025.
2. Préparation des cellules de levure pour CoSTseq
- Mise en place d’une préculture : cultiver la souche BY4741 de S. cerevisiae dans 50 mL de milieu YPAD jusqu’à ce que les cellules atteignent la phase logarithmique (densité optique (OD) à 600 nm = 0,6) à 30 °C avec secouement à 200 tr/min. Si nécessaire, diluez la culture à 0,2-0,3 et laissez la levure atteindre 0,6 OD.
- Récolte de la levure : Collectez et filez 1,8 OD (~3 mL) de culture de levure à 2 500 x g pendant 3 minutes dans une centrifugeuse pré-refroidie (4 °C). Jetez le surnageant dans un contenant à déchets. Laver les granulés en resuspendant 10 mL de solution tampon phosphatée (PBS) à froid. Faites tourner à nouveau à 2 500 x g pendant 3 minutes à 4 °C. Éliminez le surnageant et gardez la pastille de levure sur la glace.
- Perméabilisation des cellules de levure : Resuspendez soigneusement la pastille de levure dans 10 mL de sarkosyl froid à 0,5 %. Utilisez une pipette P1000 pour resuspendre les cellules et éviter de créer des bulles. Incubez sur glace pendant 20 minutes pour favoriser la perméabilisation. Pelletez les cellules de levure perméabilisées à 400 x g pendant 5 minutes à 4 °C. Resuspendez les cellules de levure perméabilisées dans 100 μL d’eau sans nucléase.
REMARQUE : Bien que le marquage du DMS ne nécessite pas la perméabilisation de la paroi cellulaire, la réaction de diffusion nucléaire nécessite une perméabilisation pour que les nucléotides biotinylés atteignent le site de transcription. Cela est réalisé par le traitement par sarkosyl, qui perméabilise à la fois la paroi cellulaire de la levure et sa membrane nucléaire. De plus, le traitement par sarkosyl facilite le test continu en empêchant de nouveaux événements d’initiation de la transcription et en délogeant les facteurs d’allongement négatifs de Pol II et de lachromatine 11,12. Manipulez délicatement les échantillons et maintenez une vitesse centrifuge basse (400 x g) pour éviter la rupture cellulaire et favoriser l’incorporation réussie de la biotine dans des transcrits naissantsallongés 13.
3. Exploitation nucléaire et sondage DMS
REMARQUE : L’activation nucléaire avec la biotine-NTP introduit un obstacle stérique qui arrête les polars à ARN sur leur site actif et fournit une poignée de biotine pour l’enrichissement sélectif de l’ARN naissant. Selon la résolution souhaitée, un run-on nucléaire peut être réalisé avec un, deux ou les quatre ribonucléotidesbiotinylés 9. Pour des raisons d’économie, le flux de travail décrit ici n’utilise qu’un seul nucléotide biotinylé (c’est-à-dire la biotine-CTP).
- Mise en place de la réaction nucléaire de course
- Préparez 2,5x solution de travail du tampon de transcription avec une DTT fraîchement ajoutée de 5 mM et préchauffez un tampon de sondage de structure 2,5x à 30 °C (voir Tableau 1).
- Dans un tube propre de 2 mL, ajoutez 120 μL de tampon de transcription 2,5x, 3,75 μL de 10 mM d’ATP, 3,75 μL de 10 mM GTP, 3,75 μL de 10 mM UTP, 7,5 μL de 1 mM Bio-CTP, 15 μL de 10 % de sarkosyl, et portez le volume à 200 μL avec 46,25 μL d’eau sans nucléase.
- Ajoutez 100 μL de cellules au tube et incubez dans un thermomixeur réglé à 30 °C pendant 2 minutes en secouant à 500 tr/min.
REMARQUE : Cette étape est très urgente. Essayez de limiter le nombre d’échantillons pour générer des données fiables. Il est recommandé de décaler le timing entre les échantillons pour la cohérence.
- Traitement DMS : Une fois l’incubation terminée, ajoutez rapidement 200 μL de tampon de sondage structurel préchauffé 2,5x et 25 μL de réactif DMS au tube simultanément. Vortex doucement en deux impulsions et continue d’incuber sur le thermomixeur pendant 4 minutes à 30 °C tout en secouant à 500 tr/min. Étalez 30 secondes entre les échantillons pour être cohérent.
REMARQUE : Le sondage DMS est une réaction instantanée qui permet une haute résolutiontemporelle 14 du statut d’appariement des bases de l’ARN. Pour éviter la modification continue du DMS, il est crucial de tremper rapidement le marquage du DMS en utilisant l’agent réducteur fort β-mercaptoéthanol. De plus, tout DMS restant entravera la récupération de l’ARN lors de l’extraction. L’ajout d’alcool isoamylique saturé d’eau avant centrifugation peut éliminer les résidus insolubles de DMS dans la granulecellulaire 15. Cette étape est très urgente. Il est essentiel de travailler avec un nombre limité d’échantillons pour générer des données fiables.
ATTENTION : Le DMS est un liquide hautement toxique et incolore avec une légère odeur d’oignon. Des précautions extrêmes sont nécessaires lors du travail avec DMS. Le contact direct et/ou l’inhalation de vapeurs peuvent provoquer une nécrose des yeux, de la bouche et des voies respiratoires, y compris des dommages graves aux organes. Utilisez des lunettes de protection, une blouse de laboratoire et de vrais gants. Double gant dès que possible et changez immédiatement les gants dès l’exposition ou après l’utilisation du DMS. Effectuez des étapes impliquant un DMS sous une hotte à fumée. Utilisez des conteneurs dédiés à déchets pour l’élimination DMS.
- Trempe et lavage
- Préparez à l’avance les tampons d’arrêt et de lavage comme indiqué dans le tableau 1 et placez-les sur la glace jusqu’à utilisation. Arrêtez la méthylation du DMS en ajoutant 1 mL de tampon d’arrêt.
- Centrifugez les échantillons marqués DMS pendant 5 minutes à 3 500 x g dans une centrifugeuse pré-refroidie. Jetez les déchets dans un contenant approprié.
- Ajoutez 1 mL de tampon de lavage au pellet et remettez en suspension. Répétez l’étape 3.3.2. Procédez immédiatement à l’extraction de l’ARN. Ne congelez pas la pastille de levure.
- Extraction par phénol-chloroforme
- Résuspendez la levure marquée par DMS dans 600 μL de tampon de lyse ARN, puis transférez la suspension dans des tubes contenant 40 μL de SDS à 20 %. Incubez à 65 °C pendant 30 secondes avec des secousses à 950 tr/min.
- Ajoutez 650 μL de phénol acide :chloroforme préchauffé au lysat de levure et continuez à chauffer sur le thermomixeur pendant 2 minutes à 65 °C en secouant à 950 tr/min. Laissez les échantillons reposer sur la glace pendant 5 minutes.
REMARQUE : En attendant, passez le bloc chauffant ou le thermomixeur à température ambiante (RT).
- Centrifugeuse à 20 000 x g pendant 3 minutes en RT.
- Déplacez la couche supérieure dans un nouveau tube et ajoutez 650 μL de chloroforme. Vortex brièvement. Centrifugez à nouveau et collectez la couche supérieure dans un nouveau tube contenant 700 μL d’isopropanol.
- Inversez pour mélanger et incuber dans le congélateur à -20 °C pendant 30 minutes, permettant à l’ARN de précipiter. Centrifugez à 20 000 x g pendant 45 minutes à 4 °C. Jetez le surnageant. Lavez la pellete avec 750 μL d’éthanol à 75 % (EtOH).
REMARQUE : C’est un point d’arrêt/pause dans le protocole. Les échantillons peuvent être laissés dans un EtOH à 75 % toute la nuit à -80 °C.
- Faites tourner pendant 3 minutes à 20 000 x g et jetez le surnageant. Faites sécher à l’air le pellet d’ARN et dissoudrez-le dans 81 μL d’eau sans nucléase. Quantifiez le rendement de l’ARN à l’aide d’un spectrophotomètre réglé sur une longueur d’onde de 260 nm. Appliquez 1 μL de la resuspension ci-dessus pour mesurer. Diluez l’échantillon d’ARN si nécessaire. Au moins 80 μg d’ARN total devraient être présents pour passer à l’étape suivante.
REMARQUE : Si nécessaire, l’ARN marqué par DMS peut être stocké à -80 °C pendant jusqu’à 2 semaines.
4. ARN naissant (CoSTseq)
REMARQUE : L’ARN total obtenu à partir de l’extraction phénol-chloroforme contient des ARN matures marqués par DMS ainsi que des ARN naissants biotinylés marqués par DMS provenant des trois polymérases. Pour purifier les ARN naissants de l’ARN total, les étapes suivantes utiliseront des billes de streptavidine pour enrichir l’ARN naissant biotinylé. En raison de la forte affinité de la biotine pour la streptavidine (Kd = 10-14 - 10-15 M), deux extractions consécutives de réactifs d’ARN (voir Tableau des matériaux) sont effectuées pour éluer l’ARN des billes de streptavidina. Notez que moins de 1 % de l’ARN de la levure est constitué d’ARN naissant, selon la condition de croissance16.
