ג'ל-seq מאפשר חוקרים להכין בו זמנית ספריות עבור שניהם הדנ א - ו RNA-seq זניח עלות נוספת החל מ- 100-1000 תאים באמצעות מכשיר הידרוג פשוטה. המאמר מציג גישה מפורטת על הזיוף של המכשיר, כמו גם את הפרוטוקול הביולוגי כדי ליצור ספריות לזווג.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
ג'ל-seq מאפשר חוקרים להכין בו זמנית ספריות עבור שניהם הדנ א - ו RNA-seq זניח עלות נוספת החל מ- 100-1000 תאים באמצעות מכשיר הידרוג פשוטה. המאמר מציג גישה מפורטת על הזיוף של המכשיר, כמו גם את הפרוטוקול הביולוגי כדי ליצור ספריות לזווג.
היכולת להגביר את רצף ה-DNA או RNA מדגימות התחלה קטנה הושגה רק בחמש השנים האחרונות. למרבה הצער, פרוטוקולים סטנדרטיים עבור יצירת גנומית או ספריות transcriptomic אינם תואמים, חוקרים עליך לבחור אם רצף ה-DNA או RNA מדגם מסוים. ג'ל-seq פותר בעיה זו בכך שהוא מאפשר לחוקרים בו-זמנית להתכונן ספריות הן DNA ו- RNA החל מ 100-1000 תאים באמצעות מכשיר הידרוג פשוטה. המאמר מציג גישה מפורטת על הזיוף של המכשיר, כמו גם את הפרוטוקול הביולוגי כדי ליצור ספריות לזווג. עיצבנו ג'ל-seq. כך זה יכול להיות מיושם בקלות על ידי חוקרים אחרים; מעבדות גנטיקה רבים יש כבר את כל הציוד הדרוש כדי לשחזר את ייצור המכשיר ג'ל-seq. פרוטוקול שלנו מעסיקה נפוצות ערכות עבור שניהם הגברה שלם-תעתיק (של WTA), ספריית הכנה, אשר הם גם נוטים להיות מוכר חוקרים כבר שבקיאים גנומית ושוויונית transcriptomic ספריות. הגישה שלנו מאפשר לחוקרים להביא לשאת את הכוח של רצפי DNA ו- RNA על דוגמה אחת ללא פיצול ועם זניח בתוספת מחיר.
הדור הבא רצף (הגדרות) יש לו השפעה עמוקה על הדרך מתנהל מחקר גנטיקה. כאשר חוקרים התמקדו פעם רצף הגנום של זן שלם, עכשיו זה אפשרי את רצף הגנום של גידול יחיד או אפילו תא בודד בניסוי אחד. 1 הגדרות גם הפכה חסכוניות כדי רצף התרשימים RNA נמצא בתוך תא, אוסף של נתונים המכונה של transcriptome. היכולת להגביר את רצף ה-DNA או RNA מדגימות התחלה קטנה הושגה רק בחמש השנים האחרונות. 2 , 3 , 4 . למרבה הצער, פרוטוקולים סטנדרטיים אינם תואמים, חוקרים עליך לבחור אם רצף ה-DNA או RNA דגימה נתון. כאשר מדגם ההתחלתי הוא גדול מספיק, ניתן לפצל אותו לשניים. קשקשים קטנים יותר, עם זאת, אובדן של חומר עקב פיצול דגימות יכולים להשפיע על איכות ספריה ולאחר איגום של דגימות יכול ממוצעים גרסאות מעניינות בין תאים. 5 יתר על כן, החוקרים מעוניינים יותר ויותר בחינת והמדגמים יכולה להתפצל, כגון תאים בודדים או ביופסיות גידול קטן הטרוגנית. 6
כדי לטפל בבעיה זו, שלושה פרוטוקולים לאחרונה פותחו כדי רצף ה-DNA ו- RNA מדגם המוצא זהה: ג'ל-seq7, G & T-seq8ו ד ר-seq9. מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט עבור ג'ל-seq, אשר יכול לשמש כדי בו-זמנית ליצור ספריות DNA ו- RNA מתוך כמה כתאי 100 זניח עלות נוספת. ההיבט הרומן של ג'ל-seq היא היכולת להפריד בין DNA ו- RNA המבוסס באופן בלעדי על גודל באמצעות מטריצות הידרוג בעלות נמוכה. החידוש הליבה של פרוטוקול ג'ל-Seq הוא ההפרדה הפיזית של ה-DNA מ- RNA. ההפרדה הזאת מושגת electrophoretically באמצעות שילוב של ממברנות לזיהוי לנצל גודל ההבדלים בין מולקולות אלה. כדי לשים את ההבדלים בגודל בהקשר, שקול כיצד DNA ו- RNA הם צילמו: בעוד דנ א קיים בסולם מיקרון ניתן להציג באמצעות מיקרוסקופים מסורתיים, RNA קיים בסולם ננומטר ולא חייב לדימות תוך שימוש בטכניקות מורכבות כגון אלקטרונים הקפאה מיקרוסקופ. 10
הגישה הפרדת DNA ו- RNA, פרוטוקול זה מוצג באיור1. החלונית השמאלית מציגה DNA ו- RNA חינם צף בפתרון בקרבת קרום. כאשר שדה חשמלי מוחל, כפי שמוצג בלוח הימני, DNA ו- RNA לחוות כוח electrophoretic שגורם העברה דרך הקרום. על-ידי כיוונון המאפיינים ממברנה, יצרנו קרום חדיר למחצה המפריד DNA RNA. מולקולות DNA יידחפו נגד הקרום, אבל להיות מסובכת בקצה בשל גודלם גדולים. מצד שני, מולקולות RNA קטנות, ניתן להגדיר מחדש, לארוג את דרכם דרך הקרום. תהליך זה, המכונה reptation, דומה לאופן בו שנחש עובר דשא. בסופו של דבר אלה מולקולות RNA מופסקים על ידי קרום השני, בצפיפות גבוהה זה קשה מדי עבור פולימרים אפילו קטנה יותר (> 200 זוגות בסיס) להתחמק על דרך. ברגע פיזית מחוזק, DNA ו- RNA יכול להיות התאושש לעבד להפיק מידע על הגנום והן transcriptome. בעוד נוכל להפריד DNA ו- RNA, מצאנו תוצאות טובות יותר מתקבלים אם ה-RNA היא הפוכה עיבד כדי cDNA לפני ההפרדה. היברידים רבים cDNA/RNA יציבים יותר RNA לבד, עדיין יכול לעבור דרך קרום בצפיפות נמוכה.

איור 1 . עקרון ההפעלה ג'ל-seq. העיקרון הבסיסי המשמש להפרדת פיזית של DNA ו- RNA. בשדה חשמלי יישומית, מולקולות RNA קטנות להעביר דרך קרום בצפיפות נמוכה אבל מולקולות DNA גדולות לכוד על פני השטח. איור זה שוחזר הפניה למעורר 7, ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
מאמר זה מתאר בפירוט בשני הזיוף של המכשיר ג'ל-seq, הפרוטוקול הביולוגי ליצירת לזווג ספריות DNA ו- RNA. סקירה כללית של שניהם מוצג באיור2. המכשיר מפוברק על ידי שכבות 3 צפיפות שונה לזיהוי ג'לים אחד על גבי השני בתהליך דומה ליצירת תקן ג'לים הערימה. 11 הפרוטוקול הביולוגי מתחיל עם תאים 100-1000 הושעו ב- PBS. התאים הם lysed, הרנ א מומר cDNA לפני המכשיר משמש להפריד את הדנ א כלאיים cDNA/RNA. לאחר ההפרדה, התאוששות, גנומית, transcriptomic ספריות מוכנות באמצעות תהליך זה מקרוב כדלקמן פרוטוקול ערכת הכנה הספרייה הגנום כולו. ניתן לקרוא פרטים נוספים על פיתוח, אימות של ג'ל-seq במעבדה על פרסום שבב "ג'ל-seq: הגנום כולו ורצף transcriptome על ידי סימולטני קלט נמוך-DNA ו- RNA ספריית הכנה באמצעות מחסומים הידרוג חדיר למחצה ." 7

איור 2 . פרוטוקול ג'ל-seq. מבט כולל על הצעדים כדי לפברק את המכשיר ג'ל-seq והפרוטוקול מחוללות לזווג ספריות DNA ו- RNA. חלקים של איור זה שוחזר הפניה למעורר 7, ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
כדי ליצור ספריות DNA ו- RNA מתוך תאים בודדים, חוקרים, כדאי שתשקול להשתמש או G & T-seq או ד ר-תת סעיף. G & T-Seq, כמו ג'ל-seq, מסתמך על הפרדה פיזית של רנ א מ- DNA גנומי. גישה זו נסמכת על messenger RNA (mRNA) 3′ polyadenylated זנב כמטרה נפתחים. ה-mRNA נלכד על חרוז מגנטי באמצעות פריימר oligo-dT biotinylated. ברגע mRNA כבר נתפס החרוזים הם שנערך במקום עם מגנט, תגובת שיקוע המכיל את הדנ א הגנומי יכול להיות הוסר, הועבר צינור אחר. בתום ההפרדה הפיזית הזאת, ספריות שונות ניתן להפיק מן ה-mRNA ו DNA. 8 גישה זו פועלת היטב אם הרנ א עניין polyadenylated, אולם אין אפשרות להשתמש ללמוד תעתיקים הלא-polyadenylated, כגון ribosomal RNA, tRNA, או RNA של אאוקריוטים.
ד ר-seq מסתמך על צעד הגברה מראש לאן דנ א והן cDNA נגזר מן ה-RNA הם מוגבר בצינור אותו. המדגם ואז לשתיים, מעובד במקביל להכין ספריות seq DNA ו- RNA. כדי להבחין בין DNA גנומי של cDNA נגזר מן ה-RNA, ד ר-seq מקבלת גישה חישובית. רצפים היכן נמצאים רק exons מדוכאים שהמפתחות בנתונים דנ א גנומי, כמו אלה יכול להיות שמקורם מן ה-DNA או RNA. 9 היתרון בגישה זו הוא כי ה-DNA ו cDNA/RNA צריך להיות פיזית מופרדים זאת על ג'ל-seq ו G & T-תת סעיף. החיסרון, לעומת זאת, היא ד ר-seq דורשת ידע א-פריורי של הגנום, transcriptome (כלומר, exons לעומת אינטרונים), לא יהיה אידיאלי עבור יישומים כגון רצף של גרעינים, שבו תעתיקים רבים עדיין אינם לגמרי משולבים, עדיין להכיל אינטרונים. 12
ההיבט הרומן של ג'ל-seq היא היכולת להפריד בין DNA ו- RNA מאות תאים המבוסס באופן בלעדי על גודל. שיטה זו דורשת שום ידע אפריורי של הגנום או transcriptome, היא חזקה נגד שחבור לא שלם, אינה מוגבלת תעתיקים פולי-adenylated. עבור יישומים שבהם חוקר יכול להתחיל עם תאים לפחות 100, ג'ל-seq מספקת גישה ישירה באמצעות חומרים נרחב זמין וזול.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. פתרון כימית הכנה
הערה: השלבים הבאים הם להכנת כימי הפתרונות הנדרשים בשלבים מאוחר יותר. אלה יכולים להיות גרם בצובר ומאוחסנים במשך מספר חודשים.
2. ג'ל-seq קלטת פבריקציה נוספת
הערה: ג'ל-seq פותחה במקור עם קלטות זקוף (לקבלת מידע נוסף, ראה טבלה של חומרים ); עם זאת, פרוטוקול זה יכול להיות מותאם לעבודה עם כל קלטת אלקטרופורזה ג'ל רגיל.
| מילוי ג'ל קודמן | צפיפות גבוהה ג'ל קודמן | קודמן ג'ל בצפיפות נמוכה | |||
| 40 %T, 3.3%C אקרילאמיד Bisacrylamide פתרון | מ ל 1.6 | 50 %T, 5 %C אקרילאמיד Bisacrylamide פתרון | 2.4 מ | 40 %T, 3.3%C אקרילאמיד Bisacrylamide פתרון | 0.6 מ"ל |
| מים יונים | 10.2 mL | מים יונים | 1.0 mL | מים יונים | 4.8 מ |
| פתרון סוכרוז (50% w/v) | 2.6 מ | פתרון סוכרוז (50% w/v) | 0.6 מ"ל | ||
| 10 X טריס-בוראט-EDTA | מ ל 1.6 | 10 X טריס-בוראט-EDTA | 0.6 מ"ל | ||
| קירור (10% w/v) | 104.0 ΜL | קירור (10% w/v) | 50.0 ΜL | קירור (10% w/v) | 39.0 ΜL |
| TEMED | 6.0 ΜL | TEMED | 1.0 ΜL | TEMED | 2.2 ΜL |
| הנפח הכולל | 16.1 מ | הנפח הכולל | מ ל 4.1 | הנפח הכולל | 6.0 mL |
טבלה 1. ג'ל סינתזה ריאגנטים. ריאגנטים קודמן לזיהוי ג'ל מספיק עבור ייצור של שתי מגרות.
3. משאבות הפוכה שעתוק
4. ג'ל ההפרדה מדגם שחזור
5. gDNA ספריית הכנה
6. הכנה ספריית cDNA
7. ספריית הכנה עם חצי נפח תגובות
8. מעבדתי הנייח הפיך חרוז ספריית ניקוי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההפרדה הפיזית של מכוניות היברידיות gDNA הרנ"א/cDNA במכשיר ג'ל-seq להיות visualized באמצעות ג'ל פלורסנט הדמיה; תוצאה נציג מוצג באיור3. פאנל A מראה המכשיר ג'ל-seq והתחייה; הצבעים נוספה כדי להבחין בין האזורים השונים ג'ל. לוח ב' מופיע קרוב של ארבעה הפרדות שונות נעשה שימוש עבור אימות. במסלול השלישי, פקד שלילי, מייצג את הרקע ומראה שאין שום autoflourescence של הג'ל על הממשקים. אנו נטען המסלולים הראשון והשני עם ה-DNA סולמות. מסלולים אלה מראים רק להקה כהה. הממשק בין d...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ישנם מספר שלבים קריטיים המשויך הזיוף התקן ג'ל-seq, כמו גם את הפרוטוקול עצמו. במהלך פבריקציה נוספת, אנו ממליצים החל עוביים השכבה שנקבעו עבור אזורים שונים של הג'ל. בילינו זמן משמעותי בדיקת אפשרויות ייצור שונה ומייצרת הפרוטוקול המתואר כאן ההתקנים הטוב ביותר עבור הקלטות המפורטים בטבלה של חומרים, ריאגנטים. אם חוקרים משתמשים מערכת חלופית קלטת, הם עשויים למצוא אותו צורך לעדן את אמצעי האחסון שמשמש בעת יצירת המכשירים. האתגר העיקרי ב פבריקציה נוספת היא שאם האזור ג'ל בצפיפות גבוהה גדול מדי זה יכול delaminate מקצות ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
KZ הינו מייסד ומנכ ל מדעי יועץ של Singlera גנומיקה inc.
מימון עבור עבודה זו היה בתנאי על-ידי באוניברסיטת סן דייגו, הלאומית למדע קרן בוגר מחקר תכנית העמיתים, NIH להעניק R01-HG007836, ועל ידי קוריאנית משרד המדע, ICT ותכנון העתיד.
גירסאות קודמות של כמה דמויות פורסמו לראשונה ב- "התקליט הזה, ג ד. et al. ג'ל-seq: הגנום כולו, רצף transcriptome על ידי סימולטני קלט נמוך-DNA ו- RNA ספריית הכנה באמצעות מחסומים הידרוג חדיר למחצה. מעבדה על שבב 17, מוריה ברטל-2630, doi:10.1039 / c7lc00430c (2017). " מעבדה על שבב וההתנהגותיים שימוש חוזר של דמויות בפרסום זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ריאגנטים | |||
| אקרילאמיד מונומר | סיגמא אולדריץ' | A8887-100G | |
| אמוניום פרסולפט | סיגמא אולדריץ' | A3678-25G | |
| אמפור XP חרוזים | בקמן קולטר | A63880 | המכונה בטקסט חרוזי אימוביליזציה הפיכה בשלב מוצק (SPRI) |
| ג'ל טעינת צבע (6x) | ThermoFisher מדעי | R0611 | המכונה בטקסט כ-6X טוען צבע |
| אתיל אלכוהול | סיגמא אולדריץ' | E7023-500ML | |
| KAPA SYBR ערכות qRT-PCR מהירות שלב אחד | Kapa BioSystems | 7959613001 | המכונה בטקסט 2X qPCR mix |
| N,N′-Methylenebis(acrylamide) | Sigma Aldrich | 146072-100G | ידוע גם בשם bis-acrylamide |
| NexteraXT ערכת הכנת ספריית DNA (המכונה בטקסט ערכת הכנת ספרייה) | Illumina | FC-131-1024 | כולל: TD (המכונה בטקסט מאגר טרנספוזאז), ATM (המכונה בטקסט טרנספוזאז), NT (המכונה בטקסט כמאגר עצירת טרנספוזאז), ו-NPM (מכונה בטקסט תערובת PCR להכנת ספרייה) |
| מים | ללא נוקלאזערכת Millipore | 3098 | |
| פרוטאז | Qiagen | 19155 | |
| SMART-Seq v4 (המכונה בטקסט ערכת הגברת תעתיק שלם (WTA)) | Takara/Clontech | 634888 | כולל: מאגר ליזה, מעכב RNase, 3' SMART-Seq CDS Primer II A (המכונה בטקסט פריימר RT), 5X Ultra Low First Strand Buffer (המכונה בטקסט מאגר גדיל ראשון), SMART-Seq v4 אוליגונוקלאוטיד (המכונה בטקסט אוליגונוקלאוטיד מתג תבנית (TSO)), SMART-Scribe Reverse Transcriptase (המכונה בטקסט טרנסקריפטאז הפוך), ו-PCR Primer II A (המכונה בטקסט פריימר cDNA PCR) |
| הקסמר אקראי עם מתאם WTA | IDT | n/a | 5′-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTAC-NNNNNN-3′ |
| סוכרוז | סיגמא אולדריץ' | S0389-500G | |
| TEMED | סיגמא אולדריץ' | T9281-25 מ"ל | |
| DNA רחוק מטהר פני השטח | ThermoFisher Scientific | 7010PK | מכונה בטקסט מוצר להסרת DNA |
| מאגר Tris-Borate-EDTA (ריכוז פי 10) | Sigma Aldrich | T4415-1L | |
| SYBR כתם ג'ל חומצת גרעין זהב (תרכיז פי 10,000 ב-DMSO) | ThermoFisher Scientific | S11494 | המכונה בטקסט כצבע ג'ל |
| ציוד | |||
| BD Precisionglide מחטי מזרק, מד 18 | סיגמא אולדריץ' | Z192554 | כל חומרה שווה ערך מקובלת |
| אמבטיה אולטרסאונד מסדרת ברנסון CPX | סיגמא אולדריץ' | Z769363 כל חומרה שווה ערך מקובלת | |
| ג'ל ריקות, מיני, 1.0 מ"מ | ThermoFisher Scientific | NC2010 | כל חומרה שווה ערך מקובלת |
| פלטת סינון רשת - Corning HTS Transwell 96 תומך חדיר היטב - 8.0 ומיקרו; m גודל נקבוביות | סיגמא אולדריץ' | CLS3374 | המכונה בטקסט צלחת מסנן רשת 8 אום |
| PowerPac HC ספק כוח | Bio-Rad | 1645052 | כל חומרה שווה ערך מקובלת |
| Qubit Fluorometer | ThermoFisher Scientific | Q33216 | כל חומרה שווה ערך מקובלת |
| ואקופוגה | Eppendorf | 22822993 | כל חומרה שווה ערך מקובלת |
| מערכת XCell SureLock Mini-Cell | ThermoFisher Scientific | EI0001 | כל חומרה מקבילה מקובלת |
| Bio-Rad CFX96 Touch בזמן אמת מערכת זיהוי PCR | Bio-Rad | 1855195 | כל חומרה מקבילה מקובלת |
| Amersham UVC 500 Ultraviolet Crosslinker | GE Healthcare Life Sciences | UVC500-115V | הופסק, כל חומרה מקבילה מקובלת |
| Gel Doc XR+ Gel Documentation System | Bio-Rad | 1708195 | המכונה בטקסט |
| Dark Reader Transilluminator | Clare Chemical Research | DR89 | המכונה בטקסט transilluminator UV transilluminator |
| אולטרסאונד אמבט | ברנסוניק | 1207K35 | כל אמבטיה אולטרסאונד שווה ערך מקובלת. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה