טכנולוגיית MAPS פותחה כדי לבחון את היעד של RNA רגולטורי ספציפי ב vivo. sRNA של עניין מתויג עם APTAMER MS2 המאפשר טיהור משותף של שותפי RNA שלה וזיהוי שלהם על ידי רצף RNA. פרוטוקול שונה זה מתאים במיוחד לחיידקים גראם חיוביים.
מאמר שיטה
טכנולוגיית MAPS פותחה כדי לבחון את היעד של RNA רגולטורי ספציפי ב vivo. sRNA של עניין מתויג עם APTAMER MS2 המאפשר טיהור משותף של שותפי RNA שלה וזיהוי שלהם על ידי רצף RNA. פרוטוקול שונה זה מתאים במיוחד לחיידקים גראם חיוביים.
למרות RNAs רגולטוריים קטנים (sRNAs) נפוצים בקרב התחום החיידקי של החיים, הפונקציות של רבים מהם נשארים מאופיינים בצורה גרועה בעיקר בשל הקושי לזהות את מטרות mRNA שלהם. כאן, תיארנו פרוטוקול שונה של טיהור MS2-Affinity יחד עם טכנולוגיית רצף RNA (MAPS), במטרה לחשוף את כל שותפי ה- RNA של sRNA ספציפי ב- vivo. באופן כללי, APTAMER MS2 הוא התמזגו הקיצוניות 5 'של sRNA של עניין. מבנה זה בא לידי ביטוי לאחר מכן vivo, המאפשר MS2-sRNA לקיים אינטראקציה עם השותפים הסלולריים שלה. לאחר קצירת חיידקים, התאים הם lysed מכנית. התמצית הגולמית נטענת לתוך עמוד כרומטוגרפיה המבוסס על אמילוס, שהיה מצופה בעבר בחלבון MS2 המותך לחלבון הכריכה המלטוזי. פעולה זו מאפשרת לכידה ספציפית של MS2-sRNA ו- RNAs אינטראקציה. לאחר התרוממות רוח, RNAs מטוהרים מזוהים על ידי רצף RNA בעל תפוקה גבוהה וניתוח ביואינפורמטי עוקב. הפרוטוקול הבא יושם בפתוגן האנושי גראם חיובי סטפילוקוקוס aureus והוא, באופן עקרוני, transposable לכל חיידקים גראם חיובי. לסיכום, טכנולוגיית MAPS מהווה שיטה יעילה לחקור לעומק את הרשת הרגולטורית של sRNA מסוים, ומציעה תמונת מצב של כל היעד שלה. עם זאת, חשוב לזכור כי מטרות putative שזוהו על ידי MAPS עדיין צריך להיות מאומת על ידי גישות ניסיוניות משלימות.
מאות, אולי אפילו אלפי RNAs רגולטוריים קטנים (sRNAs) זוהו ברוב הגנומים החיידקיים, אך הפונקציות של רובם המכריע נותרו לא אופייניות. בסך הכל, sRNAs הם מולקולות קצרות ללא קידוד, ממלא תפקידים מרכזיים בפיזיולוגיה חיידקית והסתגלות לסביבותמשתנות 1,2,3. אכן, מקרומולקולות אלה נמצאות במרכזן של רשתות רגולטוריות מורכבות רבות, המשפיעות על מסלולים מטבוליים, תגובות מתח אך גם ארסיות ועמידות לאנטיביוטיקה. מבחינה הגיונית, הסינתזה שלהם מופעלת על ידי גירויים סביבתיים ספציפיים (למשל, רעב לחומרים מזינים, לחצים חמצוניים או קרום). רוב sRNAs לווסת mRNAs יעד מרובים ברמה שלאחר שעתוק באמצעות זיווג בסיס קצר ולא רציף. הם בדרך כלל למנוע ייזום תרגום על ידי מתחרה עם ריבוזומים עבור אזורי ייזום תרגום4. היווצרות של sRNA:mRNA דופלקסים גם לעתים קרובות תוצאות השפלה פעילה של mRNA היעד על ידי גיוס של RNases ספציפיים.
האפיון של יעד sRNA (כלומר, כל הסט של RNAs היעד שלה) מאפשר זיהוי של המסלולים המטבוליים שבהם הוא מתערב ואת האות הפוטנציאלי שהוא עונה. כתוצאה מכך, הפונקציות של sRNA מסוים בדרך כלל ניתן להסיק מן היעד שלה. לשםכךפותחו מספר כלי חיזוי סיליקו כגון IntaRNA ו- CopraRNA 5,6,7. הם מסתמכים בעיקר על השלמות רצף, זיווג אנרגיה ונגישות של אתר האינטראקציה הפוטנציאלי כדי לקבוע שותפי sRNA putative. עם זאת, אלגוריתמי חיזוי אינם משלבים את כל הגורמים המשפיעים על זיווג בסיס ב vivo כגון מעורבות של מלווים RNA8 לטובת אינטראקציות תת אופטימליות או ביטוי משותף של שני בני הזוג. בשל המגבלות הטבועות בהם, שיעור החיזוי החיובי הכוזב נותר גבוה. רוב הגישות הניסיוניות בקנה מידה גדול מבוססות על טיהור משותף של זוגות sRNA:mRNA אינטראקציה עם חלבון מחייב RNA מתויג (RBP)6,9. לדוגמה, שיטת האינטראקציה RNA על ידי קשירה ורצף (RIL-seq) זיהתה דופלקסים RNA מטוהרים במשותף עם מלווים RNA כגון Hfq ו ProQ ב Escherichia coli10,11. טכנולוגיה דומה הנקראת UV-Crosslinking, קשירה ורצף של כלאיים (CLASH) הוחלה על RNase E- ו- Hfq הקשורים sRNAs ב E. coli12,13. למרות התפקידים המתוארים היטב של Hfq ו- ProQ ברגולציה בתיווך sRNA בחיידקים מרובים8,14,15, רגולציה מבוססת sRNA נראה RNA מלווה עצמאי בכמה אורגניזמים כמו S. aureus16,17,18. גם אם הטיהור של דופלקסים RNA בשיתוף עם RNases הוא ריאלי כפי שהוכח על ידי ווטרס ועמיתים לעבודה13, זה נשאר מסובך כמו RNases לעורר השפלה מהירה שלהם. לפיכך, טיהור MS2-Affinity בשילוב עם רצף RNA (MAPS)גישה 19,20 מהווה חלופה מוצקה אורגניזמים כאלה.
שלא כמו שיטות שהוזכרו לעיל, MAPS משתמש sRNA ספציפי כפיתיון כדי ללכוד את כל RNAs אינטראקציה ולכן אינו מסתמך על מעורבות של RBP. התהליך כולו מתואר באיור 1. בקצרה, sRNA מתויג ב 5 'עם MS2 RNA aptamer כי הוא מוכר במיוחד על ידי חלבון מעיל MS2. חלבון זה הוא התמזגו עם חלבון מחייב מלטוז (MBP) להיות משותק על שף amylose. לכן, MS2-sRNA ושותפיו RNA נשמרים בעמודה כרומטוגרפיה זיקה. לאחר התרוממות רוח עם RNAs מלטוזיים ומטוהרים מזוהים באמצעות רצף RNA בעל תפוקה גבוהה ואחריו ניתוח ביואינפורמטי (איור 2). טכנולוגיית MAPS מציירת בסופו של דבר מפה של כל האינטראקציות הפוטנציאליות המתרחשות ב- vivo.
טכנולוגיית MAPS יושמה במקור בחיידק הגרם-שלילי הלא פתוגניים E. coli21. למרבה הפלא, MAPS סייעה לזהות שבר שמקורו ב-tRNA במיוחד באינטראקציה עם RyhB ו-RybB sRNAs ולמנוע רעש שעתוק של sRNA כדי לווסת מטרות mRNA בתנאים שאינם מעוררים. לאחר מכן, MAPS הוחל בהצלחה על SRNAs אחרים E. coli כמו DsrA22, RprA23, CyaR23 ו GcvB24 (טבלה 1). בנוסף לאישור מטרות ידועות בעבר, MAPS הרחיבה את היעד של sRNAs ידועים אלה. לאחרונה, MAPS בוצע סלמונלה Typhimurium וחשף כי SRNA SraL נקשר rho mRNA, קידוד עבור גורם סיום שעתוק25. באמצעות זיווג זה, SraL מגן rho mRNA מפני סיום שעתוק מוקדם מופעלות על ידי רו עצמה. מעניין, טכנולוגיה זו אינה מוגבלת sRNAs והוא יכול להיות מיושם על כל סוג של RNAs הסלולר כפי שהודגם על ידי שימוש שבר נגזר tRNA26 ואזור 5'-untranslated של mRNA22 (טבלה 1).
שיטת MAPS הותאמה גם לחיידק גרם חיובי פתוגניים S. aureus19. באופן ספציפי, פרוטוקול התמוגה שונה באופן נרחב כדי לשבור תאים ביעילות עקב דופן תאים עבה יותר מאשר חיידקים גראם שליליים ולשמור על שלמות RNA. פרוטוקול מותאם זה כבר חשף את האינטראקציה של RsaA27, RsaI28 ו RsaC29. גישה זו נתנה תובנות על התפקיד המכריע של sRNAs אלה במנגנונים רגולטוריים של תכונות פני התא, ספיגת גלוקוז, ותגובות מתח חמצוני.
הפרוטוקול שפותח ומיושם ב- E. coli בשנת 2015 תואר לאחרונה בפירוט רב30. כאן, אנו מספקים את פרוטוקול MAPS שונה, אשר מתאים במיוחד לחקר רשתות רגולטוריות sRNA בחיידקים גראם חיובי (קיר תא עבה) אם לא פתוגניים או פתוגניים (אמצעי זהירות).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. מאגרים ומדיה
2. בעיות בטיחות
3. בניית פלסמיד
הערה: למטרות שיבוט, חיוני לזהות תחילה את גבולות ה- sRNA האנדוגני. pCN51-P3 ו pCN51-P3-MS2 פלסמידים מתוארים תומסיני ואח '(2017)27. מקדם P3 מאפשר ביטוי גבוה של sRNA באופן תלוי צפיפות התא (כלומר, כאשר חיידקים נכנסים לשלב הנייח של הצמיחה). SRNAs סטפילוקוקליים רבים מצטברים במהלך שלב צמיחה זה.

4. קצירת חיידקים
התראה: שלב זה כרוך בטיפול בחיידקים פתוגניים (ראה שלב 2).
5. תמוגה תאית מכנית
התראה: השלבים הבאים חייבים להתבצע על קרח ומאגרים חייבים להיות ב 4 מעלות צלזיוס. השתמש בכפפות ולנקוט בכל אמצעי הזהירות כדי להגן על דגימות מפני RNases.
6. הכנת טורים
התראה: היזהר לא לאפשר את שף אמילוס להתייבש. במידת הצורך, אטמו את העמודה עם כובע קצה. הכינו את כל הפתרונות לפני תחילת טיהור הזיקה.
7. טיהור הזיקה ל-MS2 (איור 1)
8. מיצוי RNA של שברים שנאספו (CE, FT, W ו- E)
9. ניתוח של MS2-זיקה טיהור על ידי כתם צפון36
10. הכנת הדגימות לריצוף RNA
הערה: שלב זה נוגע רק ל-RNAs שחולצו משברי E ו-CE.
11. ניתוח נתונים של RNAseq (איור 2)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התוצאות הייצוגיות מקורן במחקר של יעד RsaC ב S. aureus29. RsaC הוא SRNA לא קונבנציונלי באורך 1,116 nt. הקצה של 5' מכיל מספר אזורים חוזרים ונשנים בעוד הקצה 3 ' שלה (544 nt) הוא עצמאי מבחינה מבנית ומכיל את כל אתרי האינטראקציה החזויים עם מטרות mRNA שלה. הביטוי של sRNA זה הוא המושרה כאשר מנגן (Mn) הוא נדיר, אשר נתקל לעתים קרובות בהקשר של התגובה החיסונית המארחת. באמצעות טכנולוגיית MAPS, זיהינו מספר mRNAs אינטראקציה ישירה עם RsaC, חושף את תפקידה המכריע בלחץ חמצוני (sodA, ldh1 ו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול שונה עבור חיידקים גראם חיובי
הפרוטוקול הראשוני של MAPS פותח כדי לחקור אינטראקציה sRNA באורגניזם המודל E. coli20,30. כאן, אנו מתארים פרוטוקול שונה אשר מתאים לאפיון של רשתות רגולטוריות תלויות sRNA בפתוגן האנושי האופורטוניסטי S. aureus והוא בהחלט משתנה לחיידקים גראם חיוביים אחרים, פתוגניים או לא.
תשומת לב מיוחדת הוקדשה לשלב התמוגה של התא. העיתונות הצרפתית הוחלפה בכלי תמוגה מכני לתאים. שיטה זו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי "סוכנות לאומית דה לה Recherche" (ANR, גרנט ANR-16-CE11-0007-01, ריבוסטף, ו ANR-18-CE12- 0025-04, CoNoCo, ליחסי ציבור). הוא פורסם גם במסגרת labEx NetRNA ANR-10-LABX-0036 ושל ANR-17-EURE-0023 (ליחסי ציבור), כמימון מהמדינה המנוהלת על ידי ANR כחלק מההשקעות בתוכנית העתידית. DL נתמכה על ידי תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת הסכם המענק מארי סקלודובסקי-קירי מס' 753137-SaRNAReg. העבודה במעבדת E. Massé נתמכה על ידי מענקי הפעלה של המכונים הקנדיים לחקר הבריאות (CIHR), המועצה לחקר מדעי הטבע וההנדסה של קנדה (NSERC), והמכונים הלאומיים לבריאות NIH צוות גרנט R01 GM092830-06A1.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור מיקרוצנטריפוגה 1.5 מ"ל | Sarstedt | 72.690.001 | |
| צינורות צנטריפוגה 15 מ"ל | Falcon | 352070 | |
| 2 מ"ל צינור מיקרוצנטריפוגה | Starstedt | 72.691 | |
| 2100 מכשיר ביואנלייזר | Agilent | G2939BA | RNA כמות ואיכות |
| בקבוק תרבית 250 מ"ל | דומיניק דוטשר | 2515074 | חיידקי תרביות |
| 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה | פלקון | 352051 | צנטריפוגה תרבית |
| אתנול מוחלט | VWR כימיקלים | 20821.321 | מיצוי וטיהור RNA |
| אלגרה X-12R צנטריפוגה | בקמן קולטר | גלולה חיידקית | |
| אמפיצילין (אמפר) | סיגמא-אולדריץ' | A9518-5G | מדיום גידול |
| שרף עמילוז | חדש אנגליה BioLabs | E8021S | MS2-affinity טיהור |
| אנטי דיוקסיגנין AP שבר Fab | סיגמא אולדריץ' | 11093274910 | מבחני כתם צפוני |
| קלטת אוטוררדיוגרפיה | ThermoFisher Scientific | 50-212-726 | מבחני כתם צפוני |
| BamHI | ThermoFisher Scientific | ER0051 | מרק |
| בניית פלסמיד BHI (עירוי לב מוח)סיגמא-אולדריץ' | 53286 | מדיום גידול | |
| מגיב חוסם | סיגמא אולדריץ' | 11096176001 | מבחני כתם צפוני |
| CDP-Star | Sigma Aldrich | 11759051001 | מבחני כתם צפוני (מצע) |
| צנטריפוגה 5415 R | מיצוי וטיהור RNA | של אפנדורף | |
| כלורופורם | דומיניק דוטשר | 508320-CER | מיצוי RNA ו טיהור |
| DIG-RNA תערובת תיוג | סיגמא-אולדריץ' | 11277073910 | מבחני כתם צפוני |
| DNase I | Roche | 4716728001 | טיפול DNase |
| אריתרומיצין (ery) | סיגמא-אולדריץ' | פלוקה 45673 | מדיום גידול |
| מכשיר FastPrep MP | ביומדיקל | 116004500 | ליזה מכנית |
| גואנידיום תיוציאנט | מבחני כתם צפוני Sigma-Aldrich | G9277-250G | |
| היברידיזציה Hoven Hybrigene | Techne | FHB4DD | מבחני כתם צפוני |
| צינורות הכלאה | Techne | FHB16 | מבחני כתם צפוני |
| אלכוהול איזואמיל | פישר סיינטיפיק | A/6960/08 | מיצוי וטיהור RNA |
| LB (מרק ליזוגני) | סיגמא-אולדריץ' | L3022 | מדיום גידול |
| Lysing Matrix B בתפזורת | MP Biomedicals | 6540-428 | ליזה מכנית |
| MicroPulser Electroporator | BioRad | 1652100 | בניית פלסמיד |
| מכשיר מים Milli-Q | Millipore | Z00QSV0WW | טהורים |
| במיוחד ספקטרופוטומטר | NanoDrop ThermoFisher Scientific | RNA/DNA כמות ואיכות | |
| קרום ניטרוצלולוז | דומיניק דוטשר | 10600002 | מבחני כתם צפוני |
| Phembact Neutre | PHEM Technologies | BAC03-5-11205 | ניקוי וטיהור |
| פנול | קארל רוט | 38.2 | מיצוי וטיהור RNA |
| Phusion DNA פולימראז בנאמנות גבוהה | ניו אינגלנד Biolabs | M0530 | בניית פלסמיד |
| pMBP-MS2 | Addgene | 65104 | MS2-MBP ייצור |
| פולי-פרפ כרומטוגרפיה עמודה | BioRad | 7311550 | MS2-affinity purification |
| PstI | ThermoFisher Scientific | ER0615 | בניית פלסמיד |
| Qubit 3 פלואורומטר | Invitrogen | 15387293 | כמות RNA |
| RNAPro Solution | MP Biomedicals | 6055050 | ליזה מכנית |
| ScriptSeq ערכה מלאה | Illumina | BB1224 | הכנת ספריות cDNA |
| ספקטרופוטומטר Genesys 20 | ThermoFisher Scientific | 11972278 | תרביות חיידקים |
| SpeedVac Savant מכשיר ואקום | ThermoFisher Scientific | DNA120 | מיצוי וטיהור RNA |
| Stratalinker UV Crosslinker 1800 | Stratagene | 400672 | מבחני כתם צפוני |
| T4 DNA ligase | ThermoFisher Scientific | EL0014 | בניית פלסמיד |
| TBE (Tris-Borate-EDTA) | Euromedex | ET020-C | מבחני כתם צפוני |
| ThermalCycler T100 | BioRad | 1861096 | בניית פלסמיד |
| Tween 20 | Sigma Aldrich | P9416-100ML | בדיקות כתם צפוני |
| מעבד סרט רנטגן | hu.q | HQ-350XT | מבחני כתם צפוני |
| סרטי רנטגן Super RX-N | FujiFilm | 4741019318 | מבחני כתם צפוני |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה