Ce protocole décrit un test visuel utilisant des reporters d’ARN brocoli divisés pour détecter et quantifier les appariements intermoléculaires de bases dans des amas d’ARN in vitro.
Method Article
Ce protocole décrit un test visuel utilisant des reporters d’ARN brocoli divisés pour détecter et quantifier les appariements intermoléculaires de bases dans des amas d’ARN in vitro.
Le regroupement ARN, provoqué par des interactions intermoléculaires multivalentes ARN–ARN, peut se produire in vitro en l’absence de protéines. Bien que les sondages chimiques et les simulations computationnelles aient été utilisés pour prédire ces interactions, les méthodes permettant d’évaluer directement l’appariement intermoléculaire de bases dans les amas d’ARN restent limitées. Cette étude présente un test visuel basé sur des rapports d’ARN brocoli fractionné conjugués à des ARN marqués fluorescentement d’intérêt. L’essai permet de détecter et de quantifier les appariements intermoléculaires de bases dans les amas d’ARN. Le système de brocoli scindé contient des séquences de rapporteurs complémentaires qui se dimérisent pour former l’aptamère d’ARN brocoli. La structure d’ARN dimérisé résultante se lie au DFHBI-1T, un fluorophore qui émet une fluorescence verte lors de la liaison. Lors du regroupement de l’ARN, l’apparition de fluorescence verte rapporte un appariement de bases médié par les séquences de rapporteurs complémentaires parmi les ARN d’intérêt. La mesure de la fluorescence DFHBI-1T permet d’évaluer quantitativement comment les conditions de regroupement d’ARN in vitro influencent l’appariement intermoléculaire de bases entre ces séquences rapporteures.
Les ARN transcrits in vitro peuvent s’auto-assembler en amas visibles grâce à l’ajout de sels et de réactifs de regroupementmoléculaire 1,2,3,4,5. Notamment, ces groupes d’ARN peuvent se former en l’absence d’autres composants cellulaires, y compris des protéines, ce qui indique que, dans certaines conditions, les interactions intermoléculaires ARN–ARN suffisent à provoquer la condensation d’ARN in vitro.
Parmi les différents types d’interactions ARN-ARN intermoléculaires, l’appariement de bases intermoléculaires a reçu une attention considérable dans le champde condensat 1,2,4,6,7,8,9,10. Ces interactions peuvent être provoquées par des séquences complémentaires exposées (« codes postaux ») entre des transcriptes, comme le démontre le co-agrégation des ARNm BNI1 et SPA2 dans le champignon filamenteux Ashbya gossypii2 ou l’oligomérisation de l’ARNm d’oskar chez Drosophila melanogaster 6,7. Alternativement, l’appariement intermoléculaire des bases peut être favorisé par le remodelage des structures secondaires de l’ARN, exposant des séquences complémentaires qui seraient autrement intégrées structurellement. Ce mécanisme a été observé dans des ARN répétés insilico-9 et des riboswitches guanidine in vitro10. Les séquences complémentaires exposées et le remodelage structural de l’ARN peuvent être mesurés à l’aide de sondages chimiques11,12 ou de simulation 4,9,13,14. Cependant, les méthodes qui visualisent directement l’appariement intermoléculaire des bases dans les tests de regroupement ARN in vitro restent limitées.
Les tests par pull-down d’ARN utilisant les réticulants de base 15,16,17 et l’électrophorèse en gel 4,6,7 sont couramment utilisés pour étudier l’appariement intermoléculaire de bases d’ARN in vitro. Cependant, ces méthodes manquent de résolution spatiale pour distinguer les paires de bases au sein des clusters de celles extérieures à celles-ci. De plus, isoler les clusters d’ARN pour l’analyse en aval est techniquement complexe, car cela nécessite de préserver la stabilité du cluster tout en assurant la compatibilité des tampons avec les tests ultérieurs.
Un test visuel basé sur des rapporteurs d’ARN brocoli18 conjugués à des ARN marqués fluorescentement d’intérêt a déjà été utilisé pour permettre la détection directe de l’appariement intermoléculaire des bases lors de la condensation d’ARN in vitro4. Dans ce contexte, le système de brocoli divisé rapporte la probabilité d’interactions intermoléculaires entre les rapporteurs ou entre les ARN qui les transportent sous des conditions définies de regroupement in vitro . Ainsi, l’essai explore comment le contexte de la séquence et les facteurs environnementaux influencent la propension à l’appariement intermoléculaire de bases dans un environnement de type cluster d’ARN.
Le système de brocoli divisé se compose de deux séquences d’ARN complémentaires, en haut et en bas, qui se dimérisent pour reconstituer l’aptamère de l’ARN brocoli (Figures 1A–C)18. Lors de la dimérisation, l’aptamère se lie au fluorophore DFHBI-1T, ce qui donne une fluorescence verte (Figures 1A–C)18. Grâce à ce système, il est démontré que l’étendue de l’appariement intermoléculaire des bases entre séquences complémentaires de rapporteurs au sein des clusters d’ARN dépend du repliement de l’ARN. En comparant le rapport de fluorescence DFHBI-1T aux niveaux d’ARN dans différentes conditions expérimentales, l’influence des conditions in vitro sur l’appariement intermoléculaire de bases médié par rapporteur au sein des amas d’ARN peut être évaluée quantitativement.
Cet essai complète les approches de tirage vers le bas de l’ARN et d’électrophorèse sur gel pour étudier le jumelage intermoléculaire de bases dans les amas d’ARN. Cependant, une détection robuste du signal peut nécessiter des réactifs de regroupement moléculaire, et la sensibilité est limitée par l’efficacité de la dimérisation et du repliement des ARN de brocoli divisés en haut et en bas .
Ce protocole fournit une méthode étape par étape pour mettre en œuvre ce test et discute de ses applications. Les réactifs et équipements utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.
1. Préparation de modèles d’ADN pour la transcription d’ARN in vitro
2. Préparation de la réaction transcriptionnelle d’ARN in vitro
3. Purification de l’ARN transcrit in vitro
4. Préparation de la réaction de regroupement d’ARN in vitro
REMARQUE : Dans ce protocole, l’induction du regroupement d’ARN nécessite de la spermine et du PEG 8000, selon des étudesantérieures 2,4,5. Plus précisément, une solution de tétrahydrochlorure de spermine de 100 mM préparée dans de l’eau sans nucléase a été alicotée dans plusieurs tubes de microcentrifuge de 1,5 mL et stockée à −20 °C.
5. Préparation à l’imagerie
6. Quantification de l’appariement intermoléculaire des bases

7. Problèmes courants et dépannage
Dans cette expérience de démonstration, la capacité des seuls rapporteurs d’ARN supérieur et inférieur à se regrouper par paires de bases et à former la structure du brocoli a d’abord été évaluée en utilisantle protocole 4 de regroupement ARN in vitro décrit précédemment. L’appariement de bases entre le haut et le bas génère deux bras de brocoli, chacun capable d’intercaler une molécule DFHBI-1T (Figures 1A–C)18,22.
Lors de l’induction du regroupement d’ARN avec la spermine et le PEG 8000, les deux ARN formaient des grappes individuellement ou ensemble (Figures 1D–Eii). Lorsque les ARN supérieur ou inférieur ont été examinés isolément, la fluorescence de DFHBI-1T au sein des amas d’ARN était nettement inférieure à celle de la condition de co-repliage, où les deux ARN étaient combinés avant la dénaturation thermique et le repliage (Figure 1F). Dans la condition de co-repliement, le rapport molaire de DFHBI-1T (0,1 mM) à la partie supérieure (0,8 μM) et au bas (0,8 μM) a été estimé à 125:1:1. Cela correspond à un excès d’environ 62,5 fois plus grand de DFHBI-1T par rapport au nombre maximal de structures brocoliques potentielles.
Le signal DFHBI-1T faible mais non nul observé uniquement pour le haut et le bas est cohérent avec les rapports précédents montrant une fluorescence minimale de DFHBI-1T lorsque chaque rapporteur est expriméindividuellement à 18. DFHBI-1T a également présenté une fluorescence de fond très faible mais détectable en l’absence d’ARN (Figure 1F). Ensemble, ces résultats démontrent que DFHBI-1T est compatible avec le test de regroupement d’ARN in vitro et que le co-repliement améliore l’appariement intermoléculaire des bases entre les ARN supérieur et inférieur .
Après normalisation en intensité ARN, l’intensité de fluorescence normalisée de DFHBI-1T dans la condition de co-repliement a atteint 1,03, ce qui était nettement supérieur à celui du haut et du bas seuls (0,054 et 0,023, respectivement) (Figure 1D, Figure1E i et Figure 1F). Les grappes d’ARN formées par le mélange des ARN supérieur et inférieur repliés séparément avant le regroupement ont ensuite été examinées (Figure 1D, Figure1E ii et Figure 1F). Dans cette condition de repliement séparée, le signal normalisé DFHBI-1T était de 0,031, comparable aux niveaux de référence observés dans les témoins négatifs (en haut ou en bas seul) (Figure 1F). Ces résultats indiquent que le co-repliage favorise l’appariement intermoléculaire des bases entre les ARN supérieur et inférieur , tandis que le repliement séparé restreint de telles interactions.
