Protokół krok po kroku do izolowania i identyfikacji kompleksów związanych z RNA za pomocą RIP-Chip.
Artykuł metodologiczny
Protokół krok po kroku do izolowania i identyfikacji kompleksów związanych z RNA za pomocą RIP-Chip.
W wyniku rozwoju wysokoprzepustowego sekwencjonowania i efektywnej analizy mikromacierzy, globalna analiza ekspresji genów stała się łatwą i łatwo dostępną formą zbierania danych. Jednak w wielu badaniach i modelach chorób poziomy mRNA w stanie stacjonarnym genu docelowego nie zawsze są bezpośrednio skorelowane z poziomami białka w stanie stacjonarnym. Potranskrypcyjna regulacja genów jest prawdopodobnym wyjaśnieniem rozbieżności między nimi. Regulacja potranskrypcyjna, napędzana wiązaniem białek wiążących RNA (RBP), wpływa na lokalizację, stabilność i translację mRNA poprzez tworzenie kompleksu rybonukleoproteiny (RNP) z docelowymi mRNA. Identyfikacja tych nieznanych de novo celów mRNA z ekstraktów komórkowych w kompleksie RNP ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmów i funkcji RBP oraz ich wpływu na produkcję białek. Protokół ten przedstawia metodę określaną jako RNP immunoprecypitacja-mikromacierz (RIP-Chip), która pozwala na identyfikację specyficznych mRNA związanych z kompleksem rybonukleoproteinowym w zmieniających się warunkach eksperymentalnych, wraz z opcjami dalszej optymalizacji eksperymentu dla indywidualnego badacza. Dzięki temu ważnemu narzędziu eksperymentalnemu naukowcy mogą badać skomplikowane mechanizmy związane z potranskrypcyjną regulacją genów, a także innymi interakcjami rybonukleoprotein.
Przygotowanie do eksperymentu
Przed rozpoczęciem eksperymentu, ważne jest, aby wszystkie odczynniki, pojemniki i naczynia były wolne od RNazy. Potraktuj szklane naczynia inhibitorem RNazy (RNaseZAP, Ambion), a następnie spłucz wodą uzdatnioną DEPC. Upewnij się, że wszystkie odczynniki są potwierdzone jako wolne od RNazy.
1. Przygotuj lizat mRNP
2. Pokryj białko A Sefaroza Koraliki przeciwciałem i umyj
3. Immunoprecypitacja i wytrącanie RNA
4. Leczenie DNazą i proteinazą K
5. Reprezentatywne wyniki
Jeśli procedura zostanie zoptymalizowana i wykonana poprawnie, immunoprecypitacja powinna przynieść znaczne wzbogacenie celów mRNA. Zazwyczaj, w zależności od RBP i jego celu (celów) mRNA, obserwujemy wzbogacenie około 10 do 50-krotne podczas oceny za pomocą qRT-PCR. Wiele celów RBP można masowo wykryć za pomocą analizy mikromacierzy. Jednak ta metoda jest bardziej wrażliwa na degradację w porównaniu z qRT-PCR. W zależności od RBP, liczby celów i wydajności reakcji, mikromacierz może ujawnić setki nowych celów lub może odkryć tylko kilka, jeśli w ogóle. Na przykład jedno z lepiej scharakteryzowanych białek wiążących RNA, HuR, po transkrypcji reguluje ekspresję i translację wielu ważnych genów fizjologicznych 1, 2. Na przykład izolacja kompleksu rybonukleologicznego HuR za pomocą RIP-Chip w liniach komórkowych raka piersi ujawniła wzbogacenie kilku ważnych znanych celów HuR, w tym β-aktyny za pomocą qRT-PCR, jak pokazano na rycinie 1. W obu liniach komórek nowotworowych β-aktyna jest wzbogacona od 12 do 15 razy. Zazwyczaj, gdy jest wykonywany prawidłowo, obserwujemy znaczne wzbogacenie β-aktyny w różnych liniach komórkowych. Jeżeli jednak RIP nie ujawnia żadnego znaczącego wzbogacenia w β-aktynę, oznacza to problem z RIP i może być konieczne powtórzenie procedury. Ponadto analiza mikromacierzy immunoprecypitowanych próbek z tych linii komórkowych ujawniła odrębne podzbiory ekspresji celów HuR w różnych komórkach rakowych MCF-7 z dodatnim receptorem estrogenowym (ER) w porównaniu z liniami komórkowymi raka piersi MB-231 z ujemnym ER, jak pokazano na rycinie 2 1. Cele te dzielą się na kilka kategorii: znane i nieznane cele HuR, które były związane lub nie były związane z rakiem. Na przykład CALM2 i CD9 są genami nowotworowymi, które nie zostały wcześniej zidentyfikowane jako cele HuR. Korzystając z mikromacierzy i potwierdzając za pomocą qRT-PCR, stwierdzono, że CALM2 i CD9 są od 5 do 180 razy wzbogacone w osad HuR, co wskazuje na wyraźną interakcję między białkiem HuR a tymi docelowymi genami.

