כדי לנתח את תפקודם של lncRNAs בתהליכים תלויי זמן כגון חוסר יציבות כרומוזומלית, יש להשיג אפקט נוקדאון ממושך. למטרה זו, מוצג כאן פרוטוקול המשתמש באוליגונוקלאוטידים אנטיסנס מותאמים כדי להשיג נוקדאון יעיל בשורות התאים למשך 21 יום.
מאמר שיטה
כדי לנתח את תפקודם של lncRNAs בתהליכים תלויי זמן כגון חוסר יציבות כרומוזומלית, יש להשיג אפקט נוקדאון ממושך. למטרה זו, מוצג כאן פרוטוקול המשתמש באוליגונוקלאוטידים אנטיסנס מותאמים כדי להשיג נוקדאון יעיל בשורות התאים למשך 21 יום.
RNAs ארוכים שאינם מקודדים (lncRNAs) ממלאים תפקידי רגולציה מרכזיים בביטוי גנים ברמת השעתוק. ראיות ניסיוניות קבעו כי חלק ניכר מה-lncRNA מצטבר באופן מועדף בגרעין. לניתוח תפקודם של lncRNAs גרעיניים, חשוב להשיג הפלה יעילה של תעתיקים אלה בתוך הגרעין. בניגוד לשימוש בהפרעות RNA, טכנולוגיה התלויה במנגנון ההשתקה הציטופלזמי, טכנולוגיית אוליגונוקלאוטיד אנטיסנס (ASO) יכולה להשיג הפלת RNA על ידי גיוס RNase H לדופלקסים RNA-DNA עבור מחשוף RNA גרעיני. בניגוד לשימוש בכלי CRISPR-Cas להנדסת גנום, כאשר יכולים להתרחש שינויים אפשריים במצב הכרומטין, ASOs מאפשרים הפלה יעילה של תעתיקים גרעיניים מבלי לשנות את הגנום. עם זאת, אחד המכשולים העיקריים לנוקדאון בתיווך SO הוא ההשפעה הזמנית שלו. לצורך חקר ההשפעות ארוכות הטווח של השתקת lncRNA, יש צורך בשמירה על נוקדאון יעיל לאורך זמן. במחקר זה פותח פרוטוקול להשגת אפקט נוקדאון למשך למעלה מ-21 יום. המטרה הייתה להעריך את ההשפעות הרגולטוריות של lncRNA על הגן המקודד הסמוך RFC4, הקשור לחוסר יציבות כרומוזומלית, מצב שנצפה רק לאורך זמן והזדקנות התאים. נעשה שימוש בשני קווי תאים אנושיים שונים: PrEC, תאי אפיתל ראשוניים רגילים של הערמונית, ו-HCT116, קו תאי אפיתל המבודד מקרצינומה של המעי הגס, והשיג נוקדאון מוצלח בשורות התאים שנבדקו.
הרוב המכריע של הגנום האנושי מתומלל, מה שמוליד מגוון רחב של תעתיקים, כולל lncRNAs, שמספרם עולה על מספר הגנים המקודדים המבוארים בטרנסקריפטום האנושי1. LncRNAs הם תעתיקים ארוכים יותר מ-200 נוקלאוטידים שאינם מקודדים חלבונים 2,3 ונבדקו לאחרונה על תפקידיהם הרגולטוריים החשובים בתא4. הוכח כי תפקידיהם תלויים בלוקליזציה התת-תאית שלהם5, כגון הגרעין שבו חלק משמעותי מ-lncRNAs מצטברים ומשתתפים באופן פעיל בוויסות שעתוק6 ולתחזוקת ארכיטקטורה גרעינית7, בין תהליכים ביולוגיים אחרים 8,9,10.
לצורך אפיון פונקציונלי של lncRNAs גרעיניים, יש להשתמש בשיטות המסוגלות לגרום לנוקדאון (KD) בגרעין, ו-ASOs הם כלי רב עוצמה להשתקת תעתיקים גרעיניים. באופן כללי, ASOs הם רצפי DNA חד-גדיליים ~ 20 זוגות בסיסים באורך הנקשרים ל-RNA משלים על ידי זיווג בסיסי ווטסון-קריק 11,12,13 ויכולים לשנות את תפקוד ה-RNA באמצעות מנגנונים התלויים במבנה הכימי שלהם ובשינויים 13,14. ניתן לחלק את השינויים הכימיים של ASO לשתי קבוצות עיקריות: שינויים בעמוד השדרה ושינויים בטבעת סוכר 2'15, שניהם נועדו להגביר את היציבות על ידי הענקת עמידות גבוהה לנוקלאזות אך גם לשפר את האפקט הביולוגי המיועד13,16. בין השינויים בעמודת השדרה, קשרי פוספורמידאט מורפולינו (PMO), תיופוספורמידאט ומורפולינו נמצאים בשימוש נרחב למטרות כגון הפרעה בשחבור17,18 על ידי שימוש כסוכני חסימה סטריים19 אך לא כדי לגרום לפירוק התעתיק. שינוי נוסף בעמוד השדרה הוא קשר הזרחן (PS), אחד השינויים הנפוצים ביותר ב-ASOs. בניגוד לשינויים שהוזכרו קודם לכן, אגרות חוב PS אינן מפריעות לגיוס RNase H12,20, ובכך מאפשרות הפלת RNA. עם זאת, יש גם מגוון רחב של שינויים בטבעת סוכר בגודל 2 אינץ'21; עם זאת, לצורך הפלת RNA, בין השינויים הגורמים להשפעות השתקה יעילות ניתן למנות חומצות גרעין נעולות (LNAs)22, 23 ו-2'-O-methyl modification24. למרות ש-LNAs הוכחו כיעילים ביותר עבור נוקדאון בהשוואה לשינויים אחרים25, הם יכולים לגרום להשפעות לא רצויות כגון רעילות כבד26 ואינדוקציה של אפופטוזיס in vivo ו-in vitro27.
לצורך הפלת RNA, ASOs עם השינויים המתאימים שהוזכרו קודם יכולים לגייס RNase H1 ו-H220,28, ואנזימים אלה מגויסים להכלאות DNA-RNA ומבקעים את ה-RNA המטרה, ומשחררים את ה-ASO13. תוצרי ה-RNA של מחשוף זה מעובדים לאחר מכן על ידי מנגנון מעקב ה-RNA, וכתוצאה מכך פירוק RNA29 מבלי לשנות את אזור העניין הגנומי, בניגוד לטכניקות אחרות כגון מערכות CRISPR-Cas, שבהן שינויים במצב הכרומטין יכולים ליצור השפעות ביולוגיות לא רצויות30. למרות היתרונות של טכנולוגיית ASO, השפעות ההשתקה הזמניות עקב חלוקת תאים או פירוק ASO לאורך זמן מהוות מכשול שיש להתגבר עליו בעת חקר תהליכים תלויי זמן כגון אי יציבות כרומוזומלית (CIN)31.
בפרט, CIN מוגדר כשיעור מוגבר של שינויים במספר הכרומוזומים ובמבנה בהשוואה לאלו של תאים נורמליים32 ונובע משגיאות בהפרדת הכרומוזומים במהלך המיטוזה, מה שמוביל לשינויים גנטיים שמקורם בהטרוגניות תוך-גידולית33 לאורך זמן. לפיכך, לא ניתן להעריך CIN רק על ידי מציאת קריוטיפ אנופלואידי. למחקר והערכה נאותים של CIN בתרבית תאים, חשוב לעקוב אחר התאים לאורך זמן. לצורך חקר ההשפעות של lncRNA KD על CIN, יש צורך במתודולוגיה המאפשרת אפקט KD ממושך. למטרה זו, נעשה שימוש ב-ASOs בפרוטוקול זה, שבו lncRNA-RFC4 הושתק בהצלחה בשורות התאים האנושיים HCT115 ו-PrEC למשך 18 ו-21 ימים, בהתאמה. תעתיק זה הוא lncRNA לא מאופיין באורך של 1.2 kb, ומיקומו הגנומי הוא על כרומוזום 3 (q27.3). הוא צמוד לגן מקודד החלבון RFC4, גן הקשור ל-CIN בסוגים שונים של סרטן אנושי 34,35,36.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: פרוטוקול זה מיועד לביצוע רק על ידי אנשי מעבדה בעלי ניסיון בהליכי בטיחות במעבדה. חיוני לקרוא כראוי את גיליונות נתוני הבטיחות מכל הריאגנטים והחומרים המשמשים בפרוטוקול זה לפני תחילת הטיפול בחומרים וציוד מסוכנים. חיוני לקרוא, להבין ולמלא את כל דרישות הבטיחות המצוינות במדריך בטיחות המעבדה של המוסד שלך לאורך כל הפרוטוקול. סילוק כל הפסולת הביולוגית והכימית חייב להתבצע על פי המדריך לניהול וסילוק פסולת של המוסד. אם לא מטפלים בזהירות ובהתאם לנוהלי מעבדה בטוחים, חומרים וציוד המשמשים בפרוטוקול זה עלולים לגרום לפציעה חמורה. פעל תמיד לפי מדריך מעבדת הבטיחות ונהלי הבטיחות של המוסד.
1. תכנון ASOs
2. הכנת תאים
הערה: עבוד בתוך מכסה המנוע של תרבית התאים בכל פעם שמטפלים בקווי תאים, תמיסות, חומר או כל מוצר לשימוש במהלך מניפולציה של תרבית תאים. בעת מניפולציה של נוזלים לתרבית תאים, השתמש תמיד בפיפטות סרולוגיות מעוקרות או במיקרופיפטות עם קצות מעוקרים. מלא תמיד ופעל לפי כל דרישות הבטיחות המצוינות במדריך הבטיחות במעבדה של המוסד במהלך כל הפרוטוקול.
3. טרנספקציה
4. קצירת תאים ומעבר
הערה: קצירת תאים ומעבר מבוצעים לאחר כל 2 סבבים של טרנספקציה ולאחר סבבי הטרנספקציה ה-2, ה-4ו-6. הזמן הממוצע לקציר בתאי HCT116 היה 6 ימים לאחרהטרנספקציות ה-1, ה-3וה-5, ועבור תאי PrEC, הזמן הממוצע היה 7 ימים לאחרהטרנספקציות ה-1, ה-3 וה-5. נקודת הזמן לטרנספקציה שונה עבור שני קווי התאים המשמשים בפרוטוקול זה. עבור HCT116, הטרנספקציותה-2,ה-3, ה-4,ה-5 ו-6 מבוצעות 3, 6, 9, 12 ו-15 ימים לאחר הטרנספקציה הראשונה, בהתאמה. עבור PrEC, הטרנספקציות ה-2, ה-3,ה-4, ה-5 וה-6 מבוצעות 3, 7, 10, 14 ו-18 ימים לאחר הטרנספקציה הראשונה, בהתאמה. עיין בציר הזמן באיור 3 כדי לבדוק נקודות זמן עבור טרנספקציה, מעבר וקציר.
5. מיצוי RNA ו-RT-PCR
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בפרוטוקול הנוכחי, השימוש ב-ASOs הותאם ל-KD של lncRNA גרעיני למשך זמן ממושך בשורות התאים האנושיים PrEC ו-HCT116.
ללא ספק, ניסוי KD הצליח בקו התאים PrEC במשך 21 ימים של הניסוי, כפי שנצפה באיור 4. כדי לאשש קביעה זו, בנוסף לניתוח הביטוי בימי המעבר בין התאים (איור 4 A-C), ניתחנו את המחסומים שהוקמו בין מעברים 1 ו-2 ובין מעברים 2 ו-3; סה"כ 5 פעמים (איור 4-D). KD מוצלח של lncRNA-...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כפי שצוין קודם לכן, ל-lncRNAs יש פונקציות רגולטוריות מרכזיות בתא; לפיכך, חוסר ויסות של תעתיקים אלה עשוי להיות מעורב במחלות. סרטן היא מחלה כזו המאופיינת בחוסר ויסות lncRNA43,44. במחלה זו, ידוע כי lncRNAs ממלאים תפקידים רגולטוריים חשובים כמו אונקוגנים45 או מדכאי גידול46. חלקם מעורבים בהתפתחות סימני היכר של סרטן, והם יכולים לווסת, למשל, התפשטות47,48,49
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
מונטיאל-מנריקז, רוחליו הוא דוקטורנט מ-Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) וקיבל מלגת CONACyT עם מספר CONACyT CVU: 581151.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות צנטריפוגה 15 מ"ל - צינורות חרוטיים 15 מ"ל | תרמו פישר סיינטיפיק | 339650 | |
| קורנינג 100 מ"מ צלחת תרבית מטופלת TC | קורנינג | 430167 | שטח פנים: 55 ס" |
| מ קורנינג 35 מ"מ צלחת תרבית מטופלת TC | קורנינג | 430165 שטח פנים: 9 ס"מ | |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | Thermo Fisher Scientific | 14190144 | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | ATCC | 30-2020 | |
| HCT 116 קו תאים | ATCC | CCL-247 | |
| HEPES, תמיסת חיץ 1M | Thermo Fisher Scientific | 15630122 | |
| טכנולוגיות DNA משולבות | NA | NA | https://www.idtdna.com/ |
| Lipofectamine RNAiMAX Reagent | Thermo Fisher Scientific | 13778150 | |
| McCoy's 5A medium | ATCC | 30-2007 | |
| תאי אפיתל ראשוניים אנושיים רגילים (HPrEC) | ATCC | PCS-440-010 | |
| פיצוץ נוקלאוטידים NCBI | NA | NA https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi | |
| Opti-MEM מדיה סרום מופחתת | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
| PBS (10X), pH 7.4 | Thermo Fisher Scientific | ||
| ערמונית תא אפיתל בסיסי | בינוני ATCC | PCS-440-030 | |
| ערכת צמיחת תאי אפיתל ערמונית | ATCC | PCS-440-040 | |
| כלי מקוון להשלמה הפוכה | NA | NA | https://www.bioinformatics.org/sms/rev_comp.html |
| RNAfold WebServer | NA | NA http://rna.tbi.univie.ac.at//cgi-bin/RNAWebSuite/RNAfold.cgi | |
| צינורות מיקרופוגה ללא RNase, 1.5 מ"ל | תרמו פישר מדעי | AM12400 | |
| TrypLE אקספרס אנזים (1X), ללא פנול אדום | תרמו פישר מדעי | 12604013 | תמיסת טריפסין-EDTA |
| תמיסת נטרול טריפסין | ATCC | PCS-999-004 | |
| טריפסין-EDTA לתאים ראשוניים | ATCC | PCS-999-003 | |
| UCSC דפדפן גנום, אנושי (GRCh38 / hg38) | NA | NA https://genome.ucsc.edu/ |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה