이 프로토콜은 소량의 조직에서 RNA를 분리하여 RNA 시퀀싱 및 상보적 DNA 합성과 같은 후속 응용 분석에 충분한 양의 고품질 RNA를 얻을 수 있도록 설계된 컬럼 기반 RNA 분리 키트를 사용하여 다양한 곰벌레 종으로부터 RNA를 분리하는 절차를 상세히 설명합니다.
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이 프로토콜은 소량의 조직에서 RNA를 분리하여 RNA 시퀀싱 및 상보적 DNA 합성과 같은 후속 응용 분석에 충분한 양의 고품질 RNA를 얻을 수 있도록 설계된 컬럼 기반 RNA 분리 키트를 사용하여 다양한 곰벌레 종으로부터 RNA를 분리하는 절차를 상세히 설명합니다.
물곰(Tardigrades)은 환경적 스트레스에 대한 탁월한 내성으로 잘 알려진 미세 동물입니다. 이 동물들은 건조, 극한의 압력, 저온 및 고수준의 이온화 방사선 환경에서도 생존할 수 있습니다. 하지만 이러한 극한 내성 능력의 기저에 있는 분자적 기제는 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. RNA 시퀀싱, RNA 간섭(RNAi), 박테리아와 같은 시스템에서의 물곰 유전자 이종 발현 등을 포함하여 이러한 기제를 조사하는 데 사용되는 분자 생물학적 접근법들은 제한된 생물학적 시료로부터 고품질의 전령 RNA(mRNA)를 분리하는 과정이 필요합니다. 본 연구에서는 (1) 헤테로타르디그라다(heterotardigrade) 종을 포함한 여러 종에 걸쳐 효과적이며, (2) 체구에 따라 25~200마리 정도의 적은 수만으로 가능하고, (3) 하위 응용 분석에 충분한 양과 품질의 RNA를 얻을 수 있는, 재현 가능한 물곰의 총 RNA 분리 프로토콜을 설명합니다. 본 프로토콜은 적절한 수의 물곰으로부터 효율적인 RNA 회수를 가능하게 하며, 다양한 물곰 종의 스트레스 내성에 대한 분자적 연구를 지원합니다.
곰벌레(Tardigrades)는 건조, 극심한 압력, 극한 온도, 그리고 화학요법 약물이나 전리 방사선과 같은 DNA 손상 유발 인자를 포함하여 다른 동물이라면 견디지 못했을 극심한 스트레스 환경에서 생존하는 능력으로 잘 알려져 있습니다1,2,3,4,5,6,7,8. 최근 몇 년 동안 과학자들은 RNA 시퀀싱, RNA 간섭(RNAi), 그리고 인간 세포 및 박테리아를 포함한 다른 시스템에서의 곰벌레 유전자 이종 발현과 같은 분자 생물학적 접근법을 사용하여 곰벌레의 극단적인 회복력의 근저에 있는 메커니즘을 연구해 왔습니다8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. 이러한 접근법들은 곰벌레가 어떻게 그토록 극심한 스트레스 내성을 가질 수 있는지에 대한 구체적인 통찰을 제공하는 강력한 도구가 되었습니다8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22. 그러나 곰벌레의 스트레스 내성을 이해하기 위한 이러한 모든 분자 생물학적 접근법은 이 작은 동물로부터 후속 공정에 사용할 수 있을 만큼 충분한 양과 적절한 품질의 RNA를 분리해낼 수 있는 능력에 의존합니다.
이전에 발표된 완보동물 RNA 분리 방법은 Hypsibius exemplaris를 연구하는 연구자들에게 유용함이 입증되었습니다23. 하지만 H. exemplaris에서 이 프로토콜을 재현하려 했을 때, 결과물인 RNA의 농도와 품질이 일정하지 않아 신뢰도가 낮다는 것을 발견했습니다(미발표 데이터). 대안으로 페놀 기반의 RNA 분리 방법이 H. exemplaris, Ramazzottius varieornatus 및 헤테로타디그레이드(heterotardigrade) 종에서 효과적인 것으로 나타났습니다13,21,22,24,25,26. 이 프로토콜은 단일 개체 및 개체 풀(~50마리) 모두에서 후속 공정에 충분한 품질과 양의 RNA를 제공하는 것으로 입증되었습니다. 다만, 이 프로토콜은 사용자가 페놀 함유 시약을 취급해야 합니다. 페놀은 주의 깊은 취급이 필요한 위험 화학 물질이며, 프로토콜을 부적절하게 수행할 경우 페놀이 잔류하여 RNA 순도와 후속 응용 단계에 영향을 줄 수 있습니다. 완보동물 RNA 분리를 위해 이전에 발표된 또 다른 프로토콜은 단일 개체에서 RNA를 분리하는 능력에 집중하고 있습니다27. 이는 정량 PCR(qPCR)과 같은 응용 분야에는 가치 있는 프로토콜이지만27, 동물이 특정 스트레스 요인이나 조건에 어떻게 반응하는지에 대해 보다 전체적인 관점을 얻고자 하는 RNA 시퀀싱과 같은 후속 응용 분야에는 덜 적합합니다.
기존의 RNA 분리 프로토콜들의 이러한 한계로 인해, 완보동물로부터 RNA를 분리하기 위한 대안적 방법들에 대한 연구가 진행되었습니다. 본 프로토콜에서 사용된 컬럼 기반 RNA 분리 키트는 소량의 조직에서 RNA를 분리하도록 시판된 제품입니다. 이 키트는 이전에 후속 RNA 시퀀싱 분석을 위해 곤충 조직에서 RNA를 분리하는 데 사용된 바 있으며, 이는 완보동물과 같이 큐티클을 가진 다른 소형 동물들의 RNA 분리에도 적합할 수 있음을 시사합니다.28본 연구에서는 완보동물을 대상으로 한 컬럼 기반 RNA 분리 키트의 단계별 프로토콜을 설명하며, 완보동물로 본 프로토콜을 수행할 때 주의해야 할 구체적인 사항에 대한 설명을 포함합니다. 본 논문은 6종의 완보동물 종에서 이 프로토콜을 성공적으로 적용했음을 보고합니다.*H. exemplaris*, Milnesium sp., Paramacrobiotus experimentalis, Paramacrobiotus fairbanksi, Paramacrobiotus gadabouti및 이형완보동물(heterotardigrade) Viridiscus celatus). 본 연구는 25마리의 적은 수의 동물로부터도 상당한 품질과 양의 RNA를 얻을 수 있음을 검증하였습니다. 결과물인 RNA 농도 및 품질 데이터의 예시 또한 제공되며, 이는 RNA 시퀀싱(최소 편향, 지수적 라이브러리 증폭 방식) 및 상보적 DNA(cDNA) 합성과 같은 후속 응용 단계에 적합합니다. 본 RNA 분리 프로토콜은 이미 다음과 같은 방사선 내성 메커니즘을 밝히는 데 유용한 것으로 입증되었습니다. H. exemplaris8다양한 완보동물 종에서 이 프로토콜의 성공적인 적용 결과는, 이 방법이 스트레스 내성 기전, 발달 기전 및 진화 과정 연구에 더 광범위하게 적용될 수 있음을 시사합니다.
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무척추동물은 이 요건에서 제외되므로, 다음 프로토콜은 기관 동물 윤리 승인을 필요로 하지 않습니다. 사용된 시약과 장비는 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. RNA 분리를 위한 장비 및 구역 준비
2. RNA 분리를 위한 동물 수집
3. 완보동물의 기계적 파쇄 및 RNA 추출
4. RNA 분리 컬럼 컨디셔닝
5. 컬럼에 RNA 결합시키기
6. DNase I 용액 제조
7. RNA 세척 및 DNase I 처리
8. RNA 용출
9. 마이크로볼륨 분광광도계를 이용한 RNA 양 및 품질 검증
참고: RNA의 양과 질을 평가하기 위해 다른 방법들을 사용할 수 있습니다. 여기서는 마이크로볼륨 분광광도계를 이용한 방법을 사용합니다. 형광 광도계 또는 마이크로유체 젤 전기영동 도구 또한 사용할 수 있습니다29.
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위에서 언급했듯이, 이 프로토콜의 핵심 단계는 RNA 추출을 위한 추출 버퍼(Extraction Buffer, XB)를 첨가하기 전에 수집된 완보동물로부터 적절한 양의 물을 제거하는 것입니다. 물이 너무 많이 남아 있으면 추출 버퍼(XB)가 희석되어 동물로부터의 RNA 추출 결과가 저하되며(즉, RIN < 7, 260/280 비율 <1.8, 260/230 비율 <1.8 및/또는 농도 <5 ng/µL), 결과적으로 용출 후 RNA 농도와 품질이 감소하게 됩니다. 반대로 물을 너무 많이 제거하면 동물이 빠르게 건조되어 치사율이 높아질 수 있으며, 사망 후 RNase 활성 증가로 인해 RNA 품질이 저하될 수 있습니다. 본 프로토콜을 성공적으로 수행할 수 있도록, 추출 버퍼(XB)를 첨가하기 전 튜브 내 완보동물과 함께 남겨두어야 할 적절한 물의 양을 시각적으로 나타낸 자료가 제공됩니다(그림 1B).
현재까지 ...
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본 프로토콜의 목적은 완보동물의 스트레스 내성 연구를 위한 하위 응용 분석에 적용할 수 있을 만큼 충분한 양과 품질의 RNA를 완보동물로부터 분리하는 것을 돕는 것입니다. 여기에 제시된 프로토콜에서는 추출 버퍼(Extraction Buffer, XB)를 추가하기 전 충분한 수분을 제거하는 단계(단계 2.5), 완보동물의 신체를 파쇄하는 단계(단계 3.1-3.3), 정제를 위해 상층액을 컬럼으로 옮기는 단계(단계 5.3), 그리고 RNA를 용출하는 단계(단계 8.3) 등 사용자가 어려움을 겪을 수 있는 부분들을 명시하였습니다. 이러한 단계 중 어느 하나에서라도 오류가 발생하면 결과 RNA의 농도나 품질이 저하될 수 있습니다. (마이크로 볼륨 분광광도계로 확인했을 때) 결과 RNA 농도가 5 ng/µL 미만인 경우, 사용자는 (1) 더 많은 수의 개체(소형 종의 경우 >100마리, 대형 종의 경우 >50마리)를 사용하여 RNA 분리를 다시 수행하거나, (2) 수분 제거, 완보동물 파쇄 및 용출 단계에 특별히 주의하며 프로...
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저자들은 공개할 사항이 없습니다.
본 연구는 UNC Asheville의 스타트업 펀드(CCH 대상)와 Jason Pienaar(PK의 박사후 지도교수)에게 제공된 NSF 그랜트 2225683의 지원을 받았습니다. 기술적 지원을 제공해 준 UNC High Throughput Sequencing Facility에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL Microfuge Tubes | USA Scientific | 1615-5500 | Seal-Rite 1.5 mL 눈금 표시 마이크로 원심분리 튜브, 내추럴, 폴리프로필렌, 500개/백 |
| 70% Ethanol | VWR | 71001-654 | 벤치 및 장비 세척용 |
| Arcturis PicoPure RNA Isolation Kit | Fisher | KIT0204 | 본 논문에 기술된 분리 프로토콜을 위한 구성 성분이 포함된 키트 |
| 원심분리기 | Eppendorf | 5405000441 | Centrifuge 5425, 회전 노브, 비냉장식, Rotor FA-24x2 포함, 120 V/50-60 Hz (US) |
| Deer Park 생수 | Any Grocery Store | N/A | 곰벌레 배양용 배지이자 RNA 분리 전 곰벌레 세척에 사용 |
| 해부 현미경 | Zeiss | N/A | Zeiss Stemi 305, 줌 비율 5:1 및 총 배율 8x-40x, transillumination Unit M LED 포함 |
| DNase I | Fisher | FEREN0521 | Thermo Scientific DNase I, RNase-free (1 U/uL) |
| 필터 팁 10 uL | VWR | 76322-528 | 모든 필터 파이펫 팁 사용 가능 |
| 필터 팁 1000 uL | VWR | 76322-154 | 모든 필터 파이펫 팁 사용 가능 |
| 필터 팁 20 uL | VWR | 76322-134 | 모든 필터 파이펫 팁 사용 가능 |
| 필터 팁 200 uL | VWR | 76322-150 | 모든 필터 파이펫 팁 사용 가능 |
| 유리 모세관 | Fisher | 50-821-811 | World Precision Instrument 표준 유리 모세관 - 1B120-6 (6 inch, 외경 1.2 mm, 필라멘트 없음). 이를 화염 상에서 끝이 좁아진 두 개의 유리 모세관으로 뽑아낸 후, 선택한 곰벌레 종을 마우스 파이펫으로 채취하기에 적절한 직경으로 절단하여 사용함. |
| 히팅 블록 | Eppendorf | 5382000023 | Eppendorf ThermoMixer C, 서모블록 제외 기본 장치, 100-130 V/50-60 Hz (US/JP/South America/TW) |
| High Sensitivity RNA Screen Tape Ladder | Agilent | 5067-5581 | TapeStation 시스템에서 총 RNA의 고감도 분석을 위한 래더 |
| High Sensitivity RNA ScreenTape | Agilent | 5067-5579 | TapeStation 시스템에서 총 RNA의 고감도 분석용 |
| High Sensitivity RNA ScreenTape Sample Buffer | Agilent | 5067-5580 | TapeStation 시스템에서 총 RNA의 고감도 분석을 위한 버퍼 |
| 미세유체 젤 전기영동 장치 | Agilent | G2991BA | Agilent 4200 TapeStation System |
| 마이크로볼륨 분광광도계 | Fisher | 13400607 | Thermo Scientific NanoDrop UltraC FL, 검출기 유형: 2048-element, CMOS Linear Image Sensor, 디스플레이: 10 in. 고해상도 컬러 디스플레이, 지원 언어: 중국어, 영어, 프랑스어, 일본어, 독일어, 광원: Xenon Flash, 스펙트럼 대역폭: 1.8 nm 이하 (Hg 254 nm에서 FWHM), 전압: 12 VDC |
| 마우스 파이펫 | Millipore Sigma | A5177 | 교정된 마이크로 모세관 파이펫용 흡입 튜브 어셈블리 |
| Nuclease-Free Water | Fisher | FERR0581 | Thermo Scientific Water, nuclease-free |
| 파이펫 (2.5 uL, 20 uL, 200 uL, 1000 uL) | Eppendorf | 2231300004 | Eppendorf Research plus, 4-pack |
| RNase Away | Fisher | 21-402-178 | Thermo Scientific RNase AWAY 표면 오염 제거제 |
| RNase-Free 튜브 및 페스틀 | Fisher | 12-141-368 | RNA 분리용 RNase-free 튜브 및 페스틀 |
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