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
ja
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
ここでは、 in vivoでの分子内および分子間のRNA-RNA相互作用のゲノムワイドなマッピングを可能にする、 P soralen架橋、 L鎖およびS選択H鎖のS equencingの方法を詳述します(SPLASH)。 SPLASHは、酵母、細菌およびヒトを含む生物のRNA相互作用を研究するために適用することができる。
RNAがどのように相互作用するかを知ることは、細胞内のRNAベースの遺伝子調節を理解する上で重要です。マイクロRNA-mRNA相互作用のようなRNA-RNA相互作用の例は、遺伝子発現を調節することが示されているが、細胞内でRNA相互作用が起こる全範囲は未だ不明である。 RNA相互作用を研究する以前の方法は、主として、特定のタンパク質またはRNA種と相互作用するRNAのサブセットに焦点を当てていた。ここでは、 in vivoでのRNA相互作用のゲノムワイドな捕獲を可能にする、 P soralen架橋、 L鎖、およびS選択H鎖のS equencingと呼ばれる方法を詳述します(SPLASH)。 SPLASHは、インビボでの架橋、近接ライゲーション、ハイスループットシーケンシングを利用して、分子内および分子間のRNA塩基対形成パートナーを世界的に同定します。 SPLASHは、細菌、酵母およびヒト細胞を含む様々な生物に適用することができ、同様に多様な細胞の状況下でのRNA構成のダイナミクスの理解を促進するための多様な細胞条件を提供する。実験的SPLASHプロトコル全体は完了までに約5日間かかり、計算ワークフローは完了するまでに約7日間かかります。
巨大分子が互いにどのように折り重なり相互作用するかを研究することは、細胞内の遺伝子調節を理解するための鍵である。 DNAおよびタンパク質がどのようにして遺伝子調節に寄与するかを理解することに多くの努力が集中してきたが、遺伝子発現の転写後調節については比較的少ない。 RNAは、その直鎖配列およびその二次および三次構造の両方で情報を運ぶ。 インビボでのその機能にとって、それ自体および他のものと塩基対形成するその能力は重要である。ハイスループットRNAの二次構造のプロービングにおける最近の進歩は、トランスクリプトーム2,3,4,5,6,7,8、howeにおける二本鎖および一本鎖領域の位置についての貴重な洞察を提供しているペアリング対話パートナーに関するver情報はまだほとんど失われています。どのRNA配列がトランスクリプトーム内の別のRNA領域と相互作用しているかを決定するために、我々は全体的なペアワイズ情報を必要とする。
グローバルで偏りのない方法でペアワイズRNA相互作用をマッピングすることは、伝統的に大きな課題でした。これらの技術は、CLASH9、hiCLIP10およびRAP11のような従来のアプローチが大規模な方法でRNA相互作用を同定するために使用されるが、典型的には、特定のタンパク質またはRNA種と相互作用するRNAのサブセットについてRNA塩基対をマッピングする。包括的なRNA相互作用を研究する最近の進展には、 インビボで RNA相互作用を安定化させず、したがってインビボ相互作用のサブセットのみを捕捉する方法RPL12が含まれる。これらの課題を克服するために、我々と他の研究者は、p RNAインターロイムをインビボで使用することにより、架橋ソラレン13,14,15の修飾バージョンを使用した。このプロトコールでは、 インビボで塩基対形成RNAを架橋するためにビオチン化ソラレンを使用し、続いて近接ライゲーションおよびハイスループット配列決定を行うP soralen架橋、ライゲート、およびS選択HYBRIDES(SLH)のS equencingを行うための詳細を記載する。ゲノムワイドのRNA塩基対形成パートナーを同定する( 図1 ) 15 。
この原稿では、我々は培養接着細胞、この場合はHeLa細胞を使用してSPLASHを実行するための手順を説明します。同じプロトコールは、懸濁哺乳動物細胞および酵母および細菌細胞に容易に適合させることができる。簡単に述べると、HeLa細胞をビオチン化ソラレンで処理し、インビボで相互作用するRNA塩基対を架橋するために365nmで照射する。次いでRNAを細胞から抽出し、断片化し、ストレプトアビジンビーズを用いて架橋領域を豊富にする。次いで、相互作用するRNA断片を近接ライゲーションを用いて一緒にライゲーションし、深い配列決定のためのcDNAライブラリーに作製する。配列決定の際に、キメラRNAをトランスクリプトーム/ゲノムにマッピングして、互いに対形成するRNA相互作用領域を同定する。我々は、snoRNAs、lncRNAsおよびmRNAなどのRNAの多様なクラスにおける分子内および分子間RNA塩基対形成、構造の組織化および相互作用パターンを俯瞰するなど、酵母および異なるヒト細胞におけるインビボでの何千ものRNA相互作用を同定するためにSPLASHを首尾よく利用した細胞内のRNAの量。
ビオチン化ソラレンによるHeLa細胞の処理およびRNA抽出
RNA断片化
RNAサイズの選択と溶出
RNA架橋領域の濃縮
5.近接性ライゲーション
6.ビオチン化ソラレンの逆架橋
逆転写およびcDNA環状化
8. PCR増幅(小規模PCR)
9. PCR増幅(大規模PCR)および精製
図1に、SPLASHワークフローの図を示します。 0.01%ジギトニンの存在下でビオチン化ソラレンを添加し、UV架橋すると、全RNAが細胞から抽出され、RNAにビオチン化された架橋が効率的に起こったことを確実にするためにドットブロットが行われる( 図2 )。本発明者らは、細胞に添加するビオチン化ソラレンの量を滴定するための陽性対照としてビオチン化20塩基オリゴを使用し、150塩基ごとに約1個が架橋されるようにする。
より多くのPCR複製事象がPCR増幅サイクルの増加に伴って生じる傾向があるので、我々は、深刻な配列決定に十分な物質を提供する増幅サイクルの最低数を決定するために、異なるPCRサイクルを用いて小規模PCR増幅を行う。効率的な図書館の準備プロセスでは、15サイクル未満のPCR増幅で1.5μgの選択されたRNA入力からcDNAシークエンシングライブラリーを増幅することができます( 図3 )。ハイスループットシーケンシングマシンで2x150塩基対読み取りを用いてライブラリーをシーケンシングし、シーケンシングリードを図4の計算パイプラインに従って処理します。最終結果は、トランスクリプトーム内の分子内および分子間RNA-RNA相互作用の両方を含む、ろ過されたキメラ相互作用のリストである( 表11 )。

図1 :SPLASH 15の実験ワークフローの概要。 365nmのUV光下でビオチン化ソラレンを使用して、細胞内のペアワイズRNA相互作用を架橋する。架橋されたRNAはth抽出され、約100塩基に断片化される。ビオチン化ソラレン架橋を含有する相互作用領域は、ストレプトアビジンビーズへの結合によって富化され、一緒に結紮される。 265nmでのUV光下での逆架橋の際に、キメラRNAを深い配列決定のためにcDNAライブラリーにクローン化する。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図2 :ドットブロッティングによるビオチン化架橋効率の試験15 。 1%ジギトニンの存在下でのビオチン化ソラレン架橋RNA のインビボでのドットブロット。種々の濃度の架橋RNA(20〜2,000ng)が膜上にスポットされる。異なる濃度のビオチン化20塩基オリゴを陽性対照として検出する。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図3: SPLASHの小規模ライブラリ増幅。 RT反応からの1μLのcDNAを小規模PCRに使用する。反応を10,15および20サイクルで取り出し、3%アガロースゲル上で実行して、ライブラリー生成に必要な最小増幅サイクル数を決定する。この特定の例において、大規模PCR反応において10μLのcDNAを使用する10サイクルの増幅は、深い配列決定のための十分なアンプリコンを生成するであろう。

SPLASHの計算ワークフローの概略図。ハイスループットシーケンシングからのシークエンシングリードは、トランスクリプトームにマッピングされ、低品質リード、PCR重複、重複マッピング、スプライシングジャンクションリードに対して分析パイプラインを使用してフィルタリングされます。最終産物は、トランスクリプトームにおける分子内相互作用および分子間相互作用の両方を表すキメラのリストである。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
| 試薬 | 容量(μL) | 最後の |
| ヌクレアーゼフリー水 | 64 | |
| 10×T4 PNK緩衝液 | 8 | 1倍 |
| Rnase阻害剤(20U /μL) | 4 | 1U /μL |
| T4 PNK(10U /μL) | 4 | 0.5U /μL |
| 合計 | 80 |
表1:3 '末端修復のための試薬。
| 試薬 | 容量(μL) | 最後の |
| PNK反応 | 80 | |
| ヌクレアーゼフリー水 | 3 | |
| 10×T4 PNK緩衝液 | 2 | 1倍 |
| 10mM ATP | 10 | 1mM |
| T4 PNK(10U /μL) | 5 | 0.5U /μL |
| 合計 | 100 |
表2:5 '末端修復のための試薬。
| 試薬 | 容量(μL) | 最後の |
| PNK反応 | 100 | |
| 10×T4 RNAリガーゼ緩衝液 | 6 | 1倍 |
| 10mM ATP | 6 | 1mM |
| Rnase阻害剤(20U /μL) | 4 | 0.5U /μL |
| T4 Rnl1(10U /μL) | 40 | 2.5U /μL |
| ヌクレアーゼフリー水 | 4 | |
| 合計 | 160 |
表3:近接ライゲーションのための試薬。
| 成分 | 1反応あたりの量(μL) | 最後の |
| RNAおよびリンカー | 5 | |
| T4 Rn12緩衝液(10x) | 1 | 1倍 |
| PEG8000(50%、wt / vol) | 3 | 15%(wt / vol) |
| Rnase阻害剤(20U /μL) | 0.5 | 1U /μL |
| T4 Rn12(tr)(200U /μL) | 0.5 | 10U /μ; L |
| 合計 | 10 |
表4:アダプターライゲーションのための試薬。
| 成分 | 1反応あたりの量(μL) | 最後の |
| ライゲーションおよびプライマー | 6 | |
| ファーストストランド緩衝液(5x) | 2 | 1倍 |
| dNTP(10mM) | 0.5 | 0.5mM |
| DTT(0.1M) | 0.5 | 5mM |
| Rnase阻害剤(20U /μL) | 0.5 | 1U /μL |
| 逆転写酵素(200U /μL) | 0.5 | 10U /μL |
| 合計 | 10 |
表5:逆転写のための試薬。
| 成分 | 1反応あたりの量(μL) | 最後の |
| 第一鎖cDNA | 6 | |
| 一本鎖DNAリガーゼ緩衝液(10倍) | 1 | 1倍 |
| ベタイン(5M) | 2 | 1 M |
| MnCl 2 (50mM) | 0.5 | 2.5mM |
| 一本鎖DNAリガーゼ(100U /μL) | 0.5 | 5U /μL |
| 合計 | 10 |
表6:cDNAの環状化のための試薬。
| 成分 | 1反応あたりの量(μL) | 最後の |
| 連結DNA産物 | 1 | |
| ヌクレアーゼフリー水 | 10.5 | |
| 高忠実度DNAポリメラーゼ2xマスターミックス | 12.5 | 1倍 |
| ユニバーサルPCRプライマー(10μM) | 0.5 | 0.02μM |
| インデックス(X)プライマー(10μM) | 0.5 | 0.02μM |
| 合計 | 25 |
表7:小規模PCRに使用される試薬。
| ステップ | 温度 | 時間 | サイクル |
| 初期変性 | 98℃ | 30秒 | 1 |
| 変性 | 98℃ | 10秒 | |
| アニーリング | 65℃ | 30秒 | 25 |
| 拡張 | 72℃ | 30秒 | |
| ファイナルエクステンション | 72℃ | 5分 | |
| ホールド | 4℃ | ∞ |
表8:小規模PCRに使用される条件。
| 成分 | 1反応あたりの量(μL) | 最後の |
| 連結DNA産物 | 5 | |
| ヌクレアーゼフリー水 | 6.5 | |
| 高忠実度DNAポリメラーゼ2xマスターミックス | 12.5 | 1倍 |
| ユニバーサルPCRプライマー(10μM) | 0.5 | 0.02μM |
| インデックス(X)プライマー(10μM) | 0.5 | 0.02μM |
| 合計 | 25 |
表9:大規模PCRに使用される試薬。
| ステップ | 温度 | 時間 | サイクル |
| 初期変性 | 98℃ | 30秒 | 1 |
| 変性 | 98℃ | 10秒 | |
| アニーリング | 65℃ | 30秒 | Y |
| 拡張 | 72℃ | 30秒 | |
| ファイナルエクステンション | 72℃ | 5分 | |
| ホールド | 4℃ | ∞ |
表10:大規模PCRに使用される条件。

表11:計算パイプラインの解析出力。 "SAMフラグスプリットリード1" = 0は、リードがトランスクリプトームの正のストランドにマッピングされていることを示します。 「RNA 1同一性」は、キメラの左側のRNAの同一性を指す。 「RNA1開始位置」とは、読み取りがRNA1に沿ってマッピングされる開始位置をいう。「RNA1末端位置」は、読み取りがRNA1に沿ってマッピングされる最終位置を指す。「マッピングスコアスプリットリード1」は、 RNA 1にマッピングされた読み取りのマッピングスコアに「シガースプリットリード1」読み取り「S」からクリッピングされた塩基の数および読み取り「M」にマッピングされた塩基の数を示す。 「スプリットリード1」はRNA1にマッピングされた配列を示す。キメラの右側には同じ命名法が用いられ、RNA2と命名された。 この表のより大きなバージョンを見るには、ここをクリックしてください。
著者は競合する金銭的利益を有していない。
ここでは、 in vivoでの分子内および分子間のRNA-RNA相互作用のゲノムワイドなマッピングを可能にする、 P soralen架橋、 L鎖およびS選択H鎖のS equencingの方法を詳述します(SPLASH)。 SPLASHは、酵母、細菌およびヒトを含む生物のRNA相互作用を研究するために適用することができる。
私たちはWanラボとNagarajanラボのメンバーに有益な議論をしてくれたことに感謝します。 N.NagarajanはA * STARからの資金提供を受けています。 Y.WanはA * STARとSociety of Science-Branco Weiss Fellowshipからの資金援助を受けています。
| 1 kb Plus DNA Ladder | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 10787026 | DNA ladder |
| 10 bp DNA ladder | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 10821-015 | DNA ladder |
| 20% SDS solution | First BASE | BUF-2052-1L | |
| 20x SSC | ファーストベース | BUF-3050-20X1L | |
| 3.0 M酢酸ナトリウム溶液 | ファーストベース | BUF-1151-1L-pH5.2 | 核酸沈殿に必要 |
| 40% アクリルアミド/Bis 溶液、19:1 | バイオ・ラッド | 1610145 | TBE 尿素ゲル成分 |
| Ambion Buffer Kit Life | Technologies Holdings Pte Ltd | AM9010 | |
| 過硫酸アンモニウム、分子グレード | プロメガ | V3131 | TBE尿素ゲル成分 |
| ブロモフェノールブルー | Sigma-Aldrich | B0126-25G | |
| クロロホルム | メルク | 1.02445.1000 | RNA抽出 |
| 一本鎖DNAリガーゼ | エピセンター | CL9025K | CircLigase II ssDNAリガーゼ |
| 遠心分離管フィルター | Sigma-Aldrich | CLS8160-96EA | Costar Spin-X遠心分離管フィルター |
| D5628-1G ジギトニン結晶 | Sigma-Aldrich | D5628-1G | 細胞治療用 |
| Dark Reader トランスイルミネーター | クレアケミカルリサーチ | ダークリーダーDR89Xトランスイルミネーター | 青色光トランスイルミネーターDNA |
| ゲルローディング染料(6x) | Life Technologies Holdings Pte Ltd | R0611 | アガロースゲルエレクトロポレーションに必要 |
| ダルベッコのモディファイドイーグルミディアム | パンバイオテクノロジーP04-03500 | ヘ | ラ細胞培養 |
| 用ストレプトアビジン磁気ビーズ | ライフテクノロジーズホールディングスPte Ltd | 65002 | ダイナビーズMyOneストレプトアビジンC1 |
| 15用マグネットスタンド mLチューブ | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 12301D | DynaMag-15 |
| 15用マグネットスタンド mL | チューブLife Technologies Holdings Pte Ltd | 12321D | DynaMag-2 |
| ThermoMixer | Eppendorf | 5382 000.015 | Eppendorf ThermoMixer C |
| ビオチン化ソラレン | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 29986 | EZ-Link ソラレン-PEG3-ビオチン |
| F8T5/BL | 日立 | F8T5/BL | 365 nm UV電球 |
| ウシ胎児血清 | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 10270106 | ヘラミディアムのコンポーネント |
| ホルムアミド | プロメガ | H5052 | ハイブリダイゼーションバッファーの成分 |
| G8T5 | 三共電機 | G8T5 | 254 nm UV 電球 |
| Glycogen | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 10814010 | 核酸沈殿に必要 |
| Nanodrop | Life Technologies Pte Ltd | Nanodrop 2000 | 核酸定量用分光光度計 |
| ヌクレアーゼフリー水 | ファーストベース | BUF-1180-500ml | |
| ペニシリンストレプトマイシン | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 15140122 | ヘラミディアムのコンポーネント |
| ハイフィデリティDNAポリメラーゼ(2倍) | Life Technologies Holdings Pte Ltd | F531L | Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with HF Buffer (2x) (英語) |
| プライマーセット1 | ニューイングランドバイオラボ | E7335L | PCRプライマー |
| DNAゲル抽出キット | QIAgen | 28106 | QIAquickゲル抽出キット |
| 蛍光定量キット | Life Technologies Holdings Pte Ltd | Q32854 | Qubit dsDNA HSアッセイキット |
| RNAクリーンアップキット | Qiagen | 74106 | RNeasyミニキット シリカ膜カラム |
| Rnase阻害剤 | Life Technologies Holdings Pte Ltd | AM2696 | SUPERase In |
| 逆転写酵素 | Life Technologies Holdings Pte Ltd | 18080400 | SuperScript III First-Strand Synthesis SuperMix |
| Nucleic Acid Gel Stain | Life Technologies Holdings Pte Ltd | S11494 | SYBR GOLD NUCLEIC ACID 500 UL |
| T4 Polynucleotide Kinase | New England Biolabs | M0201L | End repair enzyme |
| T4 RNA Ligase 1 | New England Biolabs | M0204L | 酵素近接ライゲーション |
| T4 RNA リガーゼ 2, 切断 KQ | ニューイングランド バイオラボ | M0373L | アダプターライゲーション用酵素 |
| Temed | Bio-Rad | 1610801 | TBE 尿素ゲル成分 |
| グアニジニウム チオシアン酸フェノール-クロロホルム | Life Technologies Pte Ltd | 15596018 | TRIzol®RNA抽出用 |
| 試薬 尿素 | First Base | BIO-2070-5kg | |
| UVクロスリンカー | Stratagene | 400072 | UV Stratalinker 1800 |
| UVトランスイルミネーター | UVP | 95-0417-01 | バンドの視覚化用 |
| キシレンシアノールFF | Sigma-Aldrich | X4126-10G | |
| DNAクリーンアップ それ | Zymo Research | D4004 | ザイモDNA濃縮器-5 |
| 必要なソフトウェアのリスト | |||
| FastQCソフトウェア | 0.11.4 | http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/ | |
| SeqPrepソフトウェア | 1.0.7 | https://github.com/jstjohn/SeqPrep | |
| BWAソフトウェア | 0.7.12 | http://bio-bwa.sourceforge.net/ | |
| SAMTOOLSソフトウェア | 1.2.1 | http://www.htslib.org/ | |
| PULLSEQ ソフトウェア | 1.0.2 | https://github.com/bcthomas/pullseq | |
| STAR ソフトウェア | 2.5.0c | https://github.com/alexdobin/STAR | |
| rem_dups.py PYTHON スクリプト | PYTHON 2.7.11 | https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src | |
| find_chimeras.py PYTHON スクリプト | PYTHON 2.7.11 | https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src | |
| pickJunctionReads.awk AWK スクリプト | AWK GNU 4.1.2 | https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src | |
| Buffer composition | |||
| Elution buffer | |||
| 0.3 M sodium acetate | |||
| Lysis Buffer | |||
| 50 mM Tris-Cl pH 7.0 | |||
| 10 mM EDTA | |||
| 1% SDS | |||
| を | 洗う場合を除き、使用前に必ずスーパーアーゼインを新鮮に添加 | ||
| Proteinase K Buffer 強> | |||
| 100 mM NaCl | |||
| 10 mM Tris-Cl pH 7.0 | |||
| 1 mM EDTA | |||
| 0.5% SDS | |||
| Hybridization Buffer | |||
| 750 mM NaCl | |||
| 1% SDS | |||
| 50 mM Tris-Cl pH 7.0 | |||
| 1 mM EDTA | |||
| 15% ホルムアミド (暗所 4 °C;C) | |||
| 使用 | 前に必ずSuperase-inを新鮮に添加 | ||
| してください2x SSC Wash Buffer | |||
| 2x NaClおよびクエン酸ナトリウム(SSC)(20x SSC Invitrogenストックから希釈) | |||
| 0.5% SDS | |||
| 2x RNAフラグメンテーションバッファー | |||
| 18 mM MgCl2 | |||
| 450 mM KCl | |||
| 300 mM Tris-Cl pH 8.3 | |||
| 2x RNA loading Dye | |||
| 95% Formamide | |||
| 0.02% SDS | |||
| 0.02% ブロモフェノールブルー | |||
| 0.01% キシレンシアノール | |||
| 1 mM EDTA | |||
| RTプライマー配列: AGATCGGAAGAGCGTCGTGTAGGGAAAGAGTGTAGATCTCGGTGGTCGC/iSp18/CACTCA/iSp18/TTCAGACGTGTGCTCTTCCCTATTATTGATGGTGCCTACAG | |||