Les séquences supérieure et inférieure ont ensuite été insérées dans la région non traduite (UTR) 3′ de l’arrêt de Drosophila melanogaster (shu), un granule germinalARNm 4,23,24, et son homologue antisens (shuanti). Le shu 3′ UTR a été choisi car des travaux antérieurs ont démontré que cet ARN existe principalement comme monomère chez Drosophila melanogaster et ne dimérise pas même à de fortes concentrations molaires dans les tests de gel d’ARN 4,24. De plus, shu-top et shu-bottom ne forment pas d’homodimères dans les gels d’ARN4, permettant une évaluation plus directe des interactions intermoléculaires entre top et bottom ainsi que de l’influence des séquences flancantes dérivées du shu.
Les modèles ADN pour shu-top, shu-bottom, shuanti-top et shuanti-bottom sont listés dans le Tableau 2. Les séquences supérieure et inférieure ont été insérées au centre de la SHU ou shu anti-3′ UTR, nécessitant un remodelage structurel pour faciliter l’interaction et mieux imiter les interactions physiologiques ARN–ARN, dans lesquelles les régions interagissantes sont généralement intégrées dans les transcrits4.
Lors de l’induction du regroupement ARN, shu-top, shu-bottom, shu anti-top et shu anti-bottom ont individuellement montré une fluorescence minimale de DFHBI-1T, similaire à la seule fluorescence top et bottom (Figures 2A et 2B). De manière constante, le co-repliement de shu-top avec shu-bottom ou shuanti-top avec shuanti-bottom produisait un signal DFHBI-1T plus élevé que le pliage séparé (Figures 2Ci et Cii). Après normalisation en contrôles d’intensité et de négatif de l’ARN (définis comme le signal moyen normalisé de DFHBI-1T provenant de chaque ARN seul), le co-repliage de shu-top et shu-bottom a entraîné une augmentation de 5,63 fois de la fluorescence normalisée de DFHBI-1T (Figures 2Di et 2Dii). En revanche, le repliement séparé n’a montré qu’une augmentation de 1,04 fois, comparable aux niveaux de base observés individuellement pour le shu-top et le shu-bottom. Des tendances similaires ont été observées pour shuanti-top et shu anti-bottom sous des conditions de co-pliage et de pliage séparé (Figures 2Di et 2Dii). Ces résultats indiquent que le repliement séparé ne favorise pas l’appariement intermoléculaire de bases entre shu-top et shu-bottom ni shuanti-top et shuanti-bottom, tandis que le co-repliement renforce ces interactions, probablement en raison des séquences de reporters insérées.
Pour tester la paire de base shu et shu anti-can, shu-top était mélangé avec shuanti-bottom, et shuanti-top avec shu-bottom. Les deux combinaisons présentaient une fluorescence DFHBI-1T plus élevée sous des conditions de co-repliement et de pliage séparé comparées à shu-top avec shu-bottom ou shuanti-top avec shu anti-bottom (Figures 2Ci et 2Cii). Après normalisation, le co-repliage de shu-top avec shuanti-bottom et shuanti-top avec shu-bottom a entraîné des augmentations de fluorescence DFHBI-1T de 61,86 et 82,60 fois respectivement (Figures 2Di et 2Dii). En revanche, le pliage séparé n’a donné que des augmentations de 2,69 et 4,94 fois respectivement (Figures 2Di et 2Dii). Bien que bien inférieures à celles en conditions de co-repliage, ces valeurs étaient plus élevées que celles observées pour shu-top avec shu-bottom ou shuanti-top avec shuanti-bottom (1,04 et 1,16, respectivement).
Ensemble, ces résultats indiquent que les rapporteurs porteurs de séquences complémentaires supplémentaires ont une plus grande capacité de paire de bases que ceux qui n’en ont pas. Cet effet est encore renforcé sous la condition de co-repliage, qui favorise les interactions intermoléculaires.

Figure 1 : Structures secondaires prédites des ARN supérieur et inférieur et quantification de leur appariement intermoléculaire de bases dans des amas d’ARN in vitro. (A–B) Exemples de structures secondaires de la partie supérieure (A) et inférieure (B) repliées individuellement, comme prédit par l’ARN25. Lorsqu’ils sont repliés séparément, le haut et le bas ne reconstituent pas l’aptamère du brocoli, et DFHBI-1T (étoile grise) produit une fluorescence minimale. (C) Exemple de la structure secondaire des ARN supérieur et inférieur appariés par des bases, tel que prédit par RNAcofold25. L’appariement intermoléculaire des bases entre les deux ARN reconstitue deux bras debrocoli 18, permettant la liaison à DFHBI-1T et entraînant une forte fluorescence verte (étoiles vertes). (D) Images de DFHBI-1T seul (contrôle uniquement avec colorant) et de clusters d’ARN in vitro (magenta) formés par les ARN supérieur et inférieur en présence de DFHBI-1T (vert). (Ei, ii) Clusters d’ARN in vitro (magenta) formés par les ARN supérieur et inférieur sous des conditions de co-repliage (i) et de repliement séparé (ii) en présence de DFHBI-1T (vert). Pour les panels D et E, les ARN ont été marqués avec Cy5 de sorte qu’en moyenne, environ un tiers des ARN contiennent un seul uracil marqué en Cy5, tandis que les deux tiers restants ne sont pas marqués. Les images représentent des projections Z moyennes de 27 tranches acquises avec une taille de pas de 150 nm, utilisant la même exposition et la même puissance laser pour chaque canal dans toutes les conditions. La fluorescence DFHBI-1T a été normalisée à la même plage d’intensité selon les conditions. Barres d’échelle : 2 μm. (F) L’intensité de DFHBI-1T a été normalisée en abondance d’ARN, mesurée par la fluorescence Cy5. Les données sont présentées en moyenne ± SEM. Valeurs p pour le test t à deux queues (**** vs. co-repliage) : 1,0 × 10⁻22 (colorant uniquement), 2,3 × 10⁻22 (haut), 4,9 × 10⁻23 (bas), et 7,0 × 10⁻23 (repliage séparé). n = 30 régions pour la condition de colorant uniquement et 30 à 31 groupes d’ARN pour toutes les autres conditions. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 2 : Images représentatives et quantification de l’appariement intermoléculaire des bases pour les rapports supérieurs et inférieurs anti-porteurs shu et shu. (A) Images de DFHBI-1T seul (contrôle uniquement sous colorant) et de clusters d’ARN in vitro (magenta) formés par des ARN shu-top, shu-bottom, shu anti-top et shu anti-bottom en présence de DFHBI-1T (vert). Les ARN ont été marqués avec Cy5 de telle sorte qu’en moyenne, trois uracils UTP-Cy5 ont été incorporés lors de la transcription in vitro. Les images représentent des projections Z moyennes de 27 tranches acquises avec une taille de pas de 150 nm, utilisant la même exposition et la même puissance laser pour chaque canal dans toutes les conditions. La fluorescence DFHBI-1T a été normalisée à la même plage d’intensité selon les conditions. Barres d’échelle : 2 μm. (B) L’intensité de DFHBI-1T a été normalisée en abondance d’ARN, mesurée par la fluorescence de Cy5. Les données sont présentées en moyenne ± SEM. n.s., non significative. Valeurs p pour le test t à deux queues (vs. colorant uniquement) : 3,1 × 10⁻3 (** ; shu-top), 1,7 × 10⁻1 (N.S. ; shu-bottom), 2,9 × 10⁻35 (*** ; Shu anti-top), et 2,2 × 10⁻2 ( ; Shuanti-bottom). n = 30 régions pour la condition de colorant uniquement et 30 à 32 grappes d’ARN pour toutes les autres conditions. (Ci, ii) Images de clusters d’ARN in vitro (magenta) formés par le mélange de shu-top avec shu-bottom, shuanti-top avec shuanti-bottom, shu-top avec shuanti-bottom, et shuanti-top avec shu-bottom en présence de DFHBI-1T (vert) sous co-repliage (i) et repliage séparé ( ii) conditions. Les images représentent des projections