פרוטוקול זה מתאר את השיטה המפורטת של טיפות דיגיטליות PCR (dd-PCR) לכימות מדויק של רמות RNA מעגלי (circRNA) בתאים באמצעות פריימרים מסתעפים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר את השיטה המפורטת של טיפות דיגיטליות PCR (dd-PCR) לכימות מדויק של רמות RNA מעגלי (circRNA) בתאים באמצעות פריימרים מסתעפים.
תגובת שרשרת פולימראז טיפות דיגיטלית (dd-PCR) היא אחת משיטות הכימות הרגישות ביותר; הוא מחלק את התגובה לכמעט 20,000 טיפות מים בשמן, וה-PCR מתרחש בטיפות הבודדות. ל-dd-PCR יש מספר יתרונות על פני qPCR קונבנציונלי בזמן אמת, כולל דיוק מוגבר באיתור מטרות בשפע נמוך, השמטת גני ייחוס לכימות, ביטול שכפולים טכניים לדגימות והפגנת עמידות גבוהה בפני מעכבים בדגימות. לאחרונה, dd-PCR הפך לאחת השיטות הפופולריות ביותר לכימות מדויק של דנ"א מטרה או RNA לצורך ניתוח ביטוי גנים ואבחון. רנ"א מעגלי (circRNAs) הם משפחה גדולה של מולקולות RNA סגורות קוולנטיות שהתגלו לאחרונה, חסרות קצוות של 5' ו-3'. הודגם כי הם מווסתים את ביטוי הגנים על ידי כך שהם מתפקדים כספוגים עבור חלבונים קושרי RNA ומיקרו-רנ"א. יתר על כן, circRNAs מופרשים לנוזלי גוף, ועמידותם בפני אקסונוקלאזות גורמת להם לשמש כסמנים ביולוגיים לאבחון מחלות. מאמר זה נועד להראות כיצד לבצע תכנון פריימר מסתעף, מיצוי RNA, סינתזת cDNA וניתוח dd-PCR כדי לכמת במדויק רמות RNA מעגליות ספציפיות (circRNA) בתאים. לסיכום, אנו מדגימים את הכימות המדויק של circRNAs באמצעות dd-PCR.
ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיות ריצוף RNA ואלגוריתמים חישוביים חדשניים גילו חבר חדש במשפחה ההולכת וגדלה של רנ"א שאינם מקודדים, הנקראים RNA מעגלי (circRNA)1. כפי שהשם מרמז, circRNAs הם משפחה של מולקולות RNA חד-גדיליות ללא קצוות חופשיים. הם נוצרים על ידי שחבור לא-קנוני של ראש-לזנב הנקרא שחבור אחורי, שבו אתר מקבל השחבור במעלה הזרם מתחבר באופן קוולנטי עם אתר תורם השחבור במורד הזרם ויוצר מעגל RNA יציב 1,2. תהליך זה יכול להיות מתווך על ידי מספר גורמים, כולל אלמנטים חוזרים של Alu הפוכים הנמצאים במעלה הזרם ובמורד הזרם של אקסונים מעגליים, או יכול להיות מתווך על ידי כמה גורמי שחבור או חלבונים קושרי RNA (RBPs)2,3. רנ"א מעגלי שנוצר באופן בלעדי מהרצף האקסוני או האינטרוני מסווג כ-circRNA אקסוני ו-RNA אינטרוני מעגלי או ci-RNAs, בעוד שחלק מה-circRNAs האקסוניים שומרים על האינטרון ונקראים אקסון-אינטרון circRNAs (EIcircRNAs)3,4. הפונקציות של circRNA הן רבות פנים, כולל ספוג miRNA ו / או RBP, ויסות שעתוק, וויסות תפקוד התא על ידי תרגום לפפטידים 3,5,6,7. מספר דיווחים הדגישו את החשיבות של circRNAs במחלות שונות ובתהליכים פיזיולוגיים8. יתר על כן, דפוסי ביטוי ספציפיים לרקמות ועמידות לעיכול אקסונוקלאז הופכים אותו לסמן ביולוגי פונקציונלי לאבחון מחלות והוא יכול לשמש גם כיעד טיפולי מתאים8. בהתחשב בחשיבותו בוויסות הבריאות והמחלות, הכימות המדויק של ביטוי circRNA הוא צורך השעה.
מספר שיטות ביוכימיות פותחו לכימות circRNAs בדגימות ביולוגיות9. אחת השיטות הנוחות והמקובלות ביותר לכימות circRNA היא שעתוק הפוך ואחריו תגובת שרשרת פולימראז כמותית (RT-qPCR) באמצעות זוגות פריימרים מסתעפים10. עם זאת, רוב ה-circRNAs נמצאים בשפע נמוך בהשוואה ל-mRNAs ליניאריים, מה שמקשה לכמת אותם11. כדי להתגבר על בעיה זו, ביקשנו להשתמש בטיפות דיגיטליות PCR (dd-PCR) כדי לכמת את מספר ה-circRNAs בדגימה נתונה באופן מדויק. ה- dd-PCR היא טכנולוגיית PCR מתקדמת הפועלת על פי עקרון המיקרופלואידיקה; הוא מייצר טיפות מימיות מרובות בשמן, וה-PCR מופיע בכל טיפה כתגובה בודדת12. התגובה מתרחשת בטיפות בודדות ומנותחת באמצעות קורא טיפות, אשר נותן את מספר הטיפות חיוביות או שליליות עבור הגן המעניין12. זוהי הטכניקה הרגישה ביותר לכימות מדויק של גן בעל עניין, גם אם יש רק עותק אחד בדגימה נתונה. ירידה ברגישות כלפי מעכבים, דיוק טוב יותר והשמטת גן הייחוס לכימות הופכים אותו ליתרון יותר מאשר qPCR13,14,15 קונבנציונלי. הוא נמצא בשימוש נרחב ככלי מחקר ואבחון לכימות מוחלט של גן בעל עניין16,17. כאן נתאר את פרוטוקול dd-PCR המפורט לכימות circRNA בהבחנה בין מיוטובים C2C12 של עכברים לבין מיובלסטים של עכברים מתרבים C2C12 באמצעות פריימרים מסתעפים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
רנ"א רגיש ל-RNases; לכן, כל הריאגנטים, המכשירים וסביבות העבודה צריכים להיות נטולי RNase ומטופלים בזהירות.
1. תכנון פריימר מסתעף עבור circRNA (ראו איור 1)
2. בידוד RNA
הערה: בודד RNA כולל מתאי C2C12 של העכבר באמצעות כל ערכות הזמינות מסחרית או שיטת בידוד RNA פנימית. שיטת בידוד הרנ"א הפנימית המשמשת כאן תוארה בעבר21. חרוזי הסיליקה המגנטיים מוכנים במעבדה באמצעות פרוטוקול22 שפורסם בעבר. חרוזים מגנטיים אלה ניתן גם לרכוש מספקים שונים.
3. סינתזת cDNA
4. זרימת עבודה דיגיטלית של טיפות PCR (dd-PCR)
הערה: זרימת העבודה של dd-PCR כוללת שלבים מרובים, החל מהכנת הדגימה, ולאחר מכן יצירת טיפות, הגברה של PCR, ספירת טיפות וניתוח נתונים. כל שלב הוא קריטי ליצירת נתונים מדויקים מכיוון ש- dd-PCR כרוך בכימות מוחלט של מוצרים ואינו זקוק לשום עקומה סטנדרטית. לפיכך, כל אחד מהשלבים השונים של dd-PCR תואר להלן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתן לגזור את המספר המוחלט של circRNAs בכל דגימה מנתוני dd-PCR המיוצאים. ניתוח PCR כמותי בזמן אמת הציע ביטוי דיפרנציאלי של circBnc2 במיוטיובים המובחנים C2C12 (הנתונים לא מוצגים). כאן, רצינו לבדוק את מספר העותקים המוחלט של circBnc2 בהתפשטות מיובלסטים ומיוטובים C2C12. מכיוון שהביטוי של circBnc2 מושווה בשני תנאים, חשוב מאוד לעבד את כל הדגימות לבידוד RNA, סינתזת cDNA ו- PCR בו זמנית באמצעות אותם ריאגנטים ופרוצדורה. כדי לבצע את הכימות המוחלט של circRNAs באמצעות תגובת dd-PCR, יש להשתמש בכמות שווה של ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר CircRNA גדל בעשור האחרון עם גילוי טכנולוגיות ריצוף בתפוקה גבוהה. כתוצאה מכך, היא נחשבה למולקולה פוטנציאלית לטיפולי RNA עתידיים. בנוסף, ידוע כי הוא משמש כסמן ביולוגי במספר מחלות, כולל סרטן ומחלות לב וכלי דם 4,8. עם זאת, הזיהוי של circRNA הוא מסובך בגלל השפע הנמוך שלו ויש לו רק רצף צומת אחורי ספציפי אחד שמבדיל אותו מה-mRNA9 ההורי. RT-PCR באמצעות פריימרים מסתעפים הייתה טכניקת תקן הזהב לאימות circRNA מאז גילויו
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים על היעדר ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי מימון תוך-מוחי מהמכון למדעי החיים, מענק המחקר DBT (BT/PR27622/MED/30/1961/2018), ומלגת Wellcome Trust/DBT India Alliance [IA/I/18/2/504017] שהוענקה לאמארש ג. פנדה. אנו מודים לחברי מעבדה אחרים על הגהת המאמר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור מיקרוצנטיפוגה 1.5 מ"ל | Tarson | 500010 | |
| רצועות צינור 0.2 מ"ל עם מכסה | Tarson | 610020, 510073 | |
| טיפים לסנן | Tarson | 528104 | |
| מים מזוקקים ללא DNase/RNase | Thermo Fisher Scientific | 10977023 | |
| תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS) | Sigma | P4417 | |
| Cell מגרד | HiMedia | TCP223 | |
| כלורופורם | SRL | 96764 | |
| מדלל DNA | HiMedia | MB228 | |
| פריימרים אקראיים | Thermo Fisher Scientific | 48190011 | |
| dNTP סט | Thermo Fisher Scientific | R0181 | |
| מעכב RNase עכברי | NEB | M0314S | |
| Maxima הפוך Transcriptase | Thermo Fisher Scientific | EP0743 | |
| QX200 dd-PCR Evagreen Supermix | Bio-Rad | 1864033 | |
| שמן ליצירת טיפות עבור Evagreen | Bio-Rad | 1864006 | |
| PCR צלחת חותם חום, נייר כסף, | ואטמים של Bio-Rad | ||
| 1864007 | |||
| DG8 מחסנית מחזיק | Bio-Rad | 1863051 | |
| QX200 מחולל טיפות | Bio-Rad | 1864002 | |
| ddPCR 96 בארות צלחות | Bio-Rad | 12001925 | |
| PX1 PCR אוטם צלחות | Bio-Rad | 1814000 | |
| C1000 מגע Thermal Cycler עם 96– מודול תגובת באר עמוקה | Bio-Rad | 1851197 | |
| QX200 קורא טיפות | Bio-Rad | 1864003 | |
| תוכנת Quantasoft | Bio-Rad | 1864011 | |
| עמוד סיליקה | מטריה מדעי החיים | 38220090 | |
| דפדפן | https://genome.ucsc.edu/ | ||
| Primer 3 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה