RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
it_IT
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Abbiamo sviluppato un saggio reporter di biogenesi di microRNA intronico da utilizzare in cellule in vitro con quattro plasmidi: uno con miRNA intronico, uno con il bersaglio, uno per sovraesprimere una proteina regolatrice e uno per Renilla luciferasi. Il miRNA è stato elaborato e potrebbe controllare l'espressione della luciferasi legandosi alla sequenza bersaglio.
I microRNA (miRNA) sono molecole di RNA corte che sono diffuse negli eucarioti. La maggior parte dei miRNA sono trascritti da introni e la loro maturazione coinvolge diverse proteine leganti l'RNA nel nucleo. I miRNA maturi mediano frequentemente il silenziamento genico, e questo è diventato uno strumento importante per comprendere gli eventi post-trascrizionali. Oltre a ciò, può essere esplorato come una metodologia promettente per le terapie geniche. Tuttavia, attualmente mancano metodi diretti per valutare l'espressione dei miRNA nelle colture cellulari di mammifero. Qui, descriviamo un metodo efficiente e semplice che aiuta a determinare la biogenesi e la maturazione dei miRNA attraverso la conferma della sua interazione con le sequenze bersaglio. Inoltre, questo sistema consente la separazione della maturazione dei miRNA esogeni dalla sua attività endogena utilizzando un promotore inducibile dalla doxiciclina in grado di controllare la trascrizione primaria dei miRNA (pri-miRNA) con alta efficienza e basso costo. Questo strumento consente anche la modulazione con proteine leganti l'RNA in un plasmide separato. Oltre al suo uso con una varietà di miRNA diversi e i loro rispettivi bersagli, può essere adattato a diverse linee cellulari, a condizione che queste siano suscettibili di trasfezione.
Lo splicing dell'mRNA precursore è un processo importante per la regolazione dell'espressione genica negli eucarioti1. La rimozione degli introni e l'unione degli esoni nell'RNA maturo è catalizzata dallo spliceosoma, un complesso ribonucleoproteico di 2 megadalton composto da 5 snRNA (U1, U2, U4, U5 e U6) insieme a più di 100 proteine 2,3. La reazione di splicing avviene co-trascrizionalmente e lo spliceosoma viene assemblato ad ogni nuovo introne guidato dal riconoscimento dei siti di giunzione conservati ai confini dell'esone-introne e all'interno dell'introne4. Introni diversi potrebbero avere velocità di splicing diverse nonostante la notevole conservazione del complesso dello spliceosoma e dei suoi componenti. Oltre alle differenze nella conservazione del sito di splicing, le sequenze regolatorie distribuite su introni ed esoni possono guidare le proteine leganti l'RNA (RBP) e stimolare o reprimere lo splicing 5,6. HuR è un RBP espresso ubiquitariamente ed è un fattore importante per controllare la stabilità dell'mRNA7. I risultati precedenti del nostro gruppo hanno mostrato che HuR può legarsi agli introni contenenti miRNA, indicando che questa proteina potrebbe essere un fattore importante per facilitare l'elaborazione e la maturazione dei miRNA, portando anche alla generazione di isoforme di splicing alternative 6,8,9.
Molti microRNA (miRNA) sono codificati da sequenze introniche. Mentre alcuni fanno parte dell'introne, altri sono noti come "mirtron" e sono formati dall'intero introne10,11. I miRNA sono brevi RNA non codificanti, che vanno da 18 a 24 nucleotidi di lunghezza12. La loro sequenza matura mostra una complementarità parziale o totale con le sequenze bersaglio negli mRNA, influenzando quindi i tassi di traduzione e/o di decadimento dell'mRNA. Le combinazioni di miRNA e bersagli guidano la cellula verso risultati diversi. Diversi miRNA possono guidare le cellule verso fenotipi pro- o anti-tumorali13. I miRNA oncogeni di solito prendono di mira gli mRNA che innescano una caratteristica soppressiva, portando ad un aumento della proliferazione cellulare, della migrazione e dell'invasione14. D'altra parte, i miRNA soppressivi del tumore potrebbero colpire mRNA oncogeni o mRNA correlati all'aumento della proliferazione cellulare.
Anche l'elaborazione e la maturazione dei miRNA dipendono dalla loro origine. La maggior parte dei miRNA intronici vengono elaborati con la partecipazione del microprocessore, formato dalla ribonucleasi Drosha e dai cofattori proteici12. I mirtroni vengono elaborati con l'attività dello spliceosoma indipendentemente da Drosha15. Considerando l'alta frequenza di miRNA presenti all'interno degli introni, abbiamo ipotizzato che le proteine leganti l'RNA coinvolte nello splicing potrebbero anche facilitare l'elaborazione e la maturazione di questi miRNA. In particolare, l'hnRNP RBP A2/B1 è già stato associato al microprocessore e alla biogenesi16 del miRNA.
Abbiamo precedentemente riportato che diverse proteine leganti l'RNA, come hnRNPs e HuR, sono associate a miRNA intronici dalla spettrometria di massa17. L'associazione di HuR (ELAVL1) con i miRNA del cluster intronico miR-17-92 è stata confermata utilizzando l'immunoprecipitazione e l'analisi in silico 9. miR-17-92 è un cluster di miRNA intronico composto da sei miRNA con aumentata espressione in diversi tumori18,19. Questo cluster è anche noto come "oncomiR-1" ed è composto da miR-17, miR-18 a, miR-19 a, miR-20, miR-19 b e miR-92 a. miR-19 a e miR-19b sono tra i miRNA più oncogeni di questo cluster 19. L'aumentata espressione di HuR stimola la sintesi di miR-19a e miR-19b 9. Poiché le regioni introniche che fiancheggiano questo cluster sono associate a HuR, abbiamo sviluppato un metodo per indagare se questa proteina potesse regolare l'espressione e la maturazione di miR-19a e miR-19b. Una previsione importante della nostra ipotesi era che, come proteina regolatrice, HuR potrebbe facilitare la biogenesi dei miRNA, portando ad alterazioni fenotipiche. Una possibilità era che i miRNA fossero processati dalla stimolazione di HuR ma non fossero maturi e funzionali e, quindi, gli effetti della proteina non avrebbero avuto un impatto diretto sul fenotipo. Pertanto, abbiamo sviluppato un saggio di splicing reporter per indagare se un RBP come HuR potrebbe influenzare la biogenesi e la maturazione di un miRNA intronico. Confermando l'elaborazione e la maturazione dei miRNA, il nostro test mostra l'interazione con la sequenza target e la generazione di un miRNA maturo e funzionale. Nel nostro test, abbiamo accoppiato l'espressione di un cluster di miRNA intronico con un plasmide di luciferasi per verificare il legame del bersaglio dei miRNA nelle cellule in coltura.
Una panoramica del protocollo qui descritto è illustrata nella Figura 1.
1. Costruzione plasmidica
2. Coltura cellulare
NOTA: La linea cellulare HeLa-Cre è stata un dono del Dr. E. Makeyev21, e la cellula di cancro papillare della tiroide (BCPAP) è stata gentilmente fornita dal Dr. Massimo Santoro (Università "Federico II", Napoli, Italia). Le cellule HeLa, le cellule tumorali papillari della tiroide (BCPAP) e HEK-293T sono state utilizzate per sovraesprimere HuR.
3. Sovraespressione di HuR
4. Isolamento totale dell'RNA
5. Determinazione della concentrazione totale e della qualità dell'RNA
6. Trascrizione inversa
7. PCR quantitativa
8. Il saggio del reporter
La nostra ipotesi iniziale era che HuR potesse facilitare la biogenesi dei miRNA intronici legandosi alla sua sequenza pre-miRNA. Pertanto, la connessione tra l'espressione di HuR e la biogenesi del cluster miR-17-92 potrebbe indicare un nuovo meccanismo che governa la maturazione di questi miRNA. La sovraespressione di HuR dopo trasfezione di pFLAG-HuR è stata confermata in tre diverse linee cellulari: HeLa, BCPAP e HEK-293T (Figura 2). Come controlli, sono state utilizzate cellule non trasfettate e cellule trasfettate con vettori pFLAG vuoti. È importante sottolineare che abbiamo osservato che la sovraespressione di HuR in queste cellule stimola l'espressione di miR-19a (Risultati della Tabella supplementare 1 riportati in Gatti da Silva et al.9).
