Hier presenteren we een protocol dat de installatie en het gebruik van een bio-informaticapijplijn demonstreert om chimere RNA-sequencinggegevens te analyseren die worden gebruikt in de studie van in vivo RNA:RNA-interacties.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier presenteren we een protocol dat de installatie en het gebruik van een bio-informaticapijplijn demonstreert om chimere RNA-sequencinggegevens te analyseren die worden gebruikt in de studie van in vivo RNA:RNA-interacties.
Een beter begrip van de in vivo genregulerende interacties van kleine niet-coderende RNA's (sncRNA's), zoals microRNA's (miRNA's), met hun doel-RNA's is de afgelopen jaren bevorderd door biochemische benaderingen die gebruik maken van cross-linking gevolgd door ligatie om sncRNA:doel-RNA-interacties vast te leggen door de vorming van chimere RNA's en daaropvolgende sequencingbibliotheken. Hoewel datasets van chimere RNA-sequencing genoombrede en aanzienlijk minder dubbelzinnige input bieden dan miRNA-voorspellingssoftware, vereist het destilleren van deze gegevens tot zinvolle en bruikbare informatie aanvullende analyses en kan het onderzoekers zonder een computationele achtergrond afschrikken. Dit rapport biedt een tutorial om beginnende computationele biologen te ondersteunen bij het installeren en toepassen van een recente open-source softwaretool: Small Chimeric RNA Analysis Pipeline (SCRAP). Platformvereisten, updates en een uitleg van pijplijnstappen en manipulatie van belangrijke variabelen voor gebruikersinvoer worden verstrekt. Het verminderen van een barrière voor biologen om inzichten te verwerven uit chimere RNA-sequencingbenaderingen heeft het potentieel om op ontdekking gebaseerde onderzoeken naar regulerende sncRNA:doel-RNA-interacties in meerdere biologische contexten te starten.
Kleine niet-coderende RNA's zijn sterk bestudeerd vanwege hun post-transcriptionele rol bij het coördineren van expressie van genenreeksen in diverse processen zoals differentiatie en ontwikkeling, signaalverwerking en ziekte 1,2,3. Het vermogen om nauwkeurig de doeltranscripten van genregulerende kleine niet-coderende RNA's (sncRNA's), inclusief microRNA's (miRNA's), te bepalen, is van belang voor studies van RNA-biologie op zowel basis- als translationeel niveau. Bio-informatica-algoritmen die gebruik maken van de verwachte complementariteit tussen de miRNA-zaadsequentie en zijn potentiële doelwitten zijn vaak gebruikt voor de voorspelling van miRNA:doel-RNA-interacties. Hoewel deze bio-informatica-algoritmen succesvol zijn geweest, kunnen ze ook zowel vals-positieve als vals-negatieve resultaten bevatten, zoals elders is besproken 4,5,6. Onlangs zijn er verschillende biochemische benaderingen ontworpen en geïmplementeerd die een ondubbelzinnige en semikwantitatieve bepaling van in vivo sncRNA:doel-RNA-interacties mogelijk maken door in vivo crosslinking en de daaruit voortvloeiende opname van een ligatiestap om het sncRNA fysiek aan zijn doelwit te hechten om een enkel chimeer RNA te vormen 4,5,7,8,9,10 . Latere voorbereiding van sequencingbibliotheken van de chimere RNA's maakt het mogelijk om de sncRNA:doel-RNA-interacties te beoordelen door computationele verwerking van de sequentiegegevens. Deze video biedt een zelfstudie voor het installeren en gebruiken van een computationele pijplijn genaamd kleine chimere RNA-analysepijplijn (SCRAP), die is ontworpen om robuuste en reproduceerbare analyse van sncRNA:doel-RNA-interacties uit chimere RNA-sequencingbibliothekenmogelijk te maken 6.
Een doel van deze tutorial is om onderzoekers te helpen bij het vermijden van overmatige afhankelijkheid van puur voorspellende bio-informatica-algoritmen door barrières te verlagen voor de analyse van gegevens die zijn gegenereerd door biochemische benaderingen die chimere moleculaire uitlezingen van sncRNA:doel-RNA-interacties bieden. Deze zelfstudie biedt praktische stappen en tips om beginnende computationele wetenschappers te begeleiden bij het gebruik van een pijplijn, SCRAP, ontwikkeld voor het analyseren van chimere RNA-sequencinggegevens, die kunnen worden gegenereerd door verschillende bestaande biochemische protocollen, waaronder crosslinking, ligatie en sequencing van hybriden (CLASH) en covalente ligatie van endogene Argonaute-gebonden RNA's - crosslinking en immunoprecipitatie (CLEAR-CLIP)7,9.
