Name: Kostenefficiënte transcriptomische screening van geneesmiddelen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-23T13:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Leer een kostenefficiënt transcriptoom-gebaseerd drugs screeningsprotocol met PBMC-cellen en minibug-technologie. Deze methode identificeert nieuwe medicijndoelwitten effectief.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

J.L.S. wordt ondersteund door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) in het kader van de Duitse excellentiestrategie (EXC2151-390873048) en in het kader van SCHU 950/8-1; GRK 2168, TP11; CRC SFB 1454 Metaflammatie, IRTG GRK 2168, WGGC INST 216/981-1, CCU INST 217/988-1, het door BMBF gefinancierde excellentieproject Diet-Body-Brain (DietBB); en het EU-project SYSCID onder subsidienummer 733100. M.B. wordt ondersteund door DFG (IRTG2168-272482170, SFB1454-432325352). L.B. wordt ondersteund door DFG (ImmuDiet BO 6228/2-1 - Projectnummer 513977171) en de Duitse Excellence Strategy (EXC2151-390873048). Afbeeldingen gemaakt met BioRender.com.

Dit protocol volgt de richtlijnen van de lokale ethische commissies van de Universiteit van Bonn.
1. Voorbereiding van buffers, oplossingen en apparatuur
<ol><li>Bereid de oplossingen voor en verzamel de materialen die worden beschreven in de tabel met materialen.</li>
	<li>Verwarm het waterbad tot 37 °C en warm het complete groeimedium op (RPMI-1640 + 10% foetaal kalfsserum (FCS) + 1% penicilline/streptomycine).</li>
	<li>Gebruik voor het oogsten van cellen ijskoude fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS). NOTITIE: Houd een schone omgeving tijdens het werken met cellen om de steriliteit te behouden.</li>
</ol>2. Behandeling van cellen
OPMERKING: Een gedetailleerd protocol voor de cryopreservatie van perifere mononucleaire bloedcellen (PBMC) uit menselijk bloed is te vinden in7.
<ol><li>Cellen ontdooien en tellen<ol><li>Haal de cryovials uit vloeibare stikstof en ontdooi ze in een waterbad bij 37 °C gedurende 2 - 3 minuten terwijl ze voorzichtig omkeren.</li>
		<li>Breng de ontdooide cellen over in een conische buis van 50 ml.</li>
		<li>Spoel de cryovial met 1 ml warm compleet groeimedium en voeg deze oplossing druppelsgewijs toe aan de cellen in het buisje (1e verdunningsstap).</li>
		<li>Herhaal de verdunning 1:1 tot een volume van 32 ml (5 verdunningen in totaal met respectievelijk 1, 2, 4, 8 en 16 ml warm compleet groeimedium). Voeg het medium druppelsgewijs toe om celverstoring te verminderen terwijl u de conische buis lichtjes in beweging brengt.</li>
		<li>Centrifugeer de celsuspensie gedurende 5 minuten (300 x g, 20 °C) en verwijder het supernatans door de conische buis voorzichtig in één vloeiende beweging te kantelen.</li>
		<li>Resuspendeer de cellen in 3 ml warm compleet groeimedium en ga verder met het tellen van de cellen.</li>
		<li>Meng voor het tellen 10 μL celsuspensie met Trypan Blue (verdunning van 1:2 tot 1:10 afhankelijk van de dichtheid van de celsuspensie) om tijdens het tellen levende van dode cellen te onderscheiden. Dode of beschadigde cellen zullen blauw lijken door de opname van de kleurstof, terwijl vitale cellen niet gekleurd zijn. OPMERKING: Trypan Blue is licht cytotoxisch, gekleurde cellen mogen niet langer dan 5 minuten worden bewaard.</li>
		<li>Tel de cellen met een geautomatiseerde cellenteller of telkamer met behulp van 10 μL gekleurde celoplossing.<ol><li>Wanneer u de door Neubauer verbeterde celkamer gebruikt, telt u alle cellen binnen de vier grote vierkanten op de hoeken en gebruikt u de volgende vergelijking om de concentratie van de celsuspensie te berekenen. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65930/65930eq01.jpg" style="margin: auto;"></li>
		</ol></li>
		<li>Verdun de cellen tot een eindconcentratie van 1 x 106 cellen/ml met warm compleet groeimedium. Centrifugeer alleen als het vereiste volume lager is dan 3 ml en resuspendeer de celpellet tot het juiste volume.</li>
	</ol></li>
	<li>Celzaaien en behandelen<ol><li>Zaad 100 μL celsuspensie per putje in een celkweekplaat met 96 putjes (1 x 105 cellen / putje). OPMERKING: Het celnummer voor seeding is geoptimaliseerd voor PBMC-culturen. Hoewel lage celconcentraties niet voldoende RNA opleveren voor sequencing, zal een te groot aantal cellen het risico op suboptimale cellyse en remming van de reverse transcriptiereactie verhogen.</li>