Z moyennes de 27 tranches acquises avec une taille de pas de 150 nm, utilisant la même exposition et la même puissance laser pour chaque canal dans toutes les conditions. Pour la basse plage, la fluorescence DFHBI-1T a été normalisée à la même plage d’intensité que la figure 1D–Eii et la figure 2A. Pour la plage élevée, la fluorescence DFHBI-1T a été normalisée à une plage d’intensité plus élevée mais constante dans toutes les conditions dans les panneaux Ci et Cii. Barres d’échelle : 2 μm. (Di, ii) L’intensité de DFHBI-1T a d’abord été normalisée en intensité ARN puis en témoins négatifs, définis comme le signal moyen normalisé de DFHBI-1T provenant de chaque ARN seul. Les données sont présentées en moyenne ± SEM. n.s., non significative. (i) Valeurs p pour le test t à deux queues (**** vs. shu-top + shu-bottom) : 1,1 × 10⁻31 (shuanti-top + shuanti-bottom), 1,1 × 10⁻22 (shu-top + shu anti-bottom), et 4,3 × 10⁻27 (shu anti-top + shu-bottom). (ii) valeurs p pour le test t à deux queues (vs. shu-top + shu-bottom) : 2,2 × 10⁻1 (n.s. ; shu anti-haut + shu anti-bas), 1,9 × 10⁻9 ( ; shu-top + shu anti-bottom), et 1,3 × 10⁻15 ( ; Shuanti-top + shu-bottom). n = 29–32 groupes d’ARN pour toutes les conditions. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
| Nom | Séquences (5′-3′) |
| Promoteur T7 | TAATACGACTCACTATAG |
| Haut | GGATGATGGAGACGGTCGGGTC CAGGATCATTCATGGCAAGAGAC GGTCGGGTCCAGATGATGCGGAT |
| Bottom | GGATCCCCCATCATCTGTCGAGTAG AGTGTGGGCTCTTGCCATGTGTAT GTGGGTCAACCCACATACTCTGAT GATCCTGTCGAGTAGAGTGTGGGC TCCATCATCC |
| Attaquant top T7 | TAATACGACTCACTATAG GGATGGAGACGGTCG |
| Sommet-Reverse | ATCCGCATCATCCCCCCCCC |
| Avant-bas T7 | TAATACGACTCACTATAGG GATCCGCATCATCTGTCGA |
| Bas-Revers | GGATGATGGAGCCCACACT |
| Les amorces avant contiennent un surplomb de séquence promoteur T7 (en gras), suivi de séquences ciblant l’extrémité 5′ de l’ARN. | |
Tableau 1 : Séquences de promoteurs T7, de rapporteurs brocoli divisés et d’amorces utilisées pour amplifier les modèles d’ADN pour la transcription de T7. Les amorces listées ont été utilisées pour générer des modèles d’ADN pour la transcription in vitro des ARN supérieur et inférieur , qui ont ensuite été utilisés dans les tests de regroupement d’ARN décrits dans cette étude.
| Nom | Séquences (5′-3′) | ||
| Shu-top | GCTTACTAAGAAGCCCCAGTATTTCATATTTCATCATTACTCAAAAAGGATGATGGAG ACGGTCGGGTCCAGGATCATCATTGGCAAGAGACGGTCGGGTCCAGATGATGCGGA TAAAAAACATACCAAACATGAAGGTAATTTAGTTCCAAGTTCTAGAAGAGCAGTATCATT AGTTATTTTTCGATATTAGCAACATGAATCGTAAGCCCAGACGAATGTTAACGTTTTTTTGT TATTTAGAGCAACGTAGACCTTAAGTTGTTAAAAAACCACAATAAAGTAATGCACGGCAGCTACAT | ||
| Shu-bottom | GCTTACTAAGAAGCCCCCCCATTATTTCATATTTCATCATCATCTACTATACTAAAAGGATCCCCGCATCATC TGTCGAGTAGAGTGTGTGCTCTTGCCATGTGTGTGTGTCAACCCACATACTCTGATG ATCCTGTCGAGTAGAGTGTGTGGTCCATCATCATCCAAAAAACATACCAAACATGAAGGTAAT TTAGTTCCAAGTTCTAGAAGAGCAGTATCATTATTATTTTTTGATATTAGCAACATGAATATCG TAAGCCCAGACGAATGTTAACGTTTTTTTTTTATTTAGAGCAACGTAGACCCTTAAGTTTTTTTAA AAACCACAATAAAAGTAATGCACGGCAGCTACAT | ||
| ShuAnti-Top | ATGTAGCTGCCGTGTGTCATTATTATTGTGGTTTTTAACAACTTAAGGTCTACGTTGCTCTAA ATAACAAAAAACGTTAACATTCGTCTCTGGGCTTACGATATTCATGTTGCTAATATCGAAATAAC TAATGATACTGCTCTTCTAGAACTTGGAACTAATTTTCATGTTTGGTATGTTTTTTTTTTTTTGGA TGATGGAGACGGTCGGGTCCCCAGGATCATTCATGGCAAGAGACGGTCGGGTCCAGATGAT GCGGATTTTTTGAGTAAGATATGAAATATGAAATATGGGGCTTCTTAGTAAGC | ||
| ShuAnti-Bottom | ATGTAGCTGCCCGTGTGTTATTATTGTGGTTTTTAACAACTTAAGGTCTACGTTGCTCTA AATAACAAAAAACGTTAACATTCGTCTCTGGGCTTACGATATTCATGTTGCTAATATCGAAATA ACTAATGATACTGCTCTTCTAGAACTTGGAACTAATTTTCATGTTTGGTATGTTTTTTTT GGATCCCCCATCATCTCTCGAGTAGTGTGTGGTCTTGCTGCGTGTGTGTGTGTGTGTGTCAAC CCACATACTCTGATGATCCTGTCGAGTAGAGTGTGGGCTCCATCATCCTTTTTGAGTAA GATATGAAAATATGAAATACTGGGGCTTCTTAGTAAGC | ||
| shu-top ou shu-bottom-avant, T7 | TAATACGACTCACTATAGGGCTTACTAAGAAGCCCCAGT | ||
