全細胞RNAは、短期的RNA合成と崩壊の変化と同様に、RNAプロセシングの動態を研究するための貧乏人のテンプレートが用意されています。ここでは、これらの制限を克服することができ、新たに転写されたRNAのチオール特有のビオチン化および精製し、4 - チオウリジンと新しく転写されたRNAの代謝標識を記述します。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
方法論記事
* These authors contributed equally
全細胞RNAは、短期的RNA合成と崩壊の変化と同様に、RNAプロセシングの動態を研究するための貧乏人のテンプレートが用意されています。ここでは、これらの制限を克服することができ、新たに転写されたRNAのチオール特有のビオチン化および精製し、4 - チオウリジンと新しく転写されたRNAの代謝標識を記述します。
全トランスクリプトームマイクロアレイや次世代シーケンシングの開発は、細胞の遺伝子発現の複雑さの理解に革命をもたらしました。関与する分子機構の理解を深めるとともに、下地動態の正確な測定がますます重要になってきた。ここでは、これらの強力な方法論は、テンプレートサンプルそれら研究、 すなわち全細胞RNAの本質的な特性のための主要な制限に直面しています。多くの場合、全細胞RNAの変化が十分な解像度で、基礎となる分子事象とその動態を表現するためにいずれか遅すぎるか早すぎる起こる。また、RNA合成、加工、及び減衰の変化の寄与を容易に区別されていない。
最近では、これらの制限を克服するために、高解像度の遺伝子発現プロファイリングを開発した。我々のアプローチは、4 thiouriで新しく転写されたRNAの代謝標識に基づいていますチオール - 特異的ビオチンとストレプトアビジンでコートした磁気ビーズを使用して、新しく転写されたRNAの厳格な精製しダイン(ひいては4SUタグ付けとも呼ばれる)。それは、脊椎動物、 ショウジョウバエ 、および酵母を含む生物の広い範囲に適用可能である。我々は正常、転写因子活性のリアルタイム動態を研究するRNA半減期の正確な測定を提供し、RNAプロセシングの動態に新規な洞察を得るために4SUタギングを適用した。最後に、計算モデルは、基礎となる分子機構の統合された包括的分析を生成するために使用することができる。
遺伝子発現プロファイリングは、細胞プロセス及び関連する複雑な相互作用ネットワークを研究するために使用される重要なツールである。 mRNAの存在量に関する研究は、通常、基礎となる分子メカニズムに基本的な洞察を得るための最適な方法となっている。全トランスクリプトームマイクロアレイ1と、RNA(RNA-seqの)2-4より最近では、次世代シーケンスの開発は、このアプローチを燃料とする。これらの技術は、細胞の遺伝子発現の複雑さの理解に革命をもたらしているが、彼 らは、テンプレートサンプル、 すなわち全細胞RNAの本質的な特性のための主要な制限に直面しています。トータルRNAレベルで最初の、短期的な変化は、転写率の変化と一致していませんが、それぞれの転写産物のRNAの半減期に本質的に依存している。転写因子のための短命のトランスクリプト、 例えばエンコードの五倍誘導は、トータルRNAで容易に検出される一方時間以内に、長命の転写産物の同じ誘導、代謝酵素のための例えばエンコードは、実質的には不可視のままです。加えて、たとえ完全なシャットダウン(> 1,000倍ダウンレギュレーション)五時間のRNAの半減期と平均遺伝子の転写率は、単にだけ二重減少するために、その全RNAレベルに5時間かかりますで。従って、トータルRNAの分析は、調節機能5と転写因子や遺伝子をコードする多くは短命転写産物のアップレギュレーションの検出に有利で ある。また、規制の真の運動カスケードが隠されている、プライマリシグナリングイベントは二次と区別することはできません。両方、順番に、下流のバイオインフォマティクス解析の大幅な偏りが生じる可能性があります。第二に、トータルRNAレベルの変化は、RNAの合成または減衰の変化に起因することはできません。後者の測定はtranscriptiをブロック細胞侵襲アプローチ、 などを必要とするアクチノマイシンD 6、そして時間をかけて継続的なRNA崩壊の拡張監視を使用してください。 5の哺乳類細胞における平均mRNAの半減期で- 10時間5,7、ほとんどの遺伝子のmRNAレベルは、二重転写逮捕の数時間後に未満減少しております。これらむしろ小さな違いは、基礎となる数学の方程式の指数関数的性質に起因する細胞遺伝子の大多数のmRNAの半減期の著しく不正確な測定値になる。我々の遺伝子の約半分が選択的スプライシングイベント8の対象であることを最後に、全細胞RNAのRNA-seqのが明らかになっている間には、基本となる動力学と同様、組織とRNAプロセシングのコンテキスト固有の規制を導くダイナミックメカニズムはよくわかっていないままです。また、特に非コーディングRNA用の差動遺伝子発現に対する処理RNAの寄与は、決定されていない。要するに、これらの制限のためには大きな障害を表す基盤となる分子機構のバイオインフォマティクス運動モデリング。
我々は、最近のアプローチを開発し、これらの問題を克服するために、5,7,9、高解像度の遺伝子発現プロファイリングと呼ばれる。なお、4 -チオウリジン(4SUタギング)、天然に存在するウリジン誘導体を使用して、新しく転写されたRNAの代謝標識に基づいており、細胞増殖および遺伝子発現の干渉を最小限( 図1参照)5と新たに転写された転写物への直接アクセスを提供する10-12。その急速な取り込み、4SU-三リン酸へのリン酸化、および新たに転写されたRNAへの取り込みにおける4SU結果に真核細胞の暴露。全細胞RNAの単離の後、4SU-標識されたRNA画分はチオール - 特異的ビオチンと新たに転写されたRNA間のジスルフィド結合を生成するビオチン化される。 '全細胞RNA'は、その後、定量的にラベル分け( '新たに転写')とラベル付けされていない( 'プレexistinすることができますストレプトアビジンでコーティングされた磁気ビーズを用いて高純度グラム ')RNA。最後に、標識されたRNAは、単にジスルフィド結合を切断する還元剤( 例えば、ジチオスレイトール)を添加し、ビーズから新たに転写されたRNAを解放することによってビーズから回収される。
新たに転写されたRNAは4SU暴露期間中にすべての遺伝子の転写活性を示しています。分のタイムスケールで4SUタギングは、このように、真核生物の遺伝子発現のスナップ写真とダウンストリームバイオインフォマティクス解析( 例えばプロモーター解析)のための理想的なテンプレートを提供しています。定常状態が想定される場合、新たに転写/合計の比率では、新たに転写/非標識及び非標識/全RNAは、正確なRNAの半減期7,13への非侵襲的なアクセスを提供します。また、4SUタギング(5分4SU-RNA)の、わずか5分で15歳未満と60分4SU-RNAである。後精製し、その新たに転写されたRNAを注意することが重要です超短と次第に長く4SUタギングRNA-seqのと組み合わせて、単一の実験設定で両方を行う場合は、RNAプロセシングの動態は、ヌクレオチド分解能9で明らかにされています。最後に、計算モデルと組み合わせて新たに転写され、総RNAの経時的分析は、RNA合成と崩壊14の統合的な分析を可能にする。
結論として、このアプローチは、真核細胞におけるRNA合成、加工、及び劣化のダイナミクス直接分析を可能にする。これは、哺乳類、昆虫( ショウジョウバエ )、両生類( アフリカツメガエル )、および酵母5,15,16を含むすべての主要なモデル生物で適用されます。これは、マイクロアレイ解析5,17、RNA-seqの9,13,14と直接互換性があり、 生体内で 12,15 に適用されます。ここでは、詳細な方法論を、ラベルを分離、培養した哺乳動物細胞で新たに転写されたRNAを精製する。また、ポテンショらの問題や落とし穴が議論されています。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1。 4チオウリジンで代謝標識
実験装置/スケジュールの詳細な計画を作成し、細胞培養に4SUを追加するときに、サンプルを収穫するときなど 。各条件の間には少なくとも5分間プラン。一度に一つの条件のセルを扱う。最大を扱う。 3 - 特定の時点で5皿。温度とCO 2濃度の変化を最小限に抑えるために、できるだけ早く、細胞を扱う。これは細胞タンパク質へ4SU標識RNAの架橋につながる可能性があるので4SUが追加された後に明るい光に細胞をさらすことは避けてください。
ラベリングの開始
ラベリングの終わり
2。修正トリゾールプロトコルを使用したRNAの準備
3。新たに転写されたRNAのチオール特有のビオチン化
常に最後ビオチンHPDPを追加し、ピペッティングにより直ちに混ぜる。ビオチンが沈殿する場合には、DMF含有量は、40%の最終濃度まで増加させることができる。
4。 4SU-組み込み(オプション)のドットブロット分析
4SU取り込みを容易にビオチン化RNAのドットブロット分析によって決定することができる。これは、トラブルシューティングおよびビオチン化DNAオリゴコントロールに対する4SU取り込み率の推定を可能にするオプションの手順です。このアッセイのために我々Rステップ3.2 4SU標識RNAのビオチン化のために代わりにビオチンHPDPのヨードアセチル - ビオチン使っecommend。 4SU-RNAの不可逆的なビオチン化でこの結果。したがって、カラムベースの方法( 例えば 、RNイージー)ビオチン化RNAの非常に小さい量( 例えば、5μgの)の回収に使用することができる。 RNAはビオチンHPDPを用いてビオチン化しながらも、このアッセイに適しており、結果として得られる信号が弱いと不利な信号対雑音比( 図3)である。
5。ストレプトアビジンコート磁気ビーズを用いて標識し、非標識RNAの分離
6。新たに転写されたRNAの回収
ontent ">製造者の指示に従ってのRNeasyのMinEluteクリーンアップ(キアゲン)プロトコルを続行します。光度計分光光度計を用いて25μlのヌクレアーゼフリーH 2 Oを測定RNA濃度の溶出。提出する前に、RNAを解凍し、再凍結する必要性を回避するためにそれは、ハイスループットアッセイに、我々は新たに転写されたRNAを精製された直後にcDNAを準備をお勧めします。製造元の指示に従ってcDNA合成のために、20μlのcDNA合成ミックスで新たに転写されたRNAの2.5μlを使用する1を用いて定量RT-PCRのコントロールを実行:cDNAのミックスの10希釈-80で保存RNA℃まで。7。ラベルなし、バインドされていないRNAの回収(オプション)
結合していない場合には、RNAを回収する必要があり、フロースルー(列にRNA-ストレプトアビジンビーズ溶液を添加した後)およびその後の沈殿のための最初の洗浄を収集し、組み合わせる。通常、それはTHIとして結合していないRNAの50%だけ沈殿するのに十分であるsが出発物質の> 80%が含まれています。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1。出発物質と期待利回り
4SU暴露の1時間(時間)に続いて新たに転写されたRNAは、約1を表す - 全細胞RNAの4%。彼らはもはや細胞増殖/複製を考慮してRNAを合成しないので、これは成長逮捕細胞で低くなります。全RNAの80μgの - 1時間ラベリングするとき、我々は60でアッセイを開始をお勧めします。ビオチン化工程の後に参照するのは難しいです小さなRNAペレットの総RNAの結果未満の30μgの始まるので、簡単に失われる可能性があります。入力RNAレベルは、ラベリングの非常に短い期間(10 - 10分間、 例えば 、5)のような多くの150のような目安に増加させることができる。 RNAラベリングの持続時間は、1時間に5 分〜60%〜80%、9〜新たに転写されたRNAが増加に短命のイントロン配列の寄与から短縮された場合。イントロンは、実質的に長いコード配列、ならびに5'-および3'-UTRを、新しく転写の量と比較される短期あるいは超短4SUタグ付け後に精製することができるRNAは、直線的に低下しない。このように、我々...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
新たに転写されたRNAの代謝標識は、実質的に興味のある生物学的な問題に対処するためのより適切なテンプレートを提供することで、マイクロアレイとRNA-seqのようなハイスループット技術の能力を強化しています。現在のプロトコルでは、広範な最適化を行った。これは、新たに転写されたRNAの> 1,000倍濃縮を可能にし、再現性の高い結果を提供します。
新たに転写されたRNAは4SUへの細胞の曝露時間の間だけリアルタイム転写活性を描写するよう4SUタギング実験の実験計画は非常に重要である。刺激後に転写率の実際の変更は、すでに沈静化している場合は、合計RNAレベルでの変更がまだ検出可能であっても新たに転写されたRNAを解析する際に、これらは惜しまれることでしょう。したがって、基本的な生物学をよく理解は実験と同様に最適な期間Oを定義することが重要です4SU露出のためのF時間。以下では、お薦めなどの最も重要な手順については、一般的な落とし穴を避けるための方法を提供します。
原液とプラスチックの構造の作製
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。
私たちは、原稿を注意深く読むためアミエリーガンに感謝したいと思います。この作品は、CCFにLDとDFG助成FR2938/1-1にNGFNプラス助成金#01GS0801、MRCフェローシップ助成G1002523とNHSBT助成WP11-05でサポートされていました
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 4-チウリジン | カーボシンス | T4509 | 滅菌H2Oに50 mMストックを準備し、-20°Cで保存します。50-500 のアリコートの C μl、未使用の試薬を廃棄し、再凍結しないでください。 |
| Trizol | Invitrogen | 15596026 (100 ml)、15596018 (200 ml) | WARNING - 腐食性で健康に有害! フェノール解毒剤 (PEG-メタノール) への即時アクセスを確保します。4°Cで保管してください。 |
| クロロホルム | シグマ | 372978警告 - 健康に有害 | |
| イソプロパノール | シグマ | 650447 | |
| エン酸ナトリウム、ヌクレアーゼフリー | シグマ | C8532 | ヌクレアーゼフリーの水を使用して 1.6 M ストック溶液を調製します。 |
| 5M ヌクレアーゼフリー NaCl | Sigma | 71386 | ストック溶液 |
| ヌクレアーゼフリー H2O | Sigma | W4502 | ヌクレアーゼフリーのチューブに1mlのアリコートを作ります。 |
| RNA沈殿バッファー1.2 | M NaCl、0.8 Mクエン酸ナトリウム、ヌクレアーゼフリー水中。事前にヌクレアーゼフリーの条件で準備してください。50mlのファルコンチューブに室温で保存してください。 | ||
| エタノール | シグマ | 459844 | ヌクレアーゼフリーの水と一緒に使用して80%エタノールを調製し、-20°Cで保存してください。 |
| 1 M ヌクレアーゼフリー Tris Cl、pH 7.5 | Lonza | 51237 | 原液 |
| 500 mM ヌクレアーゼフリー EDTA、pH 8.0 | Invitrogen | 15575-020 | 原液 |
| 10x ビオチン化バッファー (BB) | 100 mM Tris pH 7.4、10 mM EDTA ヌクレアーゼフリー水溶液中で、1 mL のアリコートを作成します。 | ||
| ジメチルホルムアミド(DMF) | Sigma | D4551 | |
| EZ-Link ビオチン-HPDP | Pierce | 21341 | 50 mg ビオチン-HPDPを50 ml DMFに溶解し、1 mg/mlのストック溶液を調製します。やさしい加温により、可溶化が促進されます。4°Cで保管します。1mlのアリコート中のC。 |
| フェーズロックゲル ヘビーチューブ 2.0 ml | Eppendorf | 0032 005.152 | クロロホルム抽出ステップのオプション。 |
| ゼータ膜 | BIORAD | 162-0153 | |
| 10x ドットブロット結合バッファー | 100 mM NaOH, 10 mM EDTA | ||
| ビオチン-オリゴ | 5'-ビオチン, 25 ヌクレオチド, 任意の配列 | ||
| ドデシル硫酸ナトリウム | フィッシャー | BPE9738 | 100 ml 20% ストック溶液の場合、20 g SDS を 80 ml PBS pH 7-8 に添加し、容量を 100 ml に調整します。 すべての高パーセンテージ SDS 溶液を 20°C 以上に保ちます。解決策はわずかにSDSが沈殿するはずです。 |
| EZ-Link Iodoacetyl-LC-Biotin | Pierce | 21333 | 50 mg iodoacetyl-biotin を 50 ml DMF に溶解して、1 mg/ml ストック溶液を調製します。やさしい加温により、可溶化が促進されます。4°Cで保管します。1mlのアリコート中のC。不可逆的なチオール特異的なビオチン化を生じます。 |
| リン酸緩衝液 生理食塩水 | Gibco | 10010-015 | |
| ドットブロットブロッキング緩衝液 | 20 ml 20% SDS と 20 ml 1 x PBS pH 7-8 を混合し、EDTA を最終濃度 1 mM まで添加します。 | ||
| ストレプトアビジン-西洋ワサビペルオキシダーゼ | ベクターラボラトリーズ | SA5004 | -20°Cで保存 10 ml 20% SDS を 10 ml 1 x PBS と混合します。20 μ を加算します。l ストレプトアビジン-HRP 使用前に。 |
| ECL試薬 | GEヘルスケア | RNP2109 | メーカーの指示に従って使用してください。 |
| スーパーRX、X-RAフィルム、18x24 cm | 富士フイルム | 47410 19236 | |
| μMacs Streptavidin Kit | Miltenyi | 130-074-101 | ビーズを4°Cで保管します。 |
| Tween 20 | Sigma | P1379 | |
| 洗浄バッファー | 100 mM Tris pH 7.4、10 mM EDTA、1 M NaCl、0.1% Tween 20 ヌクレアーゼフリー H2O 溶液。 | ||
| ジチオスレイトール (DTT) | シグマ | 43817 | ヌクレアーゼフリーのH2Oで100 mM DTTとして調製し、使用前に常に新鮮に調製してください。 |
| RNeasy MinElute Kit | Qiagen | 74204 | カラムを 4 °C で保存します。C、室温でのキットの残りのコンポーネント。 |
| 1.5mlスクリュートップポリプロピレンチューブ | Sarstedt | 72.692.005 | ジメチルホルムアミドに対応 |
| 2.0mlスクリュートップポリプロピレンチューブ | Sarstedt | 72.694.005 | ジメチルホルムアミド |
| 15mlチューブ | BDファルコン | 352096 | ジメチルホルムアミド |
| 50mlチューブ | BDファルコン | 352070 | メチルホルムアミドと互換性があります |
| すべての溶液/試薬は、特に指定のない限り室温で保存する必要があります。 | |||
| Equipment | |||
| UV/VIS分光光度計 | Thermo Scientific | NanoDrop 1000 | または同等品。少量(1-2μl)過度のサンプル損失を避けるための低RNA濃度の測定用。 |
| ポリプロピレン15ml遠心分離管 | VWRインターナショナル | 525-0153 | 標準的な15mlチューブとは対照的に、これらは最大15,000 × g |
| 遠心分離機 | ベックマン・コールター | アバンティJ-25 | または13,000×に達することができる同等の機器。g |
| ローター | ベックマンコール | ターJLA-16250 | または13,000×に達することができる同等の機器。g |
| 15mlチューブ用アダプター | Laborgeräte Beranek | 356964 | または13,000×に達することができる同等の機器。g |
| 冷蔵卓上遠心分離機 | Eppendorf | 5430 R | または同等品。 |
| サーモミキサー | エッペンドルフ | サーモミキサー コンパクト | または同等品。 |
| マグネットスタンド | Miltenyi Biotec | 130-042-109 | 1つのスタンドは8 μMacの列。 |
| Waterbath | Grant | SUB Aqua 5 | または同等品。 |
| 超微細スケール | A&D | GR-202 | または同等品。 |
| E-Gel iBase Power System | Invitrogen | G6400UK | RNAゲル用、または同等品です。 |
| E-Gel EX 1% アガロースプレキャストゲル | Invitrogen | G4020-01 | RNA ゲル用、または同等品。 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。