세포외 소포체(EV)에는 수용 세포를 조절하는 세포 특이적 microRNA가 포함되어 있으며, 이를 식별하면 바이오마커로서의 기능과 역할을 밝힐 수 있습니다. 당사의 최적화된 cDNA 라이브러리 준비 프로토콜은 Illumina 염기서열 분석기와의 호환성을 위해 쌍단 이중 인덱스 바코드를 사용하는 동시에 시료 다중화 및 저입력 EV의 향상된 처리를 가능하게 하는 고유한 바코드를 도입합니다.
방법 논문
세포외 소포체(EV)에는 수용 세포를 조절하는 세포 특이적 microRNA가 포함되어 있으며, 이를 식별하면 바이오마커로서의 기능과 역할을 밝힐 수 있습니다. 당사의 최적화된 cDNA 라이브러리 준비 프로토콜은 Illumina 염기서열 분석기와의 호환성을 위해 쌍단 이중 인덱스 바코드를 사용하는 동시에 시료 다중화 및 저입력 EV의 향상된 처리를 가능하게 하는 고유한 바코드를 도입합니다.
최근 연구에 따르면 모든 생체 유체에서 발견되는 작은 세포외 소포체(sEV)는 단백질, DNA 및 RNA를 채널링하여 세포 간 통신에 중요한 역할을 합니다. sEV에 패키징된 MicroRNA(miRNA)는 수용 세포에서 중요한 전달 조절자로 부상했습니다. 정상 세포와 병든 세포에서 분비되는 sEV는 서로 다른 miRNA 화물을 운반하기 때문에 최근의 sEV-miRNA 프로파일링 연구는 새로운 순환 바이오마커를 식별하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다. 그러나 다양한 생체 유체에서 순환하는 세포/질병 특이적 sEV는 일단 분리되면 일반적으로 기존의 분광 방법론을 사용하여 정량화하기 어려운 낮은 miRNA 양을 제공합니다. 복제된 miRNA 염기서열의 증폭을 가능하게 하는 소형 비코딩 RNA NGS(Next Generation Sequencing)는 sEV의 miRNA 화물을 평가할 수 있는 귀중한 기회를 제공합니다. 불행히도, 상용 cDNA 라이브러리 준비 절차는 종종 분리된 sEV에서 사용할 수 있는 정량화할 수 없는 양보다 훨씬 높은 RNA 입력을 필요로 합니다.
따라서 기존 cDNA 라이브러리 준비 절차의 견고성과 다중화 기능(즉, 초기에는 저입력, 고도로 분해된 포르말린 고정 파라핀 포매(FFPE) RNA 분석에 최적화됨)을 고려하여 sEV miRNA 분석에 대한 적용 가능성을 평가하고자 했습니다. 중요한 점은, 염기서열분석 칩의 최근 기술적 클러스터링 개선을 고려하여, 염기서열분석 및 다중화 기능을 향상시키기 위해 쌍단(paired-end), 이중 인덱스 호환 cDNA 라이브러리 준비 워크플로우 내에서 전사체 바코드 접근 방식을 조정하고자 했다는 것입니다. 16회 반복에서 8.4 × 109 sEV에서 추출한 RNA를 사용하여 1010 sEV에서 2.5 × 107 sEV로 감소한 sEV를 사용하여 이 방법론의 재현성과 민감도를 평가했습니다. 이 데이터는 16개의 3' 아데닐화된 DNA 바코드를 통해 총 3.15pg의 작은 비암호화 RNA 또는 1.35pg의 miRNA를 사용하여 반복 전반에 걸쳐 sEV-miRNA 프로파일의 재현성이 높고 감도가 높은 검출을 가능하게 한다는 것을 보여줍니다.
작은 세포외 소포체(sEV)는 인지질 이중막으로 둘러싸인 나노 크기(직경 ~30-200nm)의 세포 유래 입자로, 인지질 이중층막으로 둘러싸여 있으며, 이는 기원 세포에서 유전되고 분자 화물을 견고하게 보호합니다 1,2. 거의 모든 세포가 sEV를 생산하여 세포간 구획으로 방출하며, 이는 대부분의 생체 유체 (즉, 혈액, 소변, 타액 등)에서 감지 될 수 있습니다 2 , 3 , 4 . 최근 연구에 따르면 안정적으로 캡슐화된 분자 화물(즉, DNA, RNA, 단백질, 지질 등)5,6,7 sEV는 일단 수용 세포와 접촉하거나 전달되면 세포 간 통신을 매개합니다8. 현재 연구 노력은 이러한 분자 화물을 정확하게 식별하고 모니터링하기 위해 다양한 생체 유체에서 세포 특이적 sEV의 격리를 개선하는 데 중점을 두고 있습니다 9,10. sEV가 세포 전달 시 조절 기능을 유지하는 작은 비암호화 RNA, 특히 microRNA(miRNA)를 포함한다는 점을 고려할 때, 많은 연구는 기원 세포의 상태를 밝힐 수 있는 바이오마커로서 miRNA의 유용성을 평가하는 데 중점을 두었습니다 11,12,13.
MicroRNA (miRNAs)는 19 및 25 뉴클레오티드 (nt) 사이의 크기를 가진 작은 비 코딩 RNA의 큰 종류 (~ 2,000)를 대표하며, 이는 mRNA 표적의 3 '번역되지 않은 영역에있는 불완전한 상보적 부위에 결합하고 분해 및 / 또는 전사 후 억제를 지시합니다14,15. 기능적으로, miRNA는 많은 생물학적 과정을 제어하는 것으로 설명되었으며, 그 발현의 탈조절은 암을 포함한 질병의 시작 및 발병에 기여하는 분자, 생화학 및 생리학적 과정의 변화와 관련이 있습니다 16,17,18. 중요한 것은, 연구에 따르면 병든 세포, 특히 암세포는 정상 세포와 비교하여 miRNA를 차별적으로 발현할 뿐만 아니라18 sEV로의 패키징도 다르다는 것입니다19,20.
여러 연구가 정상 세포와 질병 세포에서 sEV의 포장을 지시하는 분자 과정과 경로를 규명하는 데 초점을 맞추고 있지만, 19,21,22 바이오마커 연구는 현재 sEV를 통해 특정 질병/암 세포에 의해 포장되고 분비되는 구별 가능한 작은 비암호화 RNA 및/또는 miRNA 시그니처를 식별하는 데 중점을 두고 있습니다. 따라서 다양한 인간 생체유체에서 병든 세포 특이적 sEV를 표적 분리하고 다중 오믹 분자 화물을 평가하면 다양한 인간 질병 및 암의 비침습적 검출을 위한 진단 및 예후 분석법을 개발할 수 있습니다 23,24,25,26. sEV-miRNA가 가장 많이 연구된 비암호화 전사체이지만, 다른 작은 비암호화 RNA 종(즉, miRNA isoforms(isomiRs), piwiRNA, transfer RNA fragment(tRF), rRNA, orphan non-coding RNA(oncRNA 등)도 다양한 암의 검출에 특히 중점을 두고 순환 sEV-바이오마커로서의 잠재적 유용성에 대해 평가되고 있습니다 27,28,29,30,31,32.
유리하게는, 바코드 및 cDNA 라이브러리 준비 후 작은 비암호화 RNA 전사체(miRNA 포함)의 차세대 염기서열분석(NGS) 분석은 질병과 관련될 수 있는 순환 sEV에 포함된 알려지거나 알려지지 않은 작은 비암호화 RNA 종을 탐색하는 데 이상적입니다27. 실제로, sEV small-RNA NGS는 표적 특이적 기술(즉, 멀티플렉스 PCR, 마이크로어레이, 맞춤형 패널 등)로 전 세계적으로 평가될 경우 알려지지 않은 세포 특이적 소형 비암호화 RNA 전사체의 발견을 위한 고처리량 접근 방식을 제공합니다. 32,33,34. 이전에 고도로 분해되고 저농도 포르말린 고정 파라핀 포매(FFPE) RNA35,36의 분석을 위해 개발한 초민감하고 재현성이 높은 cDNA 라이브러리 준비 프로토콜을 최적화한 점을 고려하여 sEV 37,38,39,40 내에 캡슐화된 작은 비암호화 RNA 및 miRNA의 분석에 적용하려고 했습니다.
수년간 sEV 화물37,40에 대한 고품질 single-end dual index miRNA 분석을 제공하던 Illumina HiSeq2500 기기가 중단됨에 따라, 우리는 현재 paired-end dual index chemistry를 사용하여 업데이트된 염기서열분석 기기에 적용할 때 프로토콜의 재현성과 감도를 조사하고자 했습니다. 원래 프로토콜의 multiplexing 기능을 유지하기 위해 paired-end dual index chemistry에 통합하기 전에 small-RNA cDNA transcript 준비를 위해 기존 16개의 바코드를 유지했습니다. 한 쌍의 i5 및 i7 바코드만 사용하여 최대 16개의 개별 시료를 동시에 처리하고 분석하여 저입력 sEV RNA의 분석 재현성을 향상시키는 강력한 실험실 기반 cDNA 라이브러리를 준비할 수 있습니다. 따라서 인간 플라즈마 sEV에서 분리된 초소량의 miRNA를 사용하여 재현성이 높은 cDNA 라이브러리를 생성하는 데 필요한 생화학적 프로세스, 업데이트된 바코드, PCR 및 크기 마커 프라이머, 분리 단계를 제시합니다.
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1. 모든 시약 및 올리고뉴클레오티드는 다음과 같이 제조됩니다.
참고: 이 프로토콜에 사용되는 모든 뉴클레오티드는 이 프로토콜을 구현하는 데 사용되는 농도에서 그림 1 및 보충 파일 1 에 자세히 설명되어 있습니다. 프라이머 염기서열에 대해서는 Supplemental File 2 를 참조하십시오.
2. EV RNA 시료 준비
3. 16개의 RNA 샘플과 1개의 테스트 샘플이 있는 3' 바코드 어댑터의 결찰을 설정합니다.
4. 3' 어댑터 결찰 Small RNA의 PAGE 분리
5. 5' 어댑터의 접합
6. 바코드가 있는 5' 및 3'-결찰된 소형 비암호화 RNA 및 miRNA의 역전사
7. PCR 검사 및 대규모 증폭 실시
8. PCR 증폭 라이브러리의 정제
9. 시퀀서와 호환되는 바코드를 추가하기 위한 최종 PCR 증폭
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위의 프로토콜에 자세히 설명된 바와 같이, 최대 16개의 개별 sEV(small extracellular vesicle) RNA 샘플(즉, small non-coding RNA 및 miRNA 분석용)을 동시에 처리하며, 3' 바코딩을 거친 후 단일 라이브러리 내에서 함께 분석합니다. 분석을 위해 선택된 sEV는 Jersey Shore University Medical Center(IRB#Pro2018-0425)에서 삼중 음성 유방암 진단을 받은 여성으로부터 수집한 45mL의 혈장에서 이전에 설명한 바와 같이 초원심분리(37,40)로 분리되었습니다. 분리 시, 초원심분리된 sEV는 희석, 분취, RNA 추출 및 cDNA 라이브러리 준비 전에 투과 전자 현미경, 나노 입자 추적 분석 및 형광 초해상도 나노 이미징을 사용하여 MISEV2023 지침42에 따라 검증되었습니다. TEM 분석을...
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당사는 작은 세포외 소포체(sEV)에서 효율적으로 분리된 microRNA(miRNA)를 포함하여 비코딩 RNA의 재현 가능하고 민감한 차세대 염기서열분석(NGS)을 위한 cDNA 라이브러리 준비 프로토콜을 개발했습니다. 제한된 수량의 작은 non-coding RNA 및 miRNA가 전 세계적으로 또는 선택적으로 분리된 sEV에서 회수될 수 있다는 점을 고려하여 sEV miRNA 화물의 재현 가능하고 민감한 분석을 가능하게 하는 cDNA 라이브러리 준비 절차를 최적화하고자 했습니다.
sEV-RNA의 효율적이고 선택적인 분리 전 첫 번째 단계로, non-sEV RNA 오염 물질을 제거하기 위해 RNAse-A 처리 단계가 필요합니다. 단백질 결합 RNA 염기서열을 제거할 수 없을 수도 있지만, 구조적으로 손상될 수 있는 sEV에서 RNA를 소화할 가능성도 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 두 번째 단계로, sEV-RNA...
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O.L.은 EValuate Diagnostics, Inc.의 무직 설립자로 회사 지분의 일부를 보유하고 있습니다. 다른 저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
Thomas Tuschl 박사의 연구실에서 개발한 원천 기술에 대한 접근을 제공하고 RNAworld 파이프라인에 접근할 수 있도록 해준 것에 대해 감사드립니다.
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