- Tirage à la biotine
- Préparation des billes magnétiques de Streptavidine
- Préparez le tampon de prélavage A et le tampon de prélavage B comme indiqué dans le tableau 1 pour la composition. Homogénéisez les billes magnétiques de Streptavidine par vortex. Obtenir 44 μL de billes magnétiques homogénéisées par échantillon de 80 μg d’ARN total.
REMARQUE : Augmentez en multipliant le volume par le nombre d’échantillons.
- Placez les billes magnétiques sur le support magnétique et retirez la solution de rangement. Résuspendez les billes magnétiques dans 1 mL de tampon de prélavage A.
- Incubez pendant 2 minutes à température ambiante. Magnétiser et retirer le surnageant. Répétez le lavage. Laver 1x avec 1 mL de tampon de prélavage B. Magnétiser et retirer le surnageant, puis passer rapidement à l’étape de liaison et de lavage.
- Reliure et lavage
- Préparez les tampons de liaison 2x, 1x tampons de liaison, tampons à haute teneur en sel et à faible sal, comme indiqué dans le Tableau 1.
- Resuspendez les billes prélavées en ajoutant deux fois le volume initial (88 μL) de tampon de liaison 2x. Transférer 80 μL de billes dans un tube stérile de 1,5 mL contenant 80 μL de l’échantillon d’ARN biotinylé.
- Faites tourner le mélange de billes et d’échantillons sur un rotateur pendant 20 minutes à température ambiante. Collectez l’ARN mature contenant le flux traversant par étape magnétique (procédez à l’étape de précipitation).
- Rincez le complexe ARN bille-naissant avec 500 μL de tampon à haute teneur en sel 2x. Effectuez un rinçage avec 500 μL de liaison 1x, suivi d’un autre rinçage avec 500 μL de tampon faible en sel.
- Élution par extraction de réactifs d’ARN
- Préchauffez un thermomixeur à 60 °C. Refroidir une centrifugeuse capable d’atteindre une vitesse de 20 000 x g à 4 °C.
- Ajouter 300 μL de réactif ARN (voir Tableau des matériaux) au complexe ARN bile-naissant et resuspendre. Incubez sur un thermomixeur pendant 5 minutes réglé à 60 °C.
- Ajoutez 60 μL de chloroforme, un vortex, et incubez 3 minutes à la réchauffe récréative. Faites tourner à 14 000 x g pendant 5 minutes dans une centrifugeuse pré-refroidie.
- Déplacez la phase aqueuse supérieure vers un nouveau tube de collecte (~180 μL). Abandonnez la phase organique, laissant derrière elles les billes et la phase aqueuse restante.
- Répétez l’extraction pour obtenir un volume final de 360 μL de phase aqueuse dans le tube de collecte.
- Ajoutez 360 μL de chloroforme au tube de collecte et formez brièvement le vortex. Faites tourner à 14 000 x g pendant 5 minutes dans une centrifugeuse pré-refroidie.
- Transférez (environ 350 μL) de la couche supérieure vers un tube frais. Précipiter l’ARN en ajoutant 900 μL d’EtOH absolu et 1 μL de co-précipitant.
- Vortex brièvement et permet aux précipitations de se produire à -20 °C pendant 20 minutes ou -80 °C pendant la nuit.
- Dans la centrifugeuse pré-refroidie, centrifugez à 20 000 x g pendant 20 minutes. Jetez soigneusement le surnageant.
- Lavez le pellet avec 750 μL d’EtOH à 75 %, suivi d’une autre centrifugation à froid à 20 000 x g pendant 5 minutes.
- Séchez le pellet pour enlever les résidus d’EtOH pendant 10 minutes. Dissoudre la pastille d’ARN dans 3,75 μL deH2O.
REMARQUE : Le blot par points de l’ARN élué suivi d’une sonde avec un conjugué streptavidine-HRP est la méthode la plus efficace pour évaluer le pulldown de la biotine. Cependant, cette approche consomme une quantité importante de matériel d’échantillon, ne laissant pas assez de matériel pour la préparation à la bibliothèque.