Rysunek 1. Immunoprecypitacja i RIP w komórkach raka piersi MB-231 (ER-) i MCF-7 (ER+). Immunoprecypitację przeprowadzono z lizatów komórkowych MB-231 lub MCF-7 przy użyciu przeciwciała monoklonalnego anty-HuR (3A2) i kontroli izotypu IgG1. A. IP Western of HuR ujawniło oczekiwany zakres rozmiarów wykryty przez 3A2. Panel po prawej stronie ujawnia ilości HuR w lizatach wejściowych używanych z obu linii komórkowych, z β-tubuliną jako kontrolą obciążenia. B. Weryfikacja za pomocą ilościowego RT-PCR wykazała piętnasto- i jedenastokrotne wzbogacenie β-aktyny, znanego celu HuR, w IP 3A2 odpowiednio z MB-231 i MCF-7. Wszystkie wartości ΔΔCT zostały znormalizowane do GAPDH. Eksperymenty przeprowadzono w dwóch egzemplarzach (n = 2).

Rysunek 2. HuR RIP-CHIP identyfikuje odrębne profile genetyczne w komórkach raka piersi ER+ i ER. Immunoprecypitacje HuR przeprowadzono z lizatów komórkowych MB-231 lub MCF-7 przy użyciu przeciwciała HuR i kontroli izotypu IgG1 zhybrydyzowanych z macierzami Illumina Sentrix (47 000 genów). Sygnały sterujące zostały odjęte. Wyniki reprezentują skumulowane dane z 12 różnych tablic. Eksperymenty przeprowadzono w trzech egzemplarzach (n = 3) dla każdej linii komórkowej z pasującymi kontrolami. Skale to log2.
Ze względu na charakter tego eksperymentu, optymalizacja i doświadczenie będą jedynymi gwarantowanymi sposobami na skuteczne uzyskanie zamierzonych rezultatów. Na wielu etapach tej procedury temperatura i efektywne obchodzenie się z odczynnikami i produktami są niezwykle ważne. Właściwe zaplanowanie i wykonanie techniki pomoże zapewnić, że eksperyment został przeprowadzony w odpowiednim czasie w zalecanych optymalnych temperaturach. Głównym problemem związanym z eksperymentami z izolacją RNA jest wrażliwość RNA na degradację przez RNazy. Wszystkie odczynniki muszą być wolne od RNaz i przechowywane lub używane w pojemnikach wolnych od RNaz. Jest to kluczowy krok w zapewnieniu integralności próbki mRNA. Jednak nawet jeśli eksperyment zostanie przeprowadzony prawidłowo, pożądany wynik może nie zostać osiągnięty ze względu na charakter interakcji między RBP a jego docelowymi mRNA.
Jednym z potencjalnych problemów jest niski lub nawet brak sygnału z RNA izolowanego przez RIP-Chip. Chociaż może istnieć sygnał z całkowitego RNA, może to być wynikiem nieodpowiedniego białka wiążącego ciągniętego w dół przez kulki. Pierwszym krokiem rozwiązywania problemów jest potwierdzenie, że używany lizat komórkowy ma odpowiednią ekspresję określonego RBP. Po potwierdzeniu, białko może zostać wyizolowane po ostatnim płukaniu NT2 i ponownie zawieszone w buforze Laemmli lub innym odpowiednim buforze denaturującym i ogrzewane w temperaturze 95 °C przez 5 minut. Analiza Western blot może być stosowana w tych próbkach w koordynacji z wejściowym lizatem, jak również kontrolami ujemnymi, aby zapewnić wystarczające obniżenie powiązanego białka.
Ponadto, ponieważ liza komórki jest wymagana w celu uzyskania dostępu do tych składników, może pojawić się potencjał nieprawidłowych i niepożądanych interakcji między normalnie oddzielonymi białkami a mRNA. Interakcje te mogą potencjalnie wiązać i "wchłaniać" docelowe mRNA lub białka wiążące poprzez niespecyficzne interakcje. Ponadto białka w tych różnych warunkach mogą fałdować się w wielu odmianach, a ich motywy wiążące mogą stać się niedostępne dla docelowych mRNA, uniemożliwiając ich interakcje. Oba te czynniki zwiększają znaczenie wydajnej pracy, a także wykorzystania optymalnych temperatur wymienionych w celu ograniczenia tych niepożądanych interakcji. Dodatkowo, optymalizacja warunków mycia dla każdego konkretnego białka docelowego będzie miała kluczowe znaczenie dla maksymalizacji czystości interakcji. Mogą być potrzebne bardziej rygorystyczne warunki prania. Na przykład bufor płuczący może być uzupełniony SDS lub odpowiednią ilością mocznika, aby zredukować niespecyficzne interakcje i tło w sygnale wyjściowym. Będzie to całkowicie zależne od docelowego RBP eksperymentatora, a także od docelowego mRNA w ich unikalnych warunkach fizjologicznych. Niektóre warunki nie będą odpowiednie dla niektórych narzędzi do analizy mRNA, na co należy zwrócić uwagę podczas przygotowywania próbek.