		<li>Bereid geneesmiddelverdunningen in een concentratie die twee keer zo hoog is als die welke voor de behandeling wordt gebruikt (2x). Kies het oplosmiddel op basis van de oplosbaarheid van de verbinding, bij voorkeur een volledig groeimedium. OPMERKING: PBS of dimethylsulfoxide (DMSO) kan worden gebruikt als anders niet voldoende oplosbaarheid kan worden bereikt. De maximale concentratie DMSO in het resulterende incubatievolume mag niet hoger zijn dan 0,5 % om cytotoxiciteit door het oplosmiddel te voorkomen.</li>
		<li>Voeg 100 μL van de 2x geneesmiddelverdunning toe (eindconcentratie in putje 1X) en incubeer bij 37 °C gedurende de gedefinieerde tijd. OPMERKING: Er moet aanvullend onderzoek worden uitgevoerd om de optimale incubatietijd van geneesmiddelen vast te stellen en mogelijke mechanismen van cytotoxiciteit uit te sluiten.</li>
	</ol></li>
	<li>Celoogst en lysis<ol><li>Centrifugeer de celkweekplaat gedurende 10 minuten (300 x g, 20 °C). Verwijder het supernatans voorzichtig met een vacuümpomp en houd de plaat in een hoek (30°-45°) terwijl u de punt op de lage hoek van de put richt om zo min mogelijk cellen te verwijderen.</li>
		<li>Was de cellen door 200 μL ijskoud PBS aan elk putje toe te voegen en centrifugeer de plaat gedurende 5 minuten (300 x g, 4 °C). Verwijder het supernatans met een vacuümpomp, nogmaals, en houd de plaat in een scherpe hoek om zoveel mogelijk PBS te verwijderen.</li>
		<li>Bereid de lysisbuffer voor zoals beschreven in tabel 1 voor het aantal reacties (rxn) dat nodig is, met toevoeging van 10% overschrijding.</li>
		<li>Voeg 15 μL lysisbuffer toe aan elk putje en sluit de plaat af met zelfklevende afdichtingsfolie om de monsters te beschermen tegen verontreiniging. Draai de plaat voor het centrifugeren gedurende 1 min (1000 x g, 4 °C) en incubeer gedurende 5 minuten op ijs.</li>
		<li>Verzamel 6 μL gelyseerde celoplossing in een PCR-plaat en vries het cellysaat kort in bij -80 °C om een optimale cellyse te garanderen. Zorg ervoor dat u meerdere bevriezingscycli van de platen vermijdt. OPMERKING: STOPPUNT: Als de cDNA-productie vervolgens niet wordt uitgevoerd, kan het cellysaat tot enkele maanden bij -80 °C worden opgeslagen zonder dat de RNA-kwaliteit aanzienlijk afneemt.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Bibliotheekvoorbereiding voor sequencing
<ol><li>Reverse transcriptase (RT) reactie OPMERKING: Wanneer u met RNA werkt, plaats dan alle monsters op ijs en zorg ervoor dat u nucleasevrije apparatuur (steriel, wegwerpplastic) en water gebruikt.<ol><li>Bereid het RT-reactiemengsel zoals beschreven in tabel 2 voor op het aantal benodigde reacties, waarbij 10% overschrijding wordt toegevoegd. Draai het mengsel kort in een draaikolk en draai het kort naar beneden. Bewaar het mengsel op ijs tot gebruik.</li>
		<li>Ontdooi het cellysaat bij kamertemperatuur (RT) en draai het kort naar beneden om al het cellysaat op de bodem van de plaat op te vangen.</li>
		<li>Voer mRNA-denaturatie uit op een thermocycler volgens tabel 3.</li>
		<li>Haal de plaat uit de thermocycler en draai hem kort naar beneden om eventueel condensaat op te vangen. Voeg 6 μL RT-reactiemengsel toe aan elk putje voor een eindvolume van 12 μL. Sluit de plaat af om de plaat te beschermen en om verdamping, draaikolk en draai naar beneden te voorkomen.</li>
		<li>Plaats de plaat op de thermocycler en start het RT-reactieprogramma volgens tabel 3.</li>
	</ol></li>
	<li>Voorversterking<ol><li>Ontdooi de high-fidelity DNA-polymerase en in-situ PCR (ISPCR) primer bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Bereid de voorversterkingsmix voor volgens tabel 4 voor het aantal benodigde reacties, waarbij 10% overschrijding wordt toegevoegd. Draai het mengsel kort in een draaikolk en draai het naar beneden. LET OP: De enzymmix is urenlang stabiel bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Draai de PCR-plaat naar beneden, voeg 15 μL van het vooramplificatiemengsel toe aan elk putje en sluit de plaat af.</li>
		<li>Plaats het op de thermocycler en start de voorversterkingsreactie volgens tabel 5.<ol><li>Pas het aantal cycli aan vanwege het RNA-gehalte. Begin met een lager getal en verhoog als de cDNA-opbrengst niet voldoende is. OPMERKING: Onze ervaring is dat voor elk celtype een optimaal aantal cycli moet worden vastgesteld, de experimentele toestand en behandeling hebben geen invloed op het optimale aantal cycli. We raden daarom aan om het optimale aantal cycli experimenteel vast te stellen bij het opstellen van dit protocol voor een nieuw celtype. Over het algemeen hebben primaire cellen een hoger aantal cycli nodig in vergelijking met cellijnen. STOPPUNT: Het voorversterkingsproduct kan bij - 20 °C worden bewaard.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>cDNA opruiming en kwaliteitscontrole (QC) OPMERKING: Het opschonen van het monster kan voor elke plaat achtereenvolgens worden uitgevoerd, aangezien de monsters in dit stadium vrij stabiel zijn. Het verhogen van het aantal monsters zal leiden tot een langere duur van het protocol, maar zal het aantal monsters dat tegelijkertijd kan worden verwerkt niet beperken.<ol><li>Breng voordat u begint de magnetische zuiveringskralen gedurende 1 minuut op kamertemperatuur en draai op hoge snelheid om de kralen volledig te resuspenderen.</li>
		<li>Voeg 0,8x v/v (20 μL) magnetische zuiveringsparels toe aan elk putje en incubeer gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Plaats de PCR-plaat gedurende 5 minuten op een magnetisch rek totdat de kralen volledig zijn gescheiden. Verwijder het supernatans voorzichtig.</li>
		<li>Houd de plaat op het magnetische rek en voeg voorzichtig 100 μL vers bereide 80% ethanol toe om de kralen te wassen en gedurende 30 s te incuberen. Gebruik een pipet met een klein volume om het supernatant te verwijderen. Herhaal dit voor een extra wasstap. Zorg ervoor dat u zoveel mogelijk ethanol verwijdert.</li>
		<li>Laat de kralen maximaal 5 minuten aan de lucht drogen op het magnetische rek bij kamertemperatuur totdat de ethanol volledig is verdampt en de kralen er niet meer glanzend uitzien.</li>
		<li>Haal de plaat van het magnetische rek, resuspendeer de kralen in 20 μL nucleasevrij water en incubeer gedurende 2 minuten.</li>
		<li>Plaats de plaat weer op het magneetrek totdat de kralen gescheiden zijn.</li>
		<li>Herstel het eluaat in een nieuwe PCR-plaat voor cDNA QC en tagmentatie.</li>
		<li>Voer een TapeStation- of FragmentAnalyser-test uit om de grootteverdeling en concentratie van de cDNA-bibliotheek te evalueren (aanbevolen: TapeStation D5000-test). Zie de instructies van de fabrikant voor meer informatie. Een typische opbrengst van 20 ng is te verwachten.</li>
	</ol></li>
	<li>Tagmentatie met kit OPMERKING: Andere tagmentatieprotocollen kunnen worden gebruikt als deze al zijn vastgesteld.<ol><li>Verdun het cDNA tot een eindconcentratie van 150 - 300 pg/μL met nucleasevrij water.</li>
		<li>Programmeer de thermocycler voor volgens tabel 6 om een onmiddellijke start van de tagmentatiereactie te garanderen na toevoeging van het cDNA aan de enzymmix.</li>
		<li>Bereid de tagmentatiemix volgens tabel 7 voor op het aantal benodigde reacties, waarbij 10% overschrijding wordt toegevoegd.</li>
		<li>Doseer 3 μL van het tagmentatiemengsel per reactie op een nieuwe PCR-plaat en voeg 1 μL cDNA toe aan elke reactie.</li>
		<li>Start de tagmentatiereactie onmiddellijk na het toevoegen van het cDNA.</li>
		<li>Inactiveer de reactie door 1 μL neutraliserende tagmentbuffer toe te voegen (NT; als alternatief kan 0,2% natriumdodecylsulfaat (SDS) worden gebruikt).</li>
	</ol></li>
	<li>Verrijking PCR<ol><li>Bereid de verrijkings-PCR-mix voor Tabel 7 voor het aantal reacties, waarbij 10% overschrijding wordt toegevoegd. (Aanbevolen: Nextera UDI ingesteld om indexhopping op flowcellen met een patroon te voorkomen (bijv. Illumina NovaSeq 6000)).</li>
		<li>Voeg 9 μL van de verrijkings-PCR-mix toe aan elke reactie voor een totaal volume van 14 μL.</li>
		<li>Voer het verrijkings-PCR-programma uit volgens tabel 8. OPMERKING: Voor de verrijkings-PCR zijn 16 cycli standaard. Als de cDNA-kwaliteit slecht is, kunnen extra cycli worden toegevoegd.</li>
	</ol></li>
	<li>Opruimen en QC<ol><li>Voordat u begint, brengt u magnetische zuiveringskralen gedurende 1 minuut op kamertemperatuur en draai op hoge snelheid om de kralen volledig te resuspenderen.</li>
		<li>Voeg 1,0x v/v (14 μL) magnetische zuiveringsparels toe en incubeer gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Plaats de plaat op een magnetisch rek en wacht 5 minuten tot de kralen volledig gescheiden zijn. Verwijder het supernatans voorzichtig.</li>
		<li>Houd de plaat op het magnetische rek en voeg voorzichtig 100 μL vers bereide 80% ethanol toe om de kralen te wassen en gedurende 30 s te incuberen. Gebruik een pipet met een klein volume om het supernatant te verwijderen. Herhaal dit voor een extra wasstap. Zorg ervoor dat u zoveel mogelijk ethanol verwijdert.</li>
		<li>Laat de kralen 3 minuten aan de lucht drogen op kamertemperatuur of totdat ze er niet meer glanzend uitzien.</li>
		<li>Haal de plaat van het magnetische rek, resuspendeer de kralen in 20 μL nucleasevrij water en incubeer gedurende 2 minuten.</li>
		<li>Plaats de plaat opnieuw op het magnetische rek totdat de kralen scheiden en herstel het eluaat in een nieuwe PCR-plaat voor bibliotheek QC.</li>
		<li>Voer een TapeStation- of Fragment Analyzer-test uit om de grootteverdeling en concentratie van de cDNA-bibliotheek te evalueren (aanbevolen: TapeStation D1000 high-sensitivity assay). Zie de instructies van de fabrikant voor meer informatie. Gemiddeld is een opbrengst van 10 ng te verwachten. OPMERKING: STOPPUNT: Het PCR-product kan worden bewaard bij - 20 °C.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Sequencing en voorbewerking van gegevens
<ol><li>Sequencing OPMERKING: De volgende richtlijn is van toepassing op alle Illumina-instrumenten voor short-read sequencing. Als de instrumentatie niet beschikbaar is, kan de sequencing worden uitgevoerd door een externe sequencingfaciliteit. Er kunnen ook andere sequencingbenaderingen worden gebruikt. Voor de eenvoud hebben we ervoor gekozen om alleen te rapporteren over de meest gebruikte sequencing-technologie. OPMERKING: De volgende stappen met betrekking tot softwaregebruik beschrijven de procedure op een Illumina NovaSeq6000 sequencer.<ol><li>Bundel uniek geïndexeerde bibliotheken in een equimolaire verhouding volgens de resultaten verkregen in stap 3.6.8.</li>
		<li>Meet de concentratie van het uiteindelijke zwembad met een zeer gevoelige test om de molariteit van het monster als volgt te berekenen: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65930/65930eq02.jpg" style="margin: auto;"></li>
		<li>Laad de flowcel volgens de specificatie van het instrument en volgens experimentele optimalisatie. Voorbeelden van laadconcentraties van gemeenschappelijke instrumenten zijn weergegeven in tabel 9.</li>
		<li>Door het scherm aan te raken, selecteert u Sequentie om de run-instelling te starten.</li>
		<li>Volg de instructies op het scherm en de loadflowcel, sequentie-voor-synthese-cartridge, clusteringcartridge, buffercartridge en zorg ervoor dat de afvalcontainers leeg zijn.</li>
		<li>Zodra alle reagentia door het instrument zijn herkend, klikt u op Run Setup. Definieer hier de naam van de uitvoering en de uitvoermap om de gegevens op te slaan.</li>
		<li>Definieer de sequentiedetails als paired-end met beide lezingen van 51 bp. Twee indexmetingen worden ook gesequenced met elk 8 bp.</li>
		<li>Druk op Bekijken en nadat u hebt gecontroleerd of alle volgordedetails correct zijn, drukt u op Start Run. NOTITIE: De aanbevolen sequentiediepte is 5 x 106 lezingen/monster, met een minimum van 1 x 106 lezingen/monster.</li>
	</ol></li>
	<li>Voorbewerking van gegevens<ol><li>Transformeer onbewerkte sequencinggegevens naar FASTQ-indeling en demultiplex volgens de steekproefindexen met de tool Bcl2Fastq2. Voer demultiplexing uit met standaardinstellingen. Voor gedetailleerde instructies over Bcl2Fastq2, zie de referentiehandleiding. OPMERKING: FASTQ-conversie en demultiplexing worden meestal uitgevoerd door de sequencing-faciliteit als sequencing niet intern wordt uitgevoerd. Sequencing-faciliteiten leveren meestal gedemultiplexte FASTQ voor verdere verwerking.</li>
		<li>Er zijn verschillende opties beschikbaar voor het uitlijnen van gegevens en het kwantificeren van de abundantie van sequencing-lezingen (aanbevolen: nf-core RNA-seq-pijplijn (https://nf-co.re/rnaseq)). De pijplijn biedt verschillende opties, gebruik de standaardinstelling met STAR8 als uitgelijnd en Salmon9 om de transcriptieovervloed te kwantificeren.</li>
		<li>OPMERKING: Voor verdere bioinformatica-analyse zijn verschillende methoden beschikbaar. Het valt niet binnen het toepassingsgebied van dit protocol om alle (aanbevolen: DEseq2 pijpleiding10) te bestrijken. Een standaard script op basis van de door ons ontwikkelde DEseq2 workflow is te vinden op GitHub (https://github.com/jsschrepping/RNA-DESeq2).</li>
	</ol></li>
</ol>

Transcriptoomprofilering voor high-throughput medicijnscreening

<ol><li>Hughes, J. P., Rees, S., Kalindjian, S. B., Philpott, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+early+drug+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Principles of early drug discovery.</a> Br J Pharmacol. 162 (6), 1239-1249 (2011).</li>
<li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+transcriptome+profiling+in+drug+and+biomarker+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Genet%22%5BJournal%5D)">High-throughput transcriptome profiling in drug and biomarker discovery.</a> Front Genet. 11, 19(2020).</li>
<li>Bonaguro, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+guide+to+systems-level+immunomics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Immunol%22%5BJournal%5D)">A guide to systems-level immunomics.</a> Nat Immunol. 23 (10), 1412-1423 (2022).</li>
<li>Carraro, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoding+mechanism+of+action+and+sensitivity+to+drug+candidates+from+integrated+transcriptome+and+chromatin+state%5BTitle%5D)+AND+%22ELife%22%5BJournal%5D)">Decoding mechanism of action and sensitivity to drug candidates from integrated transcriptome and chromatin state.</a> ELife. 11, 78012(2022).</li>
<li>Picelli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smart-seq2+for+sensitive+full-length+transcriptome+profiling+in+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Smart-seq2 for sensitive full-length transcriptome profiling in single cells.</a> Nat Methods. 10 (11), 1096-1098 (2013).</li>
<li>Picelli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full-length+RNA-seq+from+single+cells+using+Smart-seq2%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Full-length RNA-seq from single cells using Smart-seq2.</a> Nat Protoc. 9 (1), 171-181 (2014).</li>
<li>De Domenico, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+workflow+for+single-cell+transcriptomics+on+infectious+diseases+including+COVID-19%5BTitle%5D)+AND+%22STAR+Protoc%22%5BJournal%5D)">Optimized workflow for single-cell transcriptomics on infectious diseases including COVID-19.</a> STAR Protoc. 1 (3), 100233(2020).</li>
<li>Dobin, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ultrafast+universal+RNA-seq+aligner%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">ultrafast universal RNA-seq aligner.</a> Bioinformatics. 29 (1), 15-21 (2013).</li>
<li>Patro, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salmon+provides+fast+and+bias-aware+quantification+of+transcript+expression%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Salmon provides fast and bias-aware quantification of transcript expression.</a> Nat Methods. 14 (4), 417-419 (2017).</li>
<li>Love, M. I., Huber, W., Anders, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moderated+estimation+of+fold+change+and+dispersion+for+RNA-seq+data+with+DESeq2%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Biol%22%5BJournal%5D)">Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2.</a> Genome Biol. 15 (12), 550(2014).</li>
<li>Frankish, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GENCODE+reference+annotation+for+the+human+and+mouse+genomes%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">GENCODE reference annotation for the human and mouse genomes.</a> Nucleic Acids Res. 47, D766-D773 (2019).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat er geen tegenstrijdige belangen zijn.

Het ontdekken en ontwikkelen van geneesmiddelen kan veel baat hebben bij de holistische kijk op cellulaire processen die bulktranscriptomics kan bieden. Desalniettemin wordt deze aanpak vaak beperkt door de hoge kosten van het experiment met het standaard bulk RNA-seq-protocol, waardoor de toepassing ervan in academische omgevingen en het potentieel voor industriële schaalbaarheid worden verhinderd.
De meest kritische stappen van het protocol zijn het ontdooien van de cellen en de eerste stapp...

De ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen is een complex en tijdrovend proces waarbij potentiële geneesmiddelen en hun doelwitten worden geïdentificeerd, kandidaat-geneesmiddelen worden geoptimaliseerd en gesynthetiseerd, en hun werkzaamheid en veiligheid worden getest in preklinische en klinische onderzoeken. Traditionele methoden voor het screenen van geneesmiddelen, d.w.z. de systematische beoordeling van bibliotheken van kandidaat-verbindingen voor therapeutische doeleinden, omvatten het gebruik van diermodellen of celgebaseerde assays om de effecten op specifieke doelen of routes te testen. Hoewel deze methoden succesvol zijn geweest in het identificeren van kandidaat-geneesmiddelen, gaven ze vaak onvoldoende inzicht in de complexe moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de werkzaamheid van geneesmiddelen en ook in de toxiciteit en mechanismen van mogelijke bijwerkingen.
Het beoordelen van genoombrede transcriptietoestanden biedt een krachtige benadering om de huidige beperkingen bij het screenen van geneesmiddelen te overwinnen, omdat het uitgebreide beoordelingen van genexpressie mogelijk maakt als reactie op medicamenteuze behandelingen. Door RNA-transcripten op een genoombrede manier te meten die op een bepaald moment tot expressie worden gebracht, wil transcriptomics een holistisch beeld geven van de transcriptionele veranderingen die optreden als reactie op geneesmiddelen, waaronder veranderingen in genexpressiepatronen, alternatieve splicing en niet-coderende RNA-expressie3. Deze informatie kan worden gebruikt om medicijndoelen te bepalen, de werkzaamheid en toxiciteit van geneesmiddelen te voorspellen en de dosering en behandelingsregimes van geneesmiddelen te optimaliseren.
Een van de belangrijkste voordelen van het combineren van transcriptomics met onbevooroordeelde screening van geneesmiddelen is het potentieel om nieuwe medicijndoelen te identificeren die nog niet eerder zijn overwogen. Conventionele benaderingen voor het screenen van geneesmiddelen zijn vaak gericht op gevestigde doelmoleculen of -routes, waardoor de identificatie van nieuwe doelwitten wordt belemmerd en mogelijk wordt geleid tot geneesmiddelen met onvoorziene bijwerkingen en beperkte effectiviteit. Transcriptomics kan deze beperkingen overwinnen door inzicht te geven in de moleculaire veranderingen die optreden als reactie op medicamenteuze behandeling, waardoor potentiële doelen of routes aan het licht komen die mogelijk niet eerder zijn overwogen2.
Naast de identificatie van nieuwe doelwitten voor geneesmiddelen, kan transcriptomics ook worden gebruikt om de werkzaamheid en toxiciteit van geneesmiddelen te voorspellen. Door de genexpressiepatronen te analyseren die verband houden met geneesmiddelresponsen, kunnen biomarkers worden ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om de reactie van een patiënt op een bepaald medicijn of behandelingsregime te voorspellen. Dit kan ook helpen om de dosering van geneesmiddelen te optimaliseren en het risico op nadelige bijwerkingen te verminderen4.
Ondanks de potentiële voordelen blijven de kosten van transcriptomics een belangrijke belemmering voor de wijdverbreide toepassing ervan bij het screenen van geneesmiddelen. Transcriptomische analyse vereist gespecialiseerde apparatuur, technische expertise en data-analyse, wat het voor kleinere onderzoeksteams of organisaties met beperkte financiering een uitdaging kan maken om transcriptomics te gebruiken bij het screenen van geneesmiddelen. De kosten van transcriptomics zijn echter gestaag gedaald, waardoor het toegankelijker is geworden voor de onderzoeksgemeenschappen. Bovendien hebben technologische vooruitgang en methoden voor gegevensanalyse transcriptomics efficiënter en kosteneffectiever gemaakt, waardoor de toegankelijkheid verder is toegenomen2.
In dit protocol beschrijven we een hoogdimensionaal en exploratief systeem voor transcriptoom-gebaseerde drug screening, waarbij geminiaturiseerde perturbatieculturen worden gecombineerd met mini-bulk transcriptomics analyse 5,6. Met dit protocol is het mogelijk om de kosten per monster te verlagen tot 1/6evan de huidige kosten van commerciële oplossingen voor mRNA-sequencing van volledige lengte. Het protocol vereist alleen standaard laboratoriumapparatuur, met als enige uitzondering het gebruik van short-read sequencing-technologieën, die kunnen worden uitbesteed als sequencing-instrumenten niet in huis beschikbaar zijn. Het geoptimaliseerde mini-bulkprotocol levert informatierijke biologische signalen op kosteneffectieve sequencingdiepte, waardoor een uitgebreide screening van bekende geneesmiddelen en nieuwe moleculen mogelijk is.
Het doel van het experiment is om te screenen op geneesmiddelactiviteit op PBMC's in verschillende biologische contexten. Dit protocol kan worden toegepast op elke biologische vraag waarbij verschillende geneesmiddelen moeten worden getest met een transcriptomische uitlezing, waardoor een transcriptoombreed beeld wordt gegeven van het cellulaire effect van de behandeling.

<table><tbody><tr><td>50 mL conical tube</td><td>fisher scientific</td><td>10203001</td><td></td></tr><tr><td>Adhesive PCR Plate Seals</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>AB0558</td><td></td></tr><tr><td>Amplicon Tagment Mix (ATM)</td><td>Illumina</td><td>FC-131-1096</td><td>Nextera XT DNA Library Prep Kit (96 samples)</td></tr><tr><td>AMPure XP beads</td><td>Beckman Coulter</td><td>A 63881</td><td></td></tr><tr><td>Betaine </td><td>Sigma-Aldrich</td><td>61962</td><td></td></tr><tr><td>Cell culture grade 96-well plates</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>260860</td><td></td></tr><tr><td>Cell culture vacuum pump (VACUSAFE)</td><td>Integra Bioscience</td><td>158300</td><td></td></tr><tr><td>Deoxynucleotide triphosphates (dNTPs) mix 10 mM each</td><td>Fermentas</td><td>R0192</td><td></td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>276855</td><td></td></tr><tr><td>DTT (100 mM)</td><td>Invitrogen</td><td>18064-014</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>798681</td><td>for adherent cells</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51976</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>26140079</td><td></td></tr><tr><td>Filter tips (10 µL)</td><td>Gilson </td><td>F171203</td><td></td></tr><tr><td>Filter tips (100 µL)</td><td>Gilson </td><td>F171403</td><td></td></tr><tr><td>Filter tips (20 µL)</td><td>Gilson </td><td>F171303</td><td></td></tr><tr><td>Filter tips (200 µL)</td><td>Gilson </td><td>F171503</td><td></td></tr><tr><td>Guanidine Hydrochloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G3272</td><td></td></tr><tr><td>ISPCR primer (10 µM)</td><td>Biomers.net GmbH</td><td>SP10006</td><td>5’-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG T-3’</td></tr><tr><td>KAPA HiFi HotStart ReadyMix (2X)</td><td>KAPA Biosystems</td><td>KK2601</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium chloride (MgCl2) </td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M8266</td><td></td></tr><tr><td>Magnetic stand 96</td><td>Ambion</td><td>AM10027</td><td></td></tr><tr><td>Neutralize Tagment (NT) Buffer </td><td>Illumina</td><td>FC-131-1096</td><td>Nextera XT DNA Library Prep Kit (96 samples), alternatively 0.2 % SDS</td></tr><tr><td>Nextera-compatible indexing primer</td><td>Illumina</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nuclease-free water</td><td>Invitrogen</td><td>10977049</td><td></td></tr><tr><td>PBS</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>AM9624</td><td></td></tr><tr><td>PCR 96-well plates</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>AB0600</td><td></td></tr><tr><td>PCR plate sealer</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>HSF0031</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin / Streptomycin </td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>15070063</td><td></td></tr><tr><td>Qubit 4 fluorometer</td><td>Invitrogen</td><td>15723679</td><td></td></tr><tr><td>Recombinant RNase inhibitor (40 U/ul)</td><td>TAKARA</td><td>2313A</td><td></td></tr><tr><td>RPMI-1640 cell culture medium </td><td>Gibco</td><td>61870036</td><td>If not working with PBMCs, adjust to cell type </td></tr><tr><td>SMART dT30VN primer</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>5’ Bio-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG TACT30VN-3’</td></tr><tr><td>Standard lab equipment</td><td>various</td><td>various</td><td>e.g. centrifuge, ice machine, ice bucket, distilled water, water bath</td></tr><tr><td>SuperScript II Reverse Transcriptase (SSRT II)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>18064-014</td><td></td></tr><tr><td>SuperScript II Reverse Transcriptase (SSRT II) buffer (5x)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>18064-014</td><td></td></tr><tr><td>Tagment DNA Buffer (TD)</td><td>Illumina</td><td>FC-131-1096</td><td>Nextera XT DNA Library Prep Kit (96 samples)</td></tr><tr><td>TapeStation system 4200</td><td>Agilent</td><td>G2991BA</td><td></td></tr><tr><td>Thermocycler (S1000)</td><td>Bio-Rad</td><td>1852148</td><td></td></tr><tr><td>TSO-LNA (100 uM)</td><td>Eurogentec</td><td></td><td>5’ Biotin AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG TACAT(G)(G){G</td></tr><tr><td>Vortex-Genie 2 Mixer</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z258415</td><td></td></tr></tbody></table>