- Précipitations du surnageant
- Précipiter le surnageant contenant des ARN matures en ajoutant 2,5 à 3 volumes d’EtOH. Laisser les précipitations à -20 °C pendant 1 heure.
- Dans une centrifugeuse pré-refroidie, faites tourner pendant 45 minutes à 20 000 x g. Aspirez soigneusement le surnageant.
- Lavez la pelote d’ARN avec 0,5 mL d’EtOH à 75 %. Sécher et dissoudre le pellet dans 50 μL d’eau sans nucléase. Placez le tube sur un bloc chauffant à 65 °C pour améliorer la dissolution du comprimé d’ARN.
- Mesurez la concentration d’ARN à l’aide d’un spectrophotomètre pour les étapes suivantes.
5. ARN mature (DMS-MaPseq)
- Sélection Poly A
REMARQUE : Les ARN matures polyadénylés sont purifiés à l’aide d’une capture d’affinité basée sur des billes oligo(dT). Ce protocole est optimisé pour utiliser le kit de purification mRNA DIRECT de Dynabeads (voir Tableau des matériaux). En préparation initiale, préchauffez 1 mL d’eau sans nucléase à 80 °C pour l’élution et réglez un bloc thermique à 70 °C.
- Préparation de l’ARN pour le pulldown de poly A : transférer 50 μg d’ARN précipité et le porter à un volume final de 300 μL avec de l’eau sans nucléase. Chauffez l’ARN à 70 °C pendant 2 minutes pour perturber les structures secondaires et placez-le immédiatement sur la glace. Mélangez brièvement l’ARN avec 300 μL de tampon de lyse/liaison et de vortex.
- Préparation des billes magnétiques : Mettez les billes magnétiques en suspension en les faisant passer en vortex pendant au moins 30 secondes. Transférez 100 μL de billes suspendues par échantillon dans un tube stérile de 1,5 mL. Magnétisez pour éliminer le tampon de stockage. Rincez les billes magnétiques dans un volume égal de tampon de lyse/liaison, magnétisez et jetez le surnageant.
- Reliure et lavage
- Ajoutez les 100 μL de billes prélavées aux 600 μL d’ARN d’échantillon préparé. Faites pivoter en continu sur un rotateur pendant 5 minutes à température ambiante.
- Collectez les billes en les plaçant sur un support magnétique et jetez le filtre à travers. Lavez les billes avec 600 μL de tampon de lavage A. Pipette pour mélanger.
- Ramassez à nouveau les perles pour jeter le lavage. Lavez les billes avec 300 μL de tampon de lavage B. Pipette pour mélanger.
- Ramassez à nouveau les perles pour jeter le lavage. Mélangez les billes avec 90 μL d’eau tiède (80 °C) et laissez la liaison en ajoutant 90 μL de tampon de lyse/liaison. Répétez l’étape 5.1.3.1-5.1.3.3.
- Élution : Resuspendez les billes dans 30 μL d’eau tiède (80 °C) sans nucléase. Incubez à 75 °C à 80 °C pendant 2 minutes. Soumettez rapidement les billes à un champ magnétique et collectez les éluates dans un tube sans RNase. Répétez l’élution et collectez l’ARN élué.
- Fragmentation
REMARQUE : La fragmentation des ARNm peut être obtenue par des moyens enzymatiques ou chimiques. Ici, le chlorure de zinc et la chaleur sont utilisés pour la fragmentation. Contrairement aux enzymes qui nécessitent une séquence spécifique ou des éléments structurels, les ions de zinc agissent comme un acide de Lewis pour activer l’oxygène 2' (un nucléophile) et fendre la colonne vertébrale phosphodiestre. Cela entraîne la formation d’esters phosphatiques cycliques 5' OH et 2',3' sur les brins ARN17 produit.
- Préchauffez le thermocycleur avec la température du bloc réglée à 94 °C et la température du couvercle réglée à 105 °C. Placez 54 μL d’ARNm élué dans un tube PCR.
- Ajoutez 6 μL de solution de chlorure de zinc à 100 mM (concentration finale de 10 mM), un vortex pendant 2 s, puis incubez immédiatement à 94 °C pendant 55 s sur le thermocycleur préchauffé.
- À la fin de l’incubation, trempez la réaction de fragmentation avec 6,6 μL de 0,5 M EDTA (concentration finale de 50 mM), pipetez de haut en bas pour mélanger, puis placez rapidement les tubes sur la glace. Transférez le contenu dans des tubes stériles de 1,5 mL.
- Permettre la précipitation des ARNm fragmentés avec l’ajout de 150 μL d’isopropanol, 15 μL d’acétate de sodium 3 M, pH 5,2 et 1 μL de co-précipitant.
- Placez à -20 °C pendant 30 minutes. Faites tourner à 20 000 x g pendant 45 minutes dans une centrifugeuse pré-refroidie. Lavez le pellet avec 75 % d’EtOH et dissouds-le dans 15 μL d’eau sans nucléase.
- Traitement PNK
REMARQUE : La fragmentation chimique avecZnCl 2 génère des extrémités 5' et 3' inadaptées à la ligation17. Ainsi, après la fragmentation chimique, les ARN sont soumis à un traitement par polynucléotide kinase (PNK), qui phosphoryle les extrémités phosphatées 5' OH et déphosphoryle 3' phosphate, lesquelles peuvent ensuite être ligaturées aux adaptateurs18.
- Ajoutez 1 μL d’inhibiteur de ribonucléase, 2 μL de tampon PNK 10x et 2 μL de PNK T4. Incubez à 37 °C pendant 60 minutes. Arrêtez la réaction en ajoutant 30 μL d’eau sans nucléase, 50 μL de tampon de liaison à l’ARN et 50 μL d’EtOH.
- Utilisez une méthode de purification de l’ARN à base de colonne de spin pour éliminer les contaminants et concentrer l’ARN. Cela peut se faire en utilisant un kit commercialement disponible (kit de nettoyage et de concentration d’ARN, voir Tableau des matériaux). En résumé, mélangez deux volumes de tampon de liaison ARN avec 1 volume d’échantillon, mélangez un volume égal de ce mélange avec 100 % d’EtOH, puis chargez sur la colonne de spin avec un tube de collecte frais. Faites tourner cet échantillon et jetez le flux traversant. Laver la colonne de spin avec 700 μL de tampon de lavage ARN et une fois avec 400 μL de tampon de lavage ARN. Écartez le flux à travers. Faites tourner la colonne vide pendant 1 minute pour assurer l’élimination complète du tampon de lavage.
- Éluvez l’ARN dans 10 μL d’eau tiède sans nucléase.
REMARQUE : Effectuez toutes les étapes de centrifugation à 10 000 - 16 000 x g en RT pendant 30 s.
6. Réaction de transcription inverse par changement de modèle
REMARQUE : Les ARN naissants issus du pulldown de la biotine (étape 4.2) et de l’ARNm fragmenté après traitement PNK (étape 5.3) sont soumis aux étapes suivantes pour la préparation de la bibliothèque ( voir Figure 1 et Figure 2). En résumé, un modèle d’ARN synthétique/duplex de démarrage d’amorce ADN (adaptateur hétéroduplex ARN/ADN R2) sur lequel le changement de gabarit peut avoir lieu sera préparé. Cet hétéroduplex fournit une courte séquence complémentaire qui permet le changement de gabarit par la transcriptase inverse (RT) pour changer de brins, c’est-à-dire lorsque le RT change de brin de l’ARN à l’amorce ADN, permettant ainsi une synthèse d’ADNc fluide de l’ARN vers la séquence adaptatrice. La transcriptase inverse induro est utilisée ici, qui a été testée et optimisée pour ce protocole. D’autres transcriptases inverses à commutation de modèles peuvent être utilisées pour la préparation de la bibliothèque CoSTseq si désiré, mais nécessitent une optimisation par l’utilisateur.
- Séquences adaptatrices hétéroduplex ADN/ARN
REMARQUE : Les adaptateurs hétéroduplex ADN/ARN utilisés pour la transcription inverse de l’échantillon DMS-MaPseq sont les mêmes que ceux listés dans Xu et al.7 et référencés par Schärfen et al.10.
- Pour l’adaptateur hétéroduplex ADN/ARN qui sera utilisé pour la transcription inverse de l’échantillon CoSTseq, utilisez un adaptateur avec un « G » dans la région de surplomb. Cela permettra à G de capturer la biotine-C à l’extrémité 3' de l’ARN. Si vous utilisez un NTP biotinylé différent, modifier l’amorce d’ADN hétéroduplex pour que le nucléotide d’appariement approprié soit le surplomb (voir Tableau 2).
- Pour l’adaptateur DMS-MaPseq, assurez-vous qu’il y a un seul surplomb N, étant donné que l’extrémité 3' sera aléatoire après fragmentation. Pour un aperçu des étapes suivantes de préparation à la bibliothèque, voir la Figure 2.
- Préparation d’un hybride ADN/ARN pour le changement de gabarit : Préparer 1 μM d’amorces ARN R2 et ADN R2R dans un tampon composé de 10 mM de Tris-HCl, pH 7,5 et 1 mM EDTA. Faites couver le mélange d’amorce à 82 °C pendant 2 minutes, puis refroidissez à 25 °C à un rythme de 0,1 °C/s. Alignez le mélange et congelez pour une utilisation ultérieure.
- Transcription inverse par commutation de modèle
- Ajoutez les réactifs suivants et incubez pendant 30 minutes à température ambiante : 2 μL de tampon de réaction 5x, 1 μL d'1 μM ADN/ARN hétéroduplex (utiliser hétéroduplex contenant un seul surplomb G pour l’échantillon CoSTseq ; utiliser un hétéroduplex contenant un surplomb aléatoire d’N pour l’échantillon DMS-MaPseq), 0,5 μL d’enzyme, 0,5 μL inhibiteur de RNase, 3,75 μL d’échantillon d’ARN (ou ajouter de l’eau pour atteindre 7,75 μL de volume total).
- Incubez ce mélange (sans dNTP) pendant 30 minutes en temps de réanimation. Ensuite, ajoutez 1,25 μL de 10 mM dNTP à la réaction et appliquez les conditions de cycle suivantes dans un thermocycleur : 25 °C pendant 10 minutes, 42 °C pendant 10 minutes, 50 °C pendant 10 minutes, 55 °C pendant 10 minutes, 60 °C pendant 30 minutes, 65 °C pendant 20 minutes, 75 °C pendant 15 minutes.
- Ajoutez 1 μL de RNase H et incubez à 37 °C pendant 20 minutes. Purifiez la réaction PCR à l’aide d’une méthode de purification de l’ADN en colonne pour éliminer les amorces, nucléotides et enzymes restants. Élute dans un volume final de 20 μL.

Figure 2 : Représentation schématique détaillée de la préparation de la bibliothèque CoSTseq. L’ARN naissant portant une extrémité biotinylée à 3' est incubé avec un adaptateur de commutation gabarit contenant un surplomb G complémentaire à la biotine-CTP. Pour l’ARN mature fragmenté (DMS-MaPseq), un adaptateur avec surplomb N-en est utilisé (voir Figure 1). La synthèse de cDNA est réalisée à l’aide d’une transcriptase inverse hautement processive, telle que la transcriptase inverse des introns thermostable du groupe II (TGIRT), suivie d’un traitement à la RNase H pour dégrader le brin d’ARN. Par la suite, la ligase ADN/ARN d’application 5' relie l’extrémité 5' adenylée par le ribose (rA pp) du liaiseur UMI N7 au 3' OH de l’ADNc simple brin. L’adaptateur UMI N7 comprend une extrémité 3′ bloquée, empêchant l’auto-ligation entre les adaptateurs. Enfin, l’amplification PCR est réalisée à l’aide d’amorces incluant des régions superposées et des surplombs de 5′ portant des codes-barres uniques Illumina i5 et i7 attribués à chaque échantillon. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
7. Ligation adaptateur 5' pour la préparation des bibliothèques finales d’ADNc pour le séquençage par balises à extrémités appariées
- Préparation de l’adaptateur 5' à extrémité
- Adénylate l’adaptateur à l’extrémité 5' utilisant une réaction à base de ligase ARN (par exemple, ligase d’ARN M, listée dans le tableau des matériaux) avec les composants de réaction suivants : 8 μL de tampon de réaction d’adénylation 10x 5' ADN, 8 μL de 1 mM ATP, 100 μM d’ADN R1R (il s’agit de l’amorce TruSeq contenant un identifiant moléculaire unique ou UMI), 8 μL de ligase M-ième ARN, 52 μL d’eau sans nucléase.
REMARQUE : Pour les détails concernant la conception de l’adaptateur UMI N7 , voir le tableau 2 et la figure 2.
- Incubez cette réaction à 65 °C pendant 1 heure, puis à 85 °C pendant 5 minutes. Procéder à la purification du produit par précipitation EtOH ou par une méthode de nettoyage de l’ADN basée sur une colonne de spin à membrane de silice pour isoler l’ADNc, conformément aux instructions du fabricant.
- Pour la précipitation d’EtOH, l’ADN peut être précipité à -20 °C (minimum 20 min) à l’aide d’acétate de sodium (pH 5,2) à une concentration finale de 0,3 M et 2x-2,5x de 95 % à 100 % d’EtOH froid. Centrifugez la réaction précipitée par l’EtOH pendant 15 minutes à vitesse maximale dans une centrifugeuse pré-refroidie (4 °C), lavez la pellete avec 70 % d’EtOH, récentrifugez et faites sécher la pellete à l’air. Resuspendez (ou éluvez, si vous utilisez une colonne de spin) le pellet dans 40 μL d’eau sans nucléase. Conserver à -20 °C sur le long terme.
- Ligature adaptateur 5'
- Pour un volume de réaction unique de 20 μL, ajoutez les composants suivants à 10 μL d’ADN c : 2 μL de tampon 10x NE 1, 2 μL de 50 mMMnCl 2, 2 μL de ligase AppDNA/ARN 5', 4 μL de 10 μM (100 ng/μL) de l’adaptateur adénylé de l’étape 7.1.
- Incubez cette réaction à 65 °C pendant 1 heure, puis 3 minutes à 90 °C. Nettoyez la réaction à l’aide du kit de purification PCR minElute et éluez dans un volume final de 20 μL d’eau sans nucléase.
- Amplification PCR minimale des bibliothèques d’ADNc avec test pilote
- Avant de procéder, préparez un stock de 10 μM d’amorces indicielles contenant des codes-barres uniques. Chaque échantillon unique de CoSTseq ou DMS-MaPseq doit être associé à un code-barres unique pour une analyse en aval fluide. Voir les séquences d’amorces dans le tableau 2. Les amorces individuelles contenant des codes-barres directs et inverses peuvent être combinées dans un mélange 1:1 et stockées sous forme de prémix à code-barres.
- En utilisant 2 μL du produit PCR de l’étape 7.2, ajouter 2,5 μL de tampon PCR haute fidélité (par exemple, un tampon HiFi commercial), 0,375 μL de dNTP (10 mM), 0,75 μL de prémix à barres (ou 0,375 μL d’amorces uniques i5 et i7 individuelles), 0,25 μL de polymérase ADN à démarrage chaud haute fidélité (par exemple, enzyme commerciale HiFi à démarrage à chaud), 6,625 μL d’eau sans nucléase.
- Incubez cette réaction à 95 °C, puis répétez [15 s 98 °C, 30 s 62 °C, 30 s 72 °C] pendant 23 cycles, terminant par une incubation de 1 minute à 72 °C. Utilisez un gel d’agarose à 1 % pour déterminer le nombre optimal de cycles.
REMARQUE : Pour tester des conditions de cyclage plus faibles, un échantillon peut être préparé à la fin d’un cycle inférieur (par exemple, fin de 15 ou 16 cycles) et appliqué sur un gel d’agarose afin de comparer l’intensité du frottis de la bibliothèque d’ADNc sur un gel d’agarose sur plusieurs longueurs de cycle.
- PCR finale pour amplification de bibliothèque
- En utilisant 18 μL du produit PCR de l’étape 7.2, ajoutez ce qui suit du kit PCR HiFi KAPA : 22,5 μL de tampon PCR haute fidélité, 3,375 μL de dNTP (10 mM), 6,75 μL de prémix à barres (ou 3,375 μL d’amorces uniques i5 et i7 individuelles), 2,25 μL de polymérase ADN à démarrage chaud haute fidélité, et 59,625 μL d’eau sans nucléase.
- Incubez cette réaction à 95 °C, puis répétez [15 s 98 °C, 30 s 62 °C, 30 s 72 °C] pour le nombre de cycles déterminé à l’étape 7.3. Terminez par une incubation de 1 minute à 72 °C.
- Sélection de taille
- Effectuer la sélection de taille sur le produit PCR en utilisant une purification à base de billes paramagnétiques (par exemple, AMPure XP ou équivalent). Utilisez 1,3 fois le volume de billes (par exemple, pour une réaction PCR de 50 μL, utilisez 65 μL de boue de billes) et mélangez bien jusqu’à ce qu’elles soient homogènes. Laissez les billes lier l’échantillon pendant 10 minutes à température ambiante.
REMARQUE : Ce rapport échantillon/billes de 1:1,3x permet de retirer les dimères adaptateurs d’amorce et garantit que les fragments d’ADN conservés ne sont pas inférieurs à 150 pb et pas plus grands que 800 pb.
- Retirez le surnageant sans déranger les billes et procédez à laver les billes avec 80 % d’EtOH selon le protocole du fabricant.
- Éluser le produit final à 11 μL. Faire passer 1 μL sur un gel d’agarose pour vérifier les bibliothèques. Soumettez le produit final pour séquençage.
8. Analyse des données
REMARQUE : Le package complet de CoSTseq et le code d’analyse sont disponibles sur GitHub (https://github.com/NeugebauerLab/CoSTseq), et le flux de travail pour l’analyse est montré à la Figure 3. Ce pipeline est conçu pour gérer à la fois les données de séquençage CoSTseq et DMS-MaPseq. CoSTseq utilise Snakemake, un flux de travail bioinformatique qui paralléllise facilement l’analyse en optimisant le nombre de cœurs CPUdisponibles 19. Le flux de travail est défini par un Snakefile, qui consiste en un ensemble de règles établissant les analyses à exécuter. Il n’est pas nécessaire de modifier le fichier Snakefile disponible lors de l’installation du package GitHub.
- Ajustez le fichier de configuration (fichier .yaml) avec les chemins de fichiers corrects vers l’endroit où les données brutes sont stockées. Dans ces réglages, il devrait y avoir un chemin vers les séquences d’adaptateurs et les noms d’échantillons associés. Modifie le fichier de configuration pour exécuter des analyses spécifiques définies dans le fichier Snake.
- Pour commencer l’analyse, téléchargez les lectures brutes en fin de fastq.gz format. Les lectures de procédé utilisent fastp20 pour couper les séquences d’adaptateurs et le filtre qualité pour les lectures avec des scores Phred d’au moins 20. Alignez ces lectures au génome de référence en utilisant STAR21 pour générer des fichiers BAM.
- À titre de confirmation supplémentaire, visualisez les fichiers BAM générés après avoir exécuté le pipeline d’analyse CoSTseq dans le navigateur Integrated Genome Viewer (IGV). Avec IGV, les fichiers BAM devraient être facilement interprétables pour afficher des lectures sur toutes les parties des gènes d’intérêt, indiquant que les lectures représentent de l’ARN naissant. Comme prévu, les lectures d’ARN mature devraient présenter une couverture minimale aux régions introniques, étant donné que ces lectures devraient être dérivées de transcrits matures et probablement efficacement épissés.
- Utilisez la sortie fastp (un fichier .html qui peut être ouvert dans un navigateur web) pour un pourcentage estimé de lectures dupliquées. Notez que les lectures de CoSTseq peuvent être très fortement dupliquées, ce qui souligne la critique de l’étape suivante.
- En utilisant UMICollapse22, dédupliquer les lectures pour effondrer les lectures avec des UMI et alignements identiques, permettant de préserver uniquement les lectures uniques et d’atténuer le biais PCR. Les fichiers résultants doivent être exempts de lectures dupliquées et au format BAM, où les lectures alignées sur l’ARNr seront séparées de celles associées aux gènes non-ARNr.
- Pour le dernier composant majeur du pipeline modulaire CoSTseq, utilisez une implémentation Python personnalisée pour calculer le nombre de mutations et la couverture de lecture sur chaque nucléotide. Les fonctions décrivant cette implémentation se trouvent dans le code source sur GitHub, et le fichier Snake détaille l’entrée, la sortie, les paramètres et les fonctions pour générer ces données stockées au format .pkl.
REMARQUE : Il existe une multitude d’autres analyses pouvant être réalisées en utilisant le pipeline d’analyse CoSTseq, bien que les paramètres puissent nécessiter une optimisation pour des besoins d’analyse personnalisés. Une méthode précieuse adaptée pour CoSTseq est HDProbe, un paquet R qui permet des comparaisons génomiques des taux de mutation10. En résumé, HDProbe nécessite des données de tous les réplicats et peut catégoriser méthodiquement les différences significatives de taux de mutation par rapport au témoin. D’autres types d’analyses que l’on peut souhaiter réaliser incluent la prédiction de structure basée sur les réactivités expérimentales du DMS. Cela peut être réalisé à l’aide du packageRNAstructure 23.

Figure 3 : Étapes d’analyse et résultats attendus du pipeline d’analyse modulaire CoSTseq. Étapes d’analyse, indiquant l’utilisation recommandée des outils existants en plus du pipeline d’analyse CoSTseq prêt à l’emploi avec les fichiers de sortie et le contenu attendus. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.