Per confermare che i miRNA indotti erano realmente funzionali, è stato progettato un sistema di reporter in vitro , come descritto qui. L'introne artificiale in pRD-RIPE separa due regioni codificanti di eGFP. Questa cassetta è sotto il controllo di un elemento sensibile alla tetraciclina (TRE). L'espressione di eGFP è, quindi, controllata dalla presenza dell'antibiotico doxiciclina (DOX) nel mezzo cellulare (Figura 3).
Una ricerca in silico utilizzando miRbase e TargetScan ha rivelato possibili bersagli di mRNA per miR-19 a e miR-19 b (componenti del cluster miR-17-92). Come potenziale bersaglio per entrambi i miRNA, è stata scelta la sequenza 5' TTTGCACA 3', trovata nella regione UTR di RAP-IB 3' (Tabella supplementare 2). RAP-IB è un membro GTPasi della famiglia di proteine associate a Ras (RAS). I miRNA indotti sono stati correttamente elaborati e funzionali nel nostro test in quanto ibridati alla sequenza bersaglio clonata accanto alla luciferasi (vedi Figura 3, bersaglio pmiR-GLO). Pertanto, ha bloccato la traduzione della luciferasi, che si rifletteva in una ridotta attività della luciferasi (Figura 3). Come controllo per questo test, abbiamo codificato la sequenza target, sostituendola con 5' GGGTAAA 3' nel plasmide strapazzato di Luc (le sequenze target e scrambled sono sottolineate nelle sequenze oligos nella tabella dei materiali).
In condizioni regolari e senza induzione del plasmide pRD-miR-17-92, miR-19a e/o miR-19b endogeni hanno trovato il bersaglio su pmiR-GLO, che ha portato a una ridotta attività della luciferasi (dati non mostrati). Dopo la supplementazione di DOX, è stata osservata una riduzione lieve e non statisticamente significativa dell'attività della luciferasi nelle cellule con una sequenza target criptata. Ciò potrebbe essere dovuto alla presenza di sequenze bersaglio per altri miRNA in questa sequenza. Una forte riduzione dell'attività della luciferasi è stata osservata con RAP-IB 3'UTR dopo un aumento dell'espressione di miR-19 a e miR-19 b da pRD-miR-17-92rispetto alle cellule HeLa-Cre(vedere Figura 4, confrontare barre arancioni e nere). La trasfezione di pFLAG-HuR in queste cellule di per sé non ha modificato l'attività della luciferasi (vedere Figura 4, confrontare le barre grigie e nere). Tuttavia, la sovraespressione di HuR accoppiata con l'integrazione di doxiciclina, stimolando l'espressione del cluster miR-17-92, ha ulteriormente ridotto l'attività della luciferasi (vedere Figura 4, confrontare le barre grigie e rosse). Ciò indica una regolazione positiva di HuR su miR-19 a e miR-19 b, unita alla corretta elaborazione e maturazione di questi miRNA, che sono stati in grado di trovare con successo i loro bersagli (HeLa-Cre miR-17-92-HuR-luc) (vedi Figura 4).
L'uso di questo sistema reporter ha confermato che HuR induce l'espressione e la corretta maturazione di miR-19 a e miR-19b nelle cellule HeLa.

Figura 1: Una panoramica concettuale del protocollo qui descritto. I plasmidi contenenti il miRNA, la sequenza bersaglio, la proteina regolatrice e pTK-Renilla sono stati trasfettati in cellule in coltura. Dopo la selezione antibiotica, queste cellule sono state utilizzate per indurre l'espressione di miRNA (con doxiciclina), con successiva quantificazione dell'attività della luciferasi e per l'analisi dell'RNA per confermare la sovraespressione di HuR. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Conferma della sovraespressione di FLAG-HuR nelle cellule (A) HeLa, (B) BCPAP e (C) HEK293T mediante qPCR. La trasfezione con pFLAG vuoto è stata utilizzata come controllo (barre bianche). β-actina è stata utilizzata per normalizzare i valori Ct. L'asse y rappresenta il cambiamento di espressione della piega calcolato dopo la normalizzazione. Le barre di errore rappresentano errori standard calcolati da tre misurazioni indipendenti. **P <0.005, ****P < 0.0005 (cifra adattata da Gatti da Silva et al.9). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Sistema reporter miRNA Intronic. (A) Rappresentazione schematica del plasmide pRD-RIPE che ha generato pRD-miR-17-92. pre-miR-17-92 era inserito all'interno dell'introne ed era sotto il controllo di un promotore inducibile da dox; a destra, il plasmide pmiR-GLO con sequenza target RAP-IB 3'UTR (pmiRGLO-RAP-IB); il controllo aveva la sequenza di destinazione criptata (pmiRGLO-scrambled). (B) Dettaglio sulla sequenza di pmiRGLO-RAP-IB, concentrandosi sulla sequenza bersaglio complementare a miR-19 a e miR-19b. L'attività della luciferasi è ridotta dall'interazione del miRNA e del bersaglio (figura adattata da Gatti da Silva et al.9). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Le cellule HeLa-Cre sono state co-trasfettate con plasmidi reporter pTK-Renilla, pmiRGLO-RAP-IB, pmiRGLO-scrambled, pRD-miR-17-92 e pFLAG-HuR. Attività della luciferasi su cellule HeLa-Cre non trasfettate (nero), HeLa-Cre miR-17-92-strapazzate (bianco), HeLa-Cre-HuR (grigio), HeLa-Cre miR-17-92-luc (arancione) e HeLa-Cre miR-17-92-HuR-luc (rosso). L'attività della luciferasi è stata quantificata come descritto nel protocollo come attività relativa della luciferasi della lucciola alla renilla luciferasi (osservata con pTK-Renilla) e normalizzata dopo l'aggiunta di doxiciclina. Viene mostrato come "unità di luce relativa" (RLU) sull'asse y. **P < 0,005; P < 0,0005 (cifra adattata da Gatti da Silva et al.9). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Tabella supplementare 1: Valori di Ct grezzi osservati per qPCR per analizzare l'espressione di miR-19. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Tabella supplementare 2: Sequenza RAP-IB 3'UTR e sequenza bersaglio miR-19. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Gli autori non hanno conflitti di interesse.
Abbiamo sviluppato un saggio reporter di biogenesi di microRNA intronico da utilizzare in cellule in vitro con quattro plasmidi: uno con miRNA intronico, uno con il bersaglio, uno per sovraesprimere una proteina regolatrice e uno per Renilla luciferasi. Il miRNA è stato elaborato e potrebbe controllare l'espressione della luciferasi legandosi alla sequenza bersaglio.
Gli autori sono grati a E. Makeyev (Nanyang Technological University, Singapore) per le cellule HeLa-Cre e i plasmidi pRD-RIPE e pCAGGS-Cre. Ringraziamo Edna Kimura, Carolina Purcell Goes, Gisela Ramos, Lucia Rossetti Lopes e Anselmo Moriscot per il loro supporto.