kostenefficiënte transcriptomische screening van geneesmiddelen

Cost-Efficient Transcriptomic-Based Drug Screening

Transcriptomics maakt het mogelijk om uitgebreide inzichten te verkrijgen in cellulaire programma's en hun reacties op verstoringen. Ondanks een aanzienlijke daling van de kosten van bibliotheekproductie en -sequencing in het afgelopen decennium, blijft het toepassen van deze technologieën op de schaal die nodig is voor het screenen van geneesmiddelen onbetaalbaar, waardoor het enorme potentieel van deze methoden wordt belemmerd. Onze studie presenteert een kosteneffectief systeem voor transcriptoomgebaseerde screening van geneesmiddelen, waarbij geminiaturiseerde verstoringsculturen worden gecombineerd met mini-bulk transcriptomics. Het geoptimaliseerde mini-bulkprotocol biedt informatieve biologische signalen op kosteneffectieve sequencingdiepte, waardoor uitgebreide screening van bekende geneesmiddelen en nieuwe moleculen mogelijk is. Afhankelijk van de gekozen behandeling en incubatietijd zal dit protocol binnen ongeveer 2 dagen resulteren in sequencing libraries. Door verschillende stoppunten binnen dit protocol kan de bibliotheekvoorbereiding, evenals de sequencing, tijdonafhankelijk worden uitgevoerd. Het gelijktijdig verwerken van een groot aantal monsters is mogelijk; De meting van maximaal 384 monsters werd getest zonder verlies van gegevenskwaliteit. Er zijn ook geen bekende beperkingen aan het aantal aandoeningen en/of geneesmiddelen, ondanks het feit dat rekening wordt gehouden met de variabiliteit in optimale incubatietijden van geneesmiddelen.

Volgens het gerapporteerde protocol werden menselijke PBMC's gezaaid, behandeld met verschillende immunomodulerende geneesmiddelen en, na verschillende incubatietijden, geoogst voor bulktranscriptomische analyse met behulp van het sequencingprotocol (Figuur 1).
Ideale geneesmiddelconcentraties en incubatietijden voor testverbindingen moeten stroomopwaarts van dit protocol worden vastgesteld met behulp van aanvullende experimentele strategieën en op basis van de sp...

Dit protocol beschrijft een workflow van ex vivo of in vitro celculturen tot transcriptomische gegevensvoorverwerking voor kosteneffectieve transcriptoomgebaseerde geneesmiddelenscreening.

Kostenefficiënte transcriptomische screening van geneesmiddelen

Transcriptomics allows&#160;to obtain comprehensive insights into cellular programs and their responses to perturbations. Despite a significant decrease ...

Transcriptomics stelt ons in staat om een diepgaand begrip te krijgen van cellulaire programma's en hun reactie op externe veranderingen. Ondanks een aanzienlijke vermindering van de productie- en sequencingkosten van bibliotheken in de afgelopen decennia, is de toepassing van deze technologie, op de schaal die nodig is voor het screenen van geneesmiddelen, nog steeds onbetaalbaar, waardoor het grote potentieel van deze methoden wordt belemmerd. Onze studie presenteert een kosteneffectief systeem voor transcriptoom-gebaseerde drug screening, waarbij geminiaturiseerde perturbatieculturen worden gecombineerd met mini-bulk transcriptomics.Het geoptimaliseerde mini-bulkprotocol biedt een informatief biologisch signaal op kosteneffectieve sequencingdiepte, waardoor een uitgebreide screening van bekende geneesmiddelen en nieuwe moleculen mogelijk is. Een van de belangrijkste voordelen van het combineren van transcriptomics met onbevooroordeelde screening van geneesmiddelen is het potentieel om nieuwe medicijndoelen te identificeren die nog niet eerder zijn overwogen. Conventionele benaderingen voor het screenen van geneesmiddelen zijn vaak gericht op gevestigde doelmoleculen of -routes,

cost-efficient-transcriptomic-based-drug-screening

Research

JoVE Journal

Biology

Biologie

Hier beschrijven we een geoptimaliseerde multiplex reverse transcriptase kwantitatieve PCR (qRT-PCR)-protocol in combinatie met een microfluïdisch platform als een kost en tijd efficiënte high-throughput screening tool voor microRNA (miRNA) expressie niveaus, in het bijzonder bij het werken met beperkte hoeveelheden van het monster.

High Throughput MicroRNA Profiling: Geoptimaliseerd Multiplex qRT-PCR op nanoliter Schaalverdeling op de Fluidigm Dynamic ArrayTM IFCS

Hier gebruiken we een menselijke LentiPlex samengevoegde bibliotheek en traditionele sequencing methoden om gen-doelstellingen het bevorderen van overleving van de cel te identificeren. Laten we zien hoe op te zetten en deconvolute een LentiPlex scherm en valideren van de resultaten.

MISSIE LentiPlex Gepoolde shRNA Library Screening in zoogdiercellen

We beschrijven een methodiek combineert geautomatiseerde cel kweken met een hoog-content imaging te visualiseren en te kwantificeren meerdere cellulaire processen en structuren, in een high-throughput manier. Dergelijke methoden kunnen helpen bij de verdere functionele annotatie van genomen en te identificeren ziektegen netwerken en potentiële drug targets.

Hoog gehalte Screening bij neurodegeneratieve ziekten

Het bereiken van een systeemniveau begrip van cellulaire processen is een doel van de hedendaagse celbiologie. We beschrijven hier strategieën voor multiplexing luciferase reporters van verschillende cellulaire functie eindpunten naar gen-functie met behulp van genoom-schaal RNAi bibliotheken ondervragen.

Een Multiplexed Luciferase-gebaseerde screening Platform voor ondervragen Kanker-geassocieerde signaaltransductie in gekweekte cellen

Aanhoudende activering van remmende G-eiwit gekoppelde receptoren leidt tot een sensibilisering van adenylylcyclase signalering. Om de essentiële moleculaire pathways identificeren nonbiased stappen noodzakelijk zijn, maar deze strategie vereist de ontwikkeling van een schaalbare celgebaseerde cAMP overgevoeligheid assay. Hierin beschrijven we een overgevoeligheid test voor kleine moleculen en siRNA screening.

Drug-geïnduceerde Overgevoeligheid van adenylylcyclase: Assay stroomlijning en miniaturisatie voor Small Molecule en siRNA screening Toepassingen

Drug resistentie testen voor HIV-1 geïnfecteerde individuen falende antiretrovirale therapie (ART) kan toekomstige therapieën begeleiden en verbeteren behandelingsresultaten. Het optimaliseren van de individuele en de bevolking gezondheidsresultaten in hoge HIV-prevalentie, maar met beperkte middelen zal uiteindelijk vereisen betaalbaar en toegankelijk resistentie genotypering en interpretatie methoden.

Een betaalbare HIV-1 drug-resistentie Monitoring Methode voor het met beperkte middelen

Hier beschrijven we een celgebaseerde reportergen-test als waardevol hulpmiddel om chemische bibliotheken te screenen op verbindingen die post-transcriptionele controlemechanismen moduleren die worden uitgeoefend via 3’ UTR.

High-throughput screening voor Chemische Modulators van Post-transcriptioneel gereguleerde genen

Crispr Cas9-technologie biedt een efficiënte methode om het genoom van zoogdieren in elk celtype nauwkeurig te bewerken en vertegenwoordigt een nieuw middel om genoom-brede genetische schermen uit te voeren. Hier vindt u een gedetailleerd protocol over de stappen die nodig zijn voor het succesvol uitvoeren van gepoolde CRISPR Cas9 schermen.

Gepoolde CRISPR-gebaseerde genetische schermen in zoogdiercellen

Om nieuwe regelgevers van transcriptiefactoren te identificeren, ontwikkelden we een benadering om arrayed lentivirale of retrovirale RNAi-bibliotheken te screenen met behulp van een dual-luciferase-gebaseerde transcriptie-verslaggever test. Deze aanpak biedt een snelle en relatief goedkope manier om honderden kandidaten in één experiment te screenen.

Identificatie van Transcription Factor Regulators met behulp van Medium-Throughput Screening van arrayed bibliotheken en een Dual-Luciferase-Based Reporter

We hebben een soortoverschrijdende vergelijkende oncogenomics-benadering ontwikkeld met behulp van genomische analyses en functionele genomische screenings om therapeutische doelen te identificeren en te vergelijken in tumoren die ontstaan in genetisch gemanipuleerde muismodellen en het overeenkomstige menselijke tumortype.

Genetische profilering en drop-outscreening op genoomschaal om therapeutische doelen te identificeren in muismodellen van kwaadaardige perifere zenuwschedetumoren

Het huidige werk beschrijft een protocol voor het uitvoeren van het Pathway2Targets-algoritme, een R-script dat therapeutische doelen voorspelt en prioriteert op basis van het profiel van intracellulaire signaalroutes die worden gegenereerd door casus- versus controlemonsters van een bulk-RNA-sequencing-experiment te vergelijken.

Gebruik van humane differentieel tot expressie gebrachte genlijsten om downstream pathway verrijkingsanalyse en prioritering van doelen uit te voeren

Leer een kostenefficiënt transcriptoom-gebaseerd drugs screeningsprotocol met PBMC-cellen en minibug-technologie. Deze methode identificeert nieuwe medicijndoelwitten effectief.

Kostenefficiënte transcriptomische screening van geneesmiddelen

Meer video's verkennen