Het gebruik van SCRAP biedt verschillende voordelen voor de analyse van chimere RNA-sequencinggegevens, in vergelijking met andere computationele pijplijnen6. Een opvallend voordeel is de uitgebreide annotatie en de integratie van call-outs naar goed ondersteunde en routinematig bijgewerkte bio-informaticascripts in de pijplijn, in vergelijking met alternatieve pijplijnen die vaak afhankelijk zijn van aangepaste en/of niet-ondersteunde scripts voor stappen in de pijplijn. Deze functie geeft stabiliteit aan SCRAP, waardoor het voor onderzoekers meer de moeite waard is om vertrouwd te raken met de pijplijn en het gebruik ervan in hun workflow op te nemen. Van SCRAP is ook aangetoond dat het beter presteert dan alternatieve pijplijnen bij het aanroepen van pieken van sncRNA:doel-RNA-interacties en dat het platformonafhankelijke functionaliteit heeft, zoals beschreven in een eerdere publicatie6.
Aan het einde van deze zelfstudie zijn gebruikers in staat om (i) de platformvereisten voor SCRAP te kennen en SCRAP-pijplijnen te installeren, (ii) referentiegenomen te installeren en opdrachtregelparameters voor SCRAP in te stellen, en (iii) de criteria voor piekaanroepen te begrijpen en piekaanroepen en piekannotatie uit te voeren.
Deze video zal in praktisch detail beschrijven hoe onderzoekers die RNA-biologie bestuderen, de computationele pijplijn, SCRAP, kunnen installeren en optimaal kunnen gebruiken om sncRNA-interacties met doel-RNA's, zoals boodschapper-RNA's, te analyseren in chimere RNA-sequencinggegevens die zijn verkregen via een van de besproken biochemische benaderingen voor de voorbereiding van sequencing-bibliotheken.
SCRAP is een opdrachtregelprogramma. Over het algemeen moet de gebruiker, volgens de onderstaande gids, (i) SCRAP downloaden en installeren (https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP), (ii) referentiegenomen installeren en SHROOT uitvoeren, en (iii) piekaanroepen en annotatie uitvoeren.
Meer informatie over de rekenstappen in deze procedure is te vinden op https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP. Dit artikel biedt de opzet en achtergrondinformatie om onderzoekers met rekenvaardigheden op instapniveau in staat te stellen SCRAP te installeren, te optimaliseren en te gebruiken op chimere RNA-sequencingbibliotheekdatasets.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
OPMERKING: Het protocol begint met het downloaden en installeren van software die nodig is om chimere RNA-sequencingbibliotheken te analyseren met behulp van SCRAP.
1. Installatie
2. SCHROOT uitvoeren
3. Piek bellen en annotatie
4. Visualiseren van de data
OPMERKING: Alle stappen voor analyse met behulp van SCRAP zijn nu voltooid. Voor het visualiseren van de gegevens worden verschillende benaderingen aanbevolen:
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten voor sncRNA:doel-RNA gedetecteerd door een gemodificeerde versie van SCRAP (SCRAP release 2.0, die modificaties voor rRNA-filtering implementeert) op eerder gepubliceerde sequencing-datasets die zijn opgesteld met behulp van CLEAR-CLIP9 , worden weergegeven in figuur 2 en tabel 1. Gebruikers kunnen de afname van de relatieve fractie miRNA-interacties met intronregio's waarderen die optreedt na de isolatie van interacties met hoge betrouwbaa...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol voor het gebruik van de SCRAP-pijplijn voor analyse van sncRNA:doel-RNA-interacties is ontworpen om onderzoekers te helpen bij het uitvoeren van computationele analyse. Van de voltooiing van de zelfstudie wordt verwacht dat onderzoekers met rekenervaring op instapniveau of hoger door de stappen worden geleid die nodig zijn voor de installatie en het gebruik van deze pijplijn en de toepassing ervan om gegevens te analyseren die zijn verkregen uit chimere RNA-sequencingbibliotheken. Stappen die cruciaal zijn v...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We danken de leden van het Meffert-laboratorium voor nuttige discussies, waaronder BH Powell en WT Mills IV, voor hun kritische feedback over het beschrijven van de installatie en implementatie van de pijpleiding. Dit werk werd ondersteund door een Braude Foundation-prijs, het Maryland Stem Cell Research Fund Launch Program, de Blaustein Endowment for Pain Research and Education-prijs en NINDS RO1NS103974 en NIMH RO1MH129292 aan MKM.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Genomes | UCSC Genome browser | N/A | https://genome.ucsc.edu/ of https://www.ncbi.nlm.nih.gov/data-hub/genome/ |
| Linux | Linux | Ubuntu 20.04 of 22.04 LTS aanbevolen | |
| Mac | Apple | Mac OSX (>11) | |
| Platform instelling | GitHub | N/A | https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP/blob/main/PLATFORM-SETUP.md] |
| SCRAP pipeline | GitHub | N/A | https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP |
| Unix shell | Unix operating system | bash >=5.0 | |
| Unix shell | Unix operating system | zsh (5.9 aanbevolen) | |
| Windows | Windows | WSL Ubuntu 20.04 of 22.04 LTS |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.