Wreszcie, chociaż RIP odnosi sukcesy we wzbogacaniu interakcji RNA-RBP, dobrze znanym problemem związanym z metodą RIP (CHIP) jest niemożność zidentyfikowania specyficznych domen wiążących RBP na przejściowych celach mRNA. Można zastosować kilka technik sieciowania, a następnie RIP w celu wyizolowania unikalnych celów sekwencji; jednak stosowanie krótkofalowego promieniowania UV ma tendencję do prowadzenia do uszkodzenia kwasów nukleinowych. Nowa metoda znana jako PAR-CLIP, czyli fotoaktywowane sieciowanie rybonukleozydowe i immuoprecipitacja, wykorzystuje długofalowe promieniowanie UV do włączenia tiourydyny do powstającego RNA, umożliwiając identyfikację unikalnych miejsc wiązania zarówno ze stabilnych, jak i przejściowych interakcji RNA.
Ogólnie rzecz biorąc, RIP-Chip został uznany za doskonałe narzędzie wykorzystywane do izolowania i badania interakcji między białkami wiążącymi RNA a ich celami mRNA przez naszą grupę, a także przez wiele innych grup badawczych. Choć jest to wrażliwe w swej naturze i praktyce, prawidłowe wykonanie tej procedury pozwoli na wyizolowanie tych kompleksów RNP, które do niedawna były niedostępne do odkrycia i analizy.
Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.
Departament Obrony (Nagroda za Pomysł W81XWH-07-0406) - Do Ulusa Atasoya
NIH RO1 A1080870 - Do Ulus Atasoy
NIH R21 A1079341 - Do Ulusa Atasoya
Fundusze instytucjonalne Uniwersytetu Missouri - Do Ulusa Atasoya
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1 M ditiotreitol | Fisher | BP172-5 | DTT |
| DNaza 1 | Ambion | 2235 | RNaz |
| Kwas etylenodiaminowy Tetraccetic | Fisher | BP118-500 | EDTA |
| Glikogen | Ambion | 9516 | |
| 1 HEPES | Sigma | H3375-100G | pH 7.0 |
| Igepal Nonidet P-40 | USB | 78641 | NP40 |
| 1 M KCl | Fisher | BP366-500 | |
| 1 M MgCl2 | Fisher | BP214-500 | |
| NT2 Buffer | *Patrz poniżej | ||
| Bufor do lizy polisomów | *Zobacz poniżej | ||
| Tabletki koktajlowe inhibitora proteazy | Roche | 11873580001 | |
| Protein A Sepharose | Beads Sigma | P3391 | |
| Proteinaza K | Fisher | BP1700-100 | |
| Inhibitor RNazy Out | Invitrogen | 10777-019 | 40 U/μ l |
| 1 M NaCl | Fisher | BP358-212 | |
| Dodecylosiarczan sodu | Fisher | BP166-500 | SDS |
| 1 M Tris-HCl | Fisher | BP153-500 | pH 7,4 |
| Trizol | Invitrogen | 15596-026 | |
| Kompleksy rybonukleozydu wanadylu | New England Labs | S1402S | VRC |
| Reagent Workup | |||
| Przygotować odczynniki w naczyniach | |||
| DEPC< silny>bufor do lizy polisomów | |||
| 100 mM KCl | |||
| 5 mM MgCl2 | |||
| 10 mM HEPES (pH 7,0) | |||
| 0,5% NP40 | |||
| 1 mM DTT | |||
| 100 jednostek/ml RNaza Out | |||
| 400 μ M VRC | |||
| Inhibitor proteazy tabletka | |||
| 5 ml buforu do lizy polisomów | |||
| Dodać 50 μ l z 1 M HEPES (pH 7,0) | |||
| 500 μ l z 1 M KCL | |||
| 25 μ l z 1 M MgCl2 | |||
| 25 μ l NP40 | |||
| 4,7 ml H2O | |||
| 50 μ l z 1 M DTT | |||
| 12.5 μ l 100 U/ml RNaza Out | |||
| 200 μ l Koktajl inhibitorów proteazy (rozpuszczony wg producenta) | |||
| 10 μ l 200 mM VRC (w momencie użytkowania) | |||
| NT2 Buffer | |||
| 50 mM Tris-HCl (pH 7,4) | |||
| 150 mM NaCl | |||
| 1 mM MgCl2 | |||
| 0,05% NP40 | |||
| 1 L buforu NT2 | |||
| 50 ml Tris (pH 7,4) | |||
| 30 ml 5 M NaCl | |||
| 1 ml 1 M MgCl2 | |||
| 500 μ l NP40 | |||
| 820 ml Wolne od RNaz i DNaz H2O |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie