本プロトコルでは、少量の組織からRNAを抽出し、RNAシーケンシングや相補的DNA合成などのダウンストリームアプリケーションに十分な量の高品質なRNAを得るために設計されたカラム式RNA抽出キットを用いて、さまざまな緩歩動物種からRNAを単離する手順について詳述します。
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本プロトコルでは、少量の組織からRNAを抽出し、RNAシーケンシングや相補的DNA合成などのダウンストリームアプリケーションに十分な量の高品質なRNAを得るために設計されたカラム式RNA抽出キットを用いて、さまざまな緩歩動物種からRNAを単離する手順について詳述します。
緩歩動物(クマムシ)は、環境ストレスに対する並外れた耐性を持つことで知られる微小動物です。これらの動物は、乾燥、極端な圧力、低温、および高レベルの電離放射線に耐えて生存することができます。しかし、これらの極限環境耐性を支える分子メカニズムは、まだ完全には解明されていません。RNAシーケンシング、RNA干渉(RNAi)、および細菌などの系における緩歩動物遺伝子の異種発現など、これらのメカニズムを調査するために用いられる分子生物学的アプローチでは、限られた生体試料から高品質なメッセンジャーRNA(mRNA)を単離する必要があります。本研究では、以下の特徴を持つ、緩歩動物からの全RNA単離のための再現可能なプロトコルについて述べます。(1) 異緩歩動物類を含む複数の種にわたって有効であること、(2) 体サイズに応じて25~200個体のみで十分であること、(3) 後続のアプリケーションに十分な量と質のRNAが得られること。本プロトコルにより、適正な個体数の緩歩動物から効率的にRNAを回収することが可能となり、さまざまな緩歩動物種におけるストレス耐性の分子生物学的研究が促進されます。
緩歩動物(クマムシ)は、乾燥、極限圧、極端な温度、さらには化学療法剤や電離放射線などのDNA損傷剤に至るまで、他の動物では生存不可能な極限ストレス耐性を持つことでよく知られている1,2,3,4,5,6,7,8。近年、研究者はRNAシーケンシング、RNA干渉(RNAi)、およびヒト細胞や細菌を含む他系統への緩歩動物遺伝子の異種発現などの分子生物学的アプローチを用いて、緩歩動物の極限的な回復力の根底にあるメカニズムを調査してきた8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20。これらの手法の適用により、緩歩動物がどのようにしてこのような極限的なストレス耐性を獲得しているのかについて、深い洞察を得るための強力なツールが得られた8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22。しかし、緩歩動物のストレス耐性を理解するためのこれらすべての分子生物学的アプローチは、この微小な動物から、後続のプロセスで使用するのに十分な量と品質のRNAを単離できる能力に依存している。
クマムシからのRNA抽出における従来の手法は、Hypsibius exemplarisを用いる研究において有効であることが証明されていました23。しかし、H. exemplarisでこのプロトコルの再現を試みたところ、得られたRNAの濃度と品質に信頼性が欠けることが分かりました(未発表データ)。代わりのフェノールベースのRNA抽出法は、H. exemplaris、Ramazzottius varieornatus、および異クマムシ類の一種において有効であることが示されています13,21,22,24,25,26。このプロトコルは、単個体および個体群(約50匹)の両方から、後続のプロセスに十分な品質と量のRNAを提供することが示されています。ただし、このプロトコルではフェノール含有試薬を取り扱う必要があります。フェノールは慎重な取り扱いを要する有害化学物質であり、このプロトコルの不適切な実施は、フェノールのキャリーオーバーを招き、RNAの純度や後続のアプリケーションに影響を及ぼす可能性があります。クマムシからのRNA抽出に関して以前に発表された別のプロトコルは、単個体からRNAを抽出できる能力に重点を置いています27。これは定量PCR(qPCR)などのアプリケーションには有用なプロトコルですが27、動物があるストレス要因や条件にどのように反応するかをより包括的に把握することを目的とするRNAシーケンシングなどの後続アプリケーションには不適切です。
既存のRNA抽出プロトコルの制限により、緩歩動物(クマムシ)からRNAを抽出するための代替法の検討が必要となりました。本プロトコルで使用するカラムベースのRNA抽出キットは、少量の組織からRNAを抽出することを目的として市販されているものです。このキットは、下流のRNAシーケンシング解析に向けて昆虫組織からRNAを抽出するために以前に使用されており、緩歩動物のような他の小型のクチクラを有する動物からの抽出にも適していることが示唆されています。28本研究では、緩歩動物(クマムシ)を用いたこのカラムベースのRNA抽出キットの使用に関するステップバイステップのプロトコルを概説し、緩歩動物で本プロトコルを実施する際に注意すべき具体的な留意点について説明します。本記事では、6種の緩歩動物において本プロトコルが有効であったことを報告します(H. exemplaris, Milnesium sp., Paramacrobiotus experimentalis, Paramacrobiotus fairbanksi, *Paramacrobiotus gadabouti*、および異緩歩動物 Viridiscus celatus). 本研究により、わずか25匹の動物からでも、十分な品質と量のRNAが得られることが検証された。得られたRNAの濃度および品質データの例も提供されており、RNAシーケンシング(バイアスを最小限に抑えた指数関数的ライブラリ増幅)や相補的DNA(cDNA)合成などのダウンストリームアプリケーションに適したものである。このRNA抽出プロトコルは、以下の放射線耐性メカニズムを解明する上で、すでに有用であることが証明されている。 *H. exemplaris*8本プロトコルがさまざまな緩歩動物種において成功したことは、ストレス耐性メカニズム、発生メカニズム、および進化プロセスの研究に、より幅広く適用可能であることを示唆している。
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無脊椎動物はこの要件から除外されているため、以下のプロトコルに機関の動物倫理委員会の承認は必要ありません。使用した試薬および機器は材料表に記載されています。
1. RNA抽出のための器具および作業エリアの準備
2. RNA抽出のための動物サンプルの採取
3. クマムシの機械的破砕およびRNA抽出
4. RNA単離カラムのコンディショニング
5. コラムへのRNAの結合
6. DNase I溶液の調製
7. RNAの洗浄およびDNase I処理
8. RNAの溶出
9. マイクロボリューム分光光度計によるRNAの量および質の検証
注:RNAの量および品質を評価するために、他の方法を用いることも可能です。ここでは、マイクロボリューム分光光度計を用いた方法を使用します。また、フルオロメーターやマイクロ流路ゲル電気泳動ツールを使用することもできます29。
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前述の通り、本プロトコルにおける重要なステップは、RNA抽出用の抽出バッファー(XB)を添加する前に、回収した緩歩動物から適切な量の水を取り除くことです。水分が多すぎると、抽出バッファー(XB)が希釈され、動物からのRNA抽出結果が不十分(すなわち、RIN < 7、260/280比 <1.8、260/230比 <1.8、および/または濃度 <5 ng/µL)となり、溶出後のRNA濃度と品質が低下します。一方で、水分を取り除きすぎると動物が急速に乾燥し、死後のRNase活性の上昇により、致死に至る可能性やRNA品質の低下を招く恐れがあります。本プロトコルを正常に完了させるための補助として、抽出バッファー(XB)を添加する前にチューブ内に残しておくべき適切な水量を視覚的に示した図を提示します(図 1B)。
現在までに、本プロトコールはヘテロタルディグラダ(緩歩動物)を含む6種類の異なる緩歩動物において試行されています(V. celatus)。これらの分離により、RNA...
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本プロトコルの目的は、クマムシのストレス耐性の研究に資する下流工程への適用が可能な、十分な量と品質のRNAをクマムシから単離することを容易にすることである。本プロトコルでは、抽出バッファー(XB)を添加する前の十分な除水(ステップ2.5)、クマムシ個体の破砕(ステップ3.1~3.3)、精製用カラムへの上清の転移(ステップ5.3)、およびRNAの溶出(ステップ8.3)など、ユーザーが問題に直面する可能性のある箇所を概説している。これらのステップのいずれかでエラーが発生すると、得られるRNAの濃度や品質が低下する可能性がある。得られたRNA濃度が5 ng/µL未満である場合は、µL (マイクロボリューム分光光度計で確認後)、ユーザーは(1)開始時の動物数を増やすなどして、RNA抽出をやり直すことを検討してもよい(>小型種の場合は100、または >(大型の種の場合は50)、または(2) 水分の除去、緩歩動物の破砕、および溶出のステップに特に注意してプロトコルを繰り返す。
本記事では、RNAシーケンシングに適している、あるいは不適切であると判断されたRNA品質評価...
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著者に開示すべき事項はありません。
本研究は、UNC Ashevilleからのスタートアップ資金(CCH宛)および、Jason Pienaar(PKのポストドクター・アドバイザー)へのNSFグラント 2225683による支援を受けて行われました。また、技術支援をいただいたUNC High Throughput Sequencing Facilityに感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL マイクロフュージチューブ | USA Scientific | 1615-5500 | Seal-Rite 1.5 mL 刻み付きマイクロ遠心チューブ、ナチュラル、ポリプロピレン、500本/袋 |
| 70% エタノール | VWR | 71001-654 | ベンチおよび器具の洗浄用 |
| Arcturis PicoPure RNA Isolation Kit | Fisher | KIT0204 | 本論文で説明する単離プロトコルのためのコンポーネントを含むキット |
| 遠心機 | Eppendorf | 5405000441 | Centrifuge 5425、ロータリーノブ、非冷却式、Rotor FA-24x2 付属、120 V/50-60 Hz (US) |
| Deer Park Spring Water | Any Grocery Store | N/A | クマムシ培養用の培地であり、RNA単離前にクマムシを洗浄するために使用 |
| 解剖顕微鏡 | Zeiss | N/A | Zeiss Stemi 305、ズーム比 5:1、総合倍率 8x-40x、透過照明ユニット M LED 付属 |
| DNase I | Fisher | FEREN0521 | Thermo Scientific DNase I、RNase-free (1 U/uL) |
| フィルター付きピペットチップ 10 uL | VWR | 76322-528 | 任意のフィルター付きピペットチップで可 |
| フィルター付きピペットチップ 1000 uL | VWR | 76322-154 | 任意のフィルター付きピペットチップで可 |
| フィルター付きピペットチップ 20 uL | VWR | 76322-134 | 任意のフィルター付きピペットチップで可 |
| フィルター付きピペットチップ 200 uL | VWR | 76322-150 | 任意のフィルター付きピペットチップで可 |
| ガラスキャピラリー | Fisher | 50-821-811 | World Precision Instrument 標準ガラスキャピラリー - 1B120-6 (6 inch, OD 1.2 mm, フィラメントなし)。これをフレーム上で加熱し、先端を狭めた2本のガラスキャピラリーに引き伸ばした後、適切な直径に破断させ、目的のクマムシ種を口ピペットで採取する。 |
| ヒートブロック | Eppendorf | 5382000023 | Eppendorf ThermoMixer C、サーモブロックなしの基本装置、100-130 V/50-60 Hz (US/JP/South America/TW) |
| High Sensitivity RNA Screen Tape Ladder | Agilent | 5067-5581 | TapeStationシステムを用いた全RNAの高感度分析用ラダー |
| High Sensitivity RNA ScreenTape | Agilent | 5067-5579 | TapeStationシステムを用いた全RNAの高感度分析用 |
| High Sensitivity RNA ScreenTape サンプルバッファー | Agilent | 5067-5580 | TapeStationシステムを用いた全RNAの高感度分析用バッファー |
| マイクロ流体ゲル電気泳動装置 | Agilent | G2991BA | Agilent 4200 TapeStation System |
| マイクロボリューム分光光度計 | Fisher | 13400607 | Thermo Scientific NanoDrop UltraC FL、検出器タイプ:2048エレメント CMOSリニアイメージセンサー、ディスプレイ:10インチ高精細カラーディスプレイ、対応言語:中国語、英語、フランス語、日本語、ドイツ語、光源:キセノンフラッシュ、スペクトル帯域幅:1.8 nm 以下 (Hg 254 nmにおけるFWHM)、電圧:12 VDC |
| 口ピペット | Millipore Sigma | A5177 | 校正済みマイクロキャピラリーピペット用吸引管アセンブリ |
| ヌクレアーゼフリーウォーター | Fisher | FERR0581 | Thermo Scientific Water、ヌクレアーゼフリー |
| ピペット (2.5 uL, 20 uL, 200 uL, 1000 uL) | Eppendorf | 2231300004 | Eppendorf Research plus、4本セット |
| RNase Away | Fisher | 21-402-178 | Thermo Scientific RNase AWAY 表面除染剤 |
| RNase-Free チューブおよびペッスル | Fisher | 12-141-368 | RNA単離用のRNaseフリーチューブおよびペッスル |
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