RNases zijn veelal aanwezig op de huid, in haar, stof, op laboratoriumoppervlakken, in oplossingen, enz. Draag handschoenen en reinig het werkvlak, pipetten enz. grondig voor gebruik om RNase-contaminatie te voorkomen. Het gebruik van nuclease-vrije pipetpunten, buisjes, glaswerk en reagentia wordt sterk aanbevolen.
1. In vitro transcriptie met de T7 High-yield RNA Synthesis Kit
De DNA-template voor de transcriptiereactie is een gelineariseerd plasmide dat het Gaussia luciferase-gen bevat en een T7-promotor stroomopwaarts van de coderende sequentie (Figuur 1B).
- Ontdooi de componenten van de T7 High Yield RNA Synthesis kit en houd deze op ijs.
- Voor niet-gecapte RNA wordt de reactie bij kamertemperatuur in de volgende volgorde klaargezet:
| Component | Volume (μl) | Definitief |
| nucleasevrij water* | X | |
| 10X reactiebuffer | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10 mM |
| GTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| Template-DNA * | X | 1 μg |
| T7 RNA-polymerasemengsel | 2 | |
| Totaal | 20 | |
*Voeg 1 μg DNA toe en vul het totale reactievolume aan tot 20 μl met nucleasevrij water. De hoeveelheid water die moet worden toegevoegd, varieert afhankelijk van de concentratie van het template-DNA.
- Voor gecapte RNA: Stel de reactie op bij kamertemperatuur in de volgende volgorde:
| Component | Volume (μl) | Eindconcentratie |
| Nucleasevrij water* | X | |
| 10X Reactiebuffer | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| GTP (20 mM) | 2 | 2mM |
| 3´-0-Me-m7G(5')ppp(5')G cap analoog (ARCA)(40mM) | 4 | 8mM |
| Template DNA* | X | 1 μg |
| T7 RNA Polymerase Mix | 2 | |
| Totaal | 20 | |
*Voeg 1 μg DNA toe en vul het totale reactievolume aan tot 20 μl met nucleasevrij water. De hoeveelheid toe te voegen water varieert afhankelijk van de concentratie van het template-DNA.
- Meng goed door te vortexen en incubeer de reacties 2 uur lang bij 37 °C in een droge luchtincubator.
- Synthetiseer met behulp van stappen 1.3-1.4 gecapte transcripten van Cypridina luciferase (CLuc) vanuit een gelineariseerd plasmide dat het CLuc-gen bevat. Dit mRNA zal samen worden getransfecteerd met het gecapte en ongecapte GLuc mRNA voor de normalisatie van de GLuc-expressie.
2. Verwijdering van template-DNA
De transcriptiereacties worden behandeld met DNase I om het DNA-sjabloon te verwijderen voordat er wordt overgegaan tot zuivering.
- Voeg 70 μl nucleasevrij water toe aan de transcriptiereacties, gevolgd door 10 μl DNase I reactiebuffer.
- Voeg 2 μl DNase I toe aan de reacties.
- Incubeer gedurende 15 minuten bij 37 °C in een droge luchtincubator.
3. Kolomzuivering van gecapte en ongecapte RNA
- Purificeer het gecapte en ongecapte RNA met de MEGAclearKit volgens de instructies van de fabrikant (elk RNA-purificatiekit op basis van spincolumns kan worden gebruikt).
- Kwantificeer het RNA met een NanoDrop Spectrofotometer.
- Beoordeel de kwaliteit van de RNA-monsters met de Agilent RNA 6000 Nano Kit en de Agilent 2100 Bioanalyzer, conform de instructies van de fabrikant.
4. RNA-capping met behulp van het Vaccinia-cappingsysteem
- Neem 10 μg van het gezuiverde uncapped GLuc mRNA.
Een standaard capping-reactie kan tot 10 μg (100nt of groter) RNA cappen. Als een grotere hoeveelheid RNA gecapt moet worden, kan de reactie dienovereenkomstig worden opgeschaald.
- Verhoog het volume tot 15 μl met nucleasevrij water.
- Verhit het RNA 10 minuten lang bij 65 °C om secundaire structuren te verwijderen. Plaats het vervolgens 5 minuten op ijs.
- Voor het opzetten van de capping-reactie voegt u 2 μl 10X Capping Buffer, 1 μl GTP (10 mM), 1 μl vers verdunde S-adenosylmethionine (2 mM) en 1 μl (10 units) Vaccinia capping enzyme toe aan de 15 μl gedenatureerd RNA.
- Meng goed door voorzichtig te vortexen en incubeer de reactie 30 minuten bij 37 °C in een droogluchtincubator.
5. Kolomzuivering van gecapte RNA
- Zuiver het gecapte RNA met de MEGAclear Kit (elke op spin-kolommen gebaseerde RNA-zuiveringskit kan worden gebruikt).
- Beoordeel de kwaliteit van de RNA-monsters met de Agilent RNA 6000 Nano Kit en de Agilent 2100 Bioanalyzer, conform de instructies van de fabrikant.
6. Transfectie van HeLa-cellen met behulp van de TransIT mRNA Transfection Kit
- Zaai HeLa-cellen uit in een 48-wells plaat in 150 μl Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), High Glucose, aangevuld met 10% foetaal runderserum (0,7-2,3 × 105 cellen/well).
- Incubeer gedurende 16-24 uur bij 37 °C totdat de cellen 60-90% confluent zijn.
- Verdun het GLuc- (met en zonder cap) en CLuc-RNA tot een concentratie van 100 ng/μl.
Elke transfectie wordt in 8 replica's uitgevoerd.
- Bereid 8 eppendorf buisjes voor. Voeg aan elk buisje 1 μl ongecapte GLuc RNA, 1 μl gecapte CLuc RNA (voor normalisatie) en 25 μl serumvrij DMEM toe. Meng goed.
- Bereid 8 eppendorf buisjes voor. Voeg aan elk buisje 1 μl gecapte GLuc RNA (cap-analoog), 1 μl gecapte CLuc RNA (voor normalisatie) en 25 μl serumvrij DMEM toe. Meng goed.
- Bereid 8 eppendorf buisjes voor. Voeg aan elk buisje 1 μl gecapte GLuc RNA (Vaccinia), 1 μl gecapte CLuc RNA (voor normalisatie) en 25 μl serumvrij DMEM toe. Meng goed.
- Voeg 0,2 μl mRNA Boost Reagent toe aan de eerste set van 8 buisjes en meng.
- Voeg 0,2 μl TransIT mRNA Reagent toe aan de eerste set van 8 buisjes en meng.
- Incubeer gedurende 2-5 minuten bij kamertemperatuur. (Incubeer niet langer dan 5 minuten).
- Voeg het transfectiemengsel druppelsgewijs toe aan de wells met HeLa-celculturen (zie Figuur 3 voor de opstelling van de plaat).
- Herhaal stappen 7 tot en met 10 met de 2e en 3e sets van 8 buisjes.
- Incubeer overnacht (16 uur) bij 37 °C in 5% CO2.
7. Gaussia Luciferase (GLuc) Assay
Analyseer het supernatant van elke put op GLuc-activiteit met behulp van de BioLux Gaussia Luciferase Assay Kit als volgt:
- Bereid een verse assay-oplossing door 15 μl BioLux GLuc Substrate toe te voegen aan 1,5 ml BioLux GLuc Assay Buffer (er is 50 μl assay-oplossing per monster nodig). Bereid voldoende volume voor de monsters en voor het primen van de injector van de luminometer (raadpleeg de instructies van de fabrikant).
- Meng goed door de buis meerdere keren om te keren (niet vortexen).
Luminescentie wordt gemeten met de Centro LB 960 microplate luminometer van Berthold Technologies.
- Stel de luminometer in op een injectievolume van 50 μl en een integratietijd van 2-10 seconden.
- Voeg 10 μl van het supernatant van de celcultuur uit elke well toe aan een zwarte 96-well plaat.
- Spoor de injector voor met de assay-oplossing en ga over tot de meting van de luminescentie.
- De waarden verkregen uit niet-getransfecteerde wells zullen als negatieve controles worden gebruikt.
8. Cypridina Luciferase (CLuc) Assay
Analyseer het supernatant van elke put op CLuc-activiteit met de BioLux Cypridina Luciferase Assay Kit als volgt:
- Bereid vers gereconstitueerd substraat (100x) volgens de instructies in de handleiding van de kit.
- Ontdooi de BioLux Cypridina Luciferase Assay Buffer en meng deze goed (bescherm tegen licht).
- Om de CLuc-assayoplossing te bereiden, voegt u 15 μl van het gereconstitueerde substraat (100x) toe aan 1,5 ml BioLux Cypridina Luciferase Assay Buffer (er is 50 μl assayoplossing per monster nodig). Bereid voldoende voor de monsters en voor het primen van de injector van de luminometer (raadpleeg de instructies van de fabrikant).
- Meng goed door de buis enkele keren om te keren (niet vortexen).
- Bewaar de oplossing gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur (bescherm tegen licht).
Luminescentie wordt gemeten met de Centro LB 960 microplate luminometer van Berthold Technologies.
- Stel de luminometer in op een injectievolume van 50 μl, een vertraging van 1-2 seconden en een integratietijd van 2-10 seconden.
- Voeg 10 μl van het supernatant van de celcultuur uit elke put toe aan een zwarte 96-wells plaat.
- Cursoreer de injector met de CLuc-assayoplossing en meet de luminescentie.
- De waarden verkregen uit niet-getransfecteerde putten dienen als negatieve controles.
9. Representatieve Resultaten
De T7 High Yield RNA Synthesis Kit kan tot 180 μg ongecapped RNA en 40 tot 50 μg gecapped RNA produceren per reactie van 20 μl. Bij analyse met de Agilent 2100 Bioanalyzer moet RNA van goede kwaliteit en intacte structuur één enkele, scherpe piek vertonen die het RNA-transcript representeert. Een brede piek of meerdere pieken duiden op RNA-degradatie. Het is daarnaast belangrijk om de grootte van het RNA te verifiëren. RNA-transcripten met een grotere lengte dan verwacht kunnen het gevolg zijn van onvolledige digestie van het template plasmide-DNA. RNA-degradatie en een lagere opbrengst zijn gewoonlijk het resultaat van contaminanten die vanuit het template-DNA in de reactie zijn geïntroduceerd. Figuur 2 is een voorbeeld van het electroferogram en het gelbeeld verkregen na het analyseren van hoogwaardig, intact RNA op de Bioanalyzer.
Transfectie van HeLa-cellen met zowel gecapte als ongecapte GLuc-RNA wordt gevolgd door incubatie en het analyseren van de celcultuur-supernatanten op luciferase-activiteit. De 5'-capstructuur is belangrijk voor het beschermen van het RNA tegen exonuclease-degradatie8 en voor het bevorderen van de translatie-initiatie9 van het mRNA. Daarom is RNA-capping een essentiële stap voor transfectie-experimenten. De co-transcriptionele (cap-analoog) methode levert ongeveer 40 μg RNA op waarvan 80% gecapt is. Het protocol met gebruik van Vaccinia-capping-enzym capt tot 10 μg RNA (100 nt of groter) per reactie met een efficiëntie van bijna 100%.
Figuur 4 toont het verschil in luciferase-expressie tussen culturen die zijn getransfecteerd met gecapte en ongecapte RNA-monsters. Er is duidelijk te zien dat celculturen die zijn getransfecteerd met gecapt RNA een veel hogere expressie van luciferase vertonen vergeleken met culturen die zijn getransfecteerd met ongecapt RNA (die geen luciferase-activiteit vertonen). Daarnaast valideert Figuur 4 dat beide capping-technieken, het gebruik van een cap-analoog en het gebruik van het Vaccinia capping-enzym, succesvol functionele, gecapte RNA-transcripten produceren die in eiwit kunnen worden vertaald. De tweezijdige p-waarde verkregen uit de t-test was 0,2583, wat aangeeft dat er geen significant statistisch verschil is tussen de luminescentiegegevens van de twee capping-methoden.

Figuur 1A. RNA-synthese door T7 RNA-polymerase

Figuur 1B. pCMV-GLuc vector bevattend het GLuc-gen en de T7-promotor.

Figuur 2. Bioanalyzer-elektroferogrammen en gel-afbeelding van gecapt en ongecapt RNA. De X-as is de grootte van het RNA in nucleotiden (nt) en de Y-as stelt fluorescentie-eenheden (FU) voor. A) Elektroferogram van GLuc mRNA (ongecapt) na zuivering. B) Elektroferogram van GLuc mRNA (gecapt met behulp van Vaccinia capping-enzym). C) Elektroferogram van GLuc mRNA (co-transcriptioneel gecapt met behulp van een cap-analoog). D) Gel-achtige afbeelding gegenereerd door de Bioanalyzer. De 'L'-baan is de RNA-ladder, baan 1 is ongecapt GLuc mRNA, baan 2 is GLuc mRNA gecapt met behulp van de cap-analoog en baan 3 is het GLuc RNA gecapt met behulp van het Vaccinia capping-enzym.

Figuur 3. Voorbeeld van de plaatopstelling voor HeLa-celtransfectie. Elke well bevat uitgeplaatte HeLa-cellen die 60-90% confluent zijn. Het transfectiemengsel, bestaande uit het betreffende GLuc RNA (uncapped, gecapt met cap-analoog of gecapt met Vaccinia capping-enzym), gecapt CLuc RNA (voor normalisatie), mRNA Boost Reagent en TransIT mRNA Reagent, wordt aan elke well toegevoegd. Elke transfectie wordt uitgevoerd in 8 replica's (wells met dezelfde kleur in de figuur).

Figuur 4.GLuc-expressie in HeLa-cellen. Gezuiverd capped en uncapped GLuc mRNA werd getransfecteerd in HeLa-cellen en gedurende de nacht (16 uur) geïncubeerd bij 37 °C. De supernatanten van de celcultuur uit elke put werden geanalyseerd op GLuc- en CLuc-activiteit en de luminescentiewaarden werden geregistreerd. De GLuc-luminescentiewaarden werden genormaliseerd ten opzichte van de luminescentiewaarden van capped CLuc RNA.

* Luminescentie van niet-getransfecteerde cellen werd afgetrokken van de GLuc- en CLuc-waarden vóór normalisatie.
Handelsmerken
BioLux is een handelsmerk van New England Biolabs, Inc.
TransIT is een geregistreerd handelsmerk van Mirus Bio LLC.
MEGAclear is een handelsmerk van Ambion.