| Shu-top ou shu-bottom-Revers | ATGTAGCTGCGTGCATTAC | ||
| shuanti-top ou shu anti-bottom-T7 avant | TAATACGACTCACTATAGGGATGTAGCTGCCGTGCATTA | ||
| Shuanti-haut ou shuanti-bas-Revers | GCTTACTAAGAAGCCCCAGTA | ||
| Les amorces avant contiennent un surplomb de séquence promoteur T7 (en gras), suivi de séquences ciblant l’extrémité 5′ de l’ARN. Un ou deux G supplémentaires étaient inclus entre le promoteur T7 et shu-top et shu-bottom oushu anti-top et shuanti-bottom, respectivement. Cela s’explique par le fait que la présence de G aux positions +2 et +3 peut augmenter significativement le rendement detranscription de 19. Cependant, ces G supplémentaires peuvent potentiellement influencer l’interprétation de l’appariement de bases dans les constructions conçues. Voir la note à l’étape 1.1. | |||
Tableau 2 : Séquences de shu-top, shu-bottom, shu anti-top, shuanti-bottom et amorces utilisées pour amplifier les modèles d’ADN pour la transcription T7. Les amorces listées ont été utilisées pour générer des modèles d’ADN pour la transcription in vitro des anti-ARN shu et shu portant les rapports supérieur et inférieur, qui ont ensuite été utilisés dans les tests de regroupement d’ARN décrits dans cette étude.
Dans cette étude, le système de brocoli aptamer18 a été adapté pour la visualisation directe et la quantification de l’appariement intermoléculaire de bases sous des conditions de regroupement d’ARN in vitro. Cette approche permet d’évaluer l’appariement intermoléculaire des bases à travers différentes conditions in vitro et complète les tests biochimiques en aval, tels que les expériences de tirage d’ARN utilisant les réticulateurs de base 15,16,17 et l’électrophorèse en gel 4,6,7. Contrairement à ces méthodes biochimiques, qui manquent de résolution spatiale pour distinguer les paires de bases au sein des clusters d’ARN de celles qui se produisent à l’extérieur, cette approche permet une visualisation spatiale directe de ces interactions au sein des clusters. Plus précisément, il permet de surveiller l’appariement de bases entre les ARN supérieur et inférieur, ou ARN porteurs de ces rapporteurs, dans des conditions définies de regroupement d’ARN. De plus, il fournit une lecture quantitative en temps réel de l’appariement de bases entre ARN rapporteurs sans nécessiter de réticulation ni d’extraction d’ARN, minimisant ainsi la perte d’échantillons et l’incompatibilité du tampon.
À l’aide de la microscopie à fluorescence, l’appariement intermoléculaire de bases entre les séquences d’aptamère brocoli divisé a été mesuré quantitativement via le signal DFHBI-1T, démontrant la compatibilité de DFHBI-1T avec le protocole de regroupement ARN in vitro . L’étendue de l’appariement intermoléculaire des bases variait selon les conditions de repliement de l’ARN, comme observé sous les conditions de co-repliement et de repliement séparé (Figure 1F et Figure 2Di–2Dii). Ces résultats indiquent que les conditions de repliement de l’ARN influencent de manière critique les interactions intermoléculaires et doivent être soigneusement prises en compte lors de l’interprétation des résultats expérimentaux.
Cet essai offre également une plateforme pour évaluer si les séquences flanquant les rapports supérieur et inférieur améliorent les paires intermoléculaires de bases, comme démontré avec le shu. La fluorescence du DFHBI-1T était plus élevée pour le shu-top avec shuanti-bottom et shuanti-top avec le shu-bottom que pour le shu-top avec shu-bottom ou shuanti-top avec shu anti-bottom, indiquant des interactions intermoléculaires impliquant shu et shu anti renforce encore le signal de Broccoli. Ces observations suggèrent que le signal de fluorescence DFHBI-1T obtenu à partir du co-repliage des rapporteurs supérieur et inférieur ne représente pas la limite supérieure de l’analyse.