| Recombinant DNA | |||
| pCAGGS-Cre (Cre- plasmide codificante) | Un gentile dono di E. Makeyev da Khandelia et al., 2011 | ||
| pFLAG-HuR | Generato durante questo lavoro | ||
| pmiRGLO-RAP-IB | Generato durante questo lavoro | ||
| pmiRGLO-scrambled | Generato durante questo lavoro | ||
| pRD-miR-17-92 | Generato durante questo lavoro | ||
| donatore | pRD-RIPE | Un gentile dono da E. Makeyev da Khandelia et al., 2011 | |
| pTK-Renilla | Promega | E2241 | |
| Antibodies | |||
| anti-B-actin | Sigma Aldrich | A5316 | |
| anti-HuR | mAb per segnalazione cellulare | 12582 | |
| IRDye 680CW Capra anti-topo IgG | Li-Cor Biosciences | 926-68070 | |
| IRDye 800CW Capra anti-coniglio IgG | Li-Cor Biosciences | 929-70020 | |
| Experimental Models: Cell Lines | |||
| HeLa-Cre | Un gentile regalo da E. Makeyev da Khandelia et al., 2011 | ||
| HeLa-Cre miR17-92 | Generato durante questo lavoro | ||
| HeLa-Cre miR17-92-HuR | Generato durante questo lavoro | ||
| HeLa-Cre miR17-92-HuR-luc | Generato durante questo lavoro | ||
| HeLa-Cre miR17-92-luc | Generato durante questo lavoro | ||
| HeLa-Cre miR17-92-scrambled | Generato durante questo lavoro | ||
| Chemicals e peptidi | |||
| DMEM/ad alto glucosio | Thermo Fisher Scientific | 12800-017 | |
| Doxiciclina | BioBasic | MB719150 | |
| Sistema di dosaggio della luciferasi Dual-Glo | Promega | E2940 | |
| EcoRI | Thermo Fisher Scientific | ER0271 | |
| EcoRV | Thermo Fisher Scientific | ER0301 | |
| Geneticin | Thermo Fisher Scientific | E859-EG | |
| L-glutammina | Life Technologies | ||
| Opti-MEM I | Life Technologies | 31985-070 | |
| pFLAG-CMV™-3 Vettore di espressione | Sigma Aldrich | E6783 | |
| pGEM-T | Promega | A3600 | |
| Platinum Taq DNA polimerasi | Thermo Fisher Scientific | 10966-030 | |
| pmiR-GLO | Promega | E1330 | |
| Puromicina | Sigma Aldrich | P8833 | |
| RNAsi OUT | Thermo Fisher Scientific | 752899 | |
| Kit SuperScript IV | Thermo Fisher Scientific | 18091050 | |
| Reagente Trizol-LS | Thermo Fisher | 10296-028 | |
| tripsina/EDTA 10X | Life Technologies | 15400-054 | |
| XbaI | Thermo Fisher Scientific | 10131035 | |
| XhoI | Promega | R616A | |
| Oligonucleotidi | |||
| forward RAP-1B pmiRGLO | Exxtend | TCGAGTAGCGGCCGCTAGTAAG CTACTATATCAGTTTGCACAT | |
| reverse RAP-1B pmiRGLO | Exxtend | CTAGATGTGCAAACTGATATAGT AGCTTACTAGCGGCCGCTAC | |
| forward scrambled pmiRGLO | Exxtend | TCGAGTAGCGGCCGCTAGTAA GCTACTATATCAGGGGTAAAAT | |
| reverse scrambled pmiRGLO | Exxtend | CTAGATTTTACCCCTGATATAGT AGCTTACTAGCGGCCGCTAC | |
| forward HuR pFLAG | Exxtend | GCCGCGAATTCAATGTCTAAT GGTTATGAAGAC | |
| reverse HuR pFLAG | Exxtend | GCGCTGATATCGTTATTTGTG GGACTTGTTGG | |
| forward pre-miR-1792 pRD-RIPE | Exxtend | ATCCTCGAGAATTCCCATTAG GGATTATGCTGAG | |
| reverse pre-miR-1792 pRD-RIPE | Exxtend | ACTAAGCTTGATATCATCTTG TACATTTAACAGTG | |
| forward snRNA U6 (RNU6B) | Exxtend | CTCGCTTCGGCAGCACATATAC | |
| reverse snRNA U6 (RNU6B) | Exxtend | GGAACCTTCACGAATTTGCGTG | |
| forward B-Actin qPCR | Exxtend | ACCTTCTACAATGAGCTGCG | |
| reverse B-Actin qPCR | Exxtend | CCTGGATAGCAACGTACATGG | |
| forward HuR qPCR | Exxtend | ATCCTCTGGCAGATGTTTGG | |
| reverse HuR qPCR | Exxtend | CATCGCGGCTTCTTCATAGT | |
| forward pre-miR-1792 qPCR | Exxtend | GTGCTCGACGACGAATTCGTCA GAATAATGTCAAAGTG | |
| reverse pre-miR-1792 qPCR | Exxtend | TCCAAGCTTAAGATATCCCAAAC TCAACAGGCCG | |
| Software e algoritmi | |||
| Prism 8 per Mac OS X | Graphpad | https://www.graphpad.com | |
| ImageJ | Istituti Nazionali di Sanità | http://imagej.nih.gov/ij |