La fluorescence de DFHBI-1T mesurée dans ces expériences couvrait une large plage dynamique, allant d’une augmentation de 1,04 fois (shu-top avec shu-bottom sous pliage séparé) à une augmentation de 82,60 fois (shu anti-top avec shu-bottom sous co-repliage). Cette plage dynamique permet de détecter les différences dans les interactions intermoléculaires entre les ARN porteurs de ces rapporteurs.
Plusieurs étapes de ce protocole sont cruciales pour la détection réussie de l’appariement intermoléculaire de bases d’ARN entre les ARN supérieur et inférieur du brocoli divisés dans les amas d’ARN. Des aliquotes fraîches de PEG 8000 doivent être utilisées pour induire de manière fiable le regroupement de l’ARN, et les cycles répétés de congélation-dégel doivent être minimisés en raison de l’instabilité des réactifs. DFHBI-1T doit être aliquoté et stocké à −20 °C afin de préserver les propriétés de fluorescence. Les produits de transcription in vitro doivent être analysés sur un gel d’ARN dénaturant avant le regroupement afin de confirmer la taille correcte du transcrit. De plus, maintenir des conditions sans RNase, y compris un environnement de travail propre et une chambre d’imagerie, est essentiel car les gouttelettes d’ARN sont incubées à température ambiante pendant de longues périodes avant l’imagerie.
Une limitation de ce test est que DFHBI-1T rapporte spécifiquement un appariement intermoléculaire de bases médié par les séquences supérieures et inférieures. D’autres événements de paires de bases intermoléculaires survenant dans différentes régions d’ARN ne peuvent pas être détectés. De plus, la structure brocoli formée par l’appariement de bases entre les brins supérieur et inférieur est thermodynamiquementstable 26 et peut ne pas refléter entièrement les interactions plus faibles ou transitoires, telles que celles formées par des bases dispersées exposées à la surface, comme observédans les clusters 4 d’ARNm de granules germinaux de Drosophila.
De plus, les interactions intermoléculaires ARN-ARN peuvent être décontractées et non spécifiques, et des séquences flanquant les rapporteurs supérieur et inférieur peuvent influencer la fluorescence du DFHBI-1T. Ces régions latérales peuvent interagir directement avec les séquences de rapporteurs, inhibant la formation de brocoli ou modifiant la structure de l’ARN, affectant ainsi les interactions entre les ARN porteurs des rapporteurs. En conséquence, le test reflète les effets combinés de la structure ARN, de l’appariement de bases haut-bas, des interactions entre les séquences de flancage et des interactions entre les séquences de flanc et les rapporteurs.
Cet essai offre des opportunités pour de futures investigations. Par exemple, modifier les séquences d’ARN flanquant les reporters, introduire des hélicases ou chaperons d’ARN, ou modifier les conditions salines peut influencer l’appariement intermoléculaire de bases dans les amas d’ARN. De tels effets peuvent être évalués en mesurant le signal DFHBI-1T sous conditions de co-repliement et de repliement séparé. Étant donné que des aptamères d’ARN similaires ont été utilisés dans des cellules, des bactéries et deslevures 26,27,28,29,30, cette approche peut être étendue aux systèmes cellulocellulaires ou aux organismes modèles pour examiner l’appariement intermoléculaire de bases dans les amas d’ARNm.
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.
Lors de la préparation de ce travail, les auteurs ont utilisé ChatGPT 5.2 pour améliorer la lisibilité et le langage du manuscrit. Cette recherche a été soutenue par la subvention NIGMS R35GM142737 accordée à T.T.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| MgCl2 | Millipore Sigma | M1028 | Utilisé pour la préparation de 10 et plus : Tampon de repliement de l’ARN. |
| 2M KCl | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | AM9640G | Utilisé pour la préparation de 10 et plus : Tampon de repliement de l’ARN. |
| 50 % PEG 8000 | NEB | M0204S | Composant du kit de ligase ARN T4 ; utilisé comme réactif de regroupement moléculaire pour induire le regroupement de l’ARN. & nbsp ; |
| Éthanol absolu, 200 proof | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | T038181000CS | Utilisé pour la préparation du tampon de lavage ARN. |
| Phénol acide :chloroforme, pH 4,5 (avec IAA, 125:24:1) | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | AM9722 | Utilisé pour la purification de l’ARN. |
| Aminoallyl-UTP-Cy5 | Jena Bioscience | NU-821-CY5 | Utilisé pour le marquage de l’ARN lors de la transcription in vitro. |
| Verre de couverture à chambre | Thermo Fisher Scientific | 155409PK | Chambre d’imagerie pour les réactions de regroupement ARN. |
| Chloroforme | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | C298-500 | Utilisé pour la purification de l’ARN. |
| DFHBI-1T | Lucerne | 410 | Utilisé comme fluorophore pour la détection de l’aptamère d’ARN brocoli. |
| DMSO | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | D12345 | Anhydre ; qualité en biologie moléculaire ; utilisé pour la préparation au DFHBI-1T. & nbsp ; |
| ADN propre & Kit de concentration | Zymo | D4014 | Utilisé pour le nettoyage des produits ADN avant la transcription de T7. |
| Kit d’extraction de gel d’ADN | NEB | T1020L | Utilisé pour l’extraction par gel. |
| Bain sec | Benchmark Scientific | BSH1001 | Utilisé pour chauffer des échantillons d’ARN dans des tubes de microcentrifuge. |
| FIJI/ImageJ | NIH (Instituts nationaux de la santé) | N/A | logiciels d’analyse d’images open source ; utilisé pour la quantification de l’intensité de fluorescence et l’analyse du ROI. |
| Système d’électrophorèse sur gel ; | Thermo Fisher Scientific | B2-BP | Utilisé pour l’électrophorèse sur gel d’ADN. |
| Colorant de charge en gel, violet (6 fois) | NEB | B7024S | Utilisé comme colorant de charge pour l’électrophorèse sur gel d’ADN. |
| Microscope à illumination instantanée structurée | VisiTech international | VT-iSIM | Un microscope confocal capable d’imager la fluorescence GFP et Cy5. |
| Isopropanol | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | 327272500 | Utilisé pour la purification de l’ARN. |
| MEGAscript T7 Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | AM1334 | Utilisé pour la transcription in vitro de la T7. Le kit comprend des solutions nucléotidiques (ATP, CTP, GTP, UTP) et de la DNase. |
| Tubes microcentrifuges | Genesee Scientific | 22-284 | Tube de 1,5 mL ; utilisé pour stocker des modèles d’ADN pour la transcription in vitro, les produits d’ARN, ainsi que les aliquotes de spermine et de DFHBI-1T. & nbsp ; ; ; |
| Mini-centrifugeuse | Benchmark Scientific | Z763845 | Utilisé pour des centrifugations brèves. |
| Spectrophotomètre Nanodrop One | Thermo Fisher Scientific | 13-400-518 | Spectrophotomètre de microvolume pour mesurer la concentration et la qualité de l’ADN et de l’ARN. |
| Eau sans nucléase ; | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | AM9937 | Utilisé pour la resuspension de granulés d’ARN, la préparation de lavages d’ARN et de tampons de repliage, ainsi que la dilution de spermine et DFHBI-1T. |
| Calculateur de masse molaire en ligne | Biolabs de la Nouvelle-Angleterre (NEB) | N/A | Outil en ligne utilisé pour calculer la masse d’ARN à partir de la quantité molaire (par exemple, pmol). |
| Tubes PCR en polypropylène | Corning | 3745 | 200 & mu ; Les tubes L PCR utilisés pour la PCR, la transcription in vitro et les réactions de regroupement de l’ARN |
| Alimentation de base PowerPac | Bio-rad | 1645050 | Utilisé pour l’électrophorèse sur gel d’ADN. |
| Cycleur thermique PCR Proflex | Thermo Fisher Scientific | 44-840-73 | Utilisé pour la PCR, la transcription in vitro et le chauffage d’échantillons d’ARN dans des tubes PCR. |
| Q5 Haute fidélité 2 fois ; Master Mix | NEB | M0492S | Utilisé comme 2 fois ; Mix master haute fidélité. |
| Centrifugeuse réfrigérée ; | Eppendorf | 5424R | Utilisé pour la purification et la pelletation d’ARN. & nbsp ; |
| Solution de décontamination RNase | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | AM9782 | Utilisé pour nettoyer les établis de laboratoire et les surfaces afin de minimiser la contamination par RNase. |
| Spermine & nbsp ; Tétrahydrochlorure | Sigma-Aldrich | S1141-1G | Utilisé pour induire le regroupement d’ARN. |
| Tris Base | Millipore Sigma | T1503-1KG | Utilisé pour la préparation du tampon Tris (pH 7,0). |
| Agarose ultrapure | Thermo Fisher Scientific & nbsp ; | 16500500 | Utilisé pour l’électrophorèse sur gel d’ADN. |
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