1. Hodowla komórek HeLa do ekstrakcji jądrowej
- Wysiać komórki HeLa na trzy płytki 150 mm w pożywce DMEM uzupełnionej o 10% FBS i 1% penicyliny/streptomycyny. Hodować w inkubatorze w temperaturze 37 °C przy 5% CO2 aż do osiągnięcia 90% konfluencji komórek.
Wskazówka: Przesiej komórki z płyty konfluencyjnej w stosunku 1:10 i zbierz je 3 dni po przesiewaniu.
Wskazówka – Można wyhodować dodatkową płytkę na wypadek, gdyby trzy płytki nie zapewniły wystarczającej liczby komórek (na przykład, jeśli konfluencja komórek jest mniejsza niż 90%).
2. Przygotowanie i schłodzenie roztworów ekstraktu jądrowego
- Przygotować świeże roztwory zgodnie z opisem w Tabeli 2.
- Przenieść 10 ml buforu hipotonicznego do probówki Falcon 15 ml. Przenieść 1 ml buforu o wysokim zasoleniu oraz 1 ml buforu o niskim zasoleniu do probótek Eppendorf 1,5 ml. Schłodzić bufory na lodzie. Bezpośrednio przed użyciem dodać do każdego buforu odpowiednie objętości PMSF oraz DTT (patrz Tabela 1).
3. Zbieranie komórek HeLa do ekstrakcji jądrowej
- Odssać pożywkę z komórek i przepłukać komórki raz 13 ml 1X PBS o temperaturze pokojowej na płytkę.
- Odssać PBS użyty do płukania.
Wskazówka: Odessaj jak najwięcej PBS, najpierw wykonując aspirację, następnie stawiając płytkę pionowo, odczekując kilka sekund i odsysając resztę płynu.
- Używając zgarniacza do komórek (cell lifter), zgarnij komórki do dolnej krawędzi płytek, a następnie przenieś je do probówki Eppendorf. Unikaj tworzenia pęcherzyków powietrza. Zawartość z 3 płytek powinna zmieścić się w jednej probówce Eppendorf o pojemności 1.5 ml.
Wskazówka: Łatwiej jest oszacować objętość komórek, korzystając z probówki typu Eppendorf. W przypadku zwiększenia skali doświadczenia należy użyć probówek Falcona.
- Wirować w mikrocentry fudze przez 5 min przy 100 x g w temperaturze 4 °C, aby odwirować komórki w formie osadu.
4. Obrzękanie komórek HeLa w buforze hipotonicznym
- Ostrożnie odessać PBS z osadu komórkowego i oszacować objętość skompresowanych komórek (PCV), korzystając ze skali na probówce. Trzy konfluencyjne płytki z komórkami HeLa dają około 500 μl PCV.
- Do osadu komórkowego dodać bufor hypotoniczny w ilości 2X PCV. Delikatnie wstrząsnąć, aby resuspender komórki. W razie potrzeby użyć Pipetmana P1000, aby delikatnie resuspender komórki poprzez pipetowanie w górę i w dół.
- Wirirmek w mikrocentry fudze przez 5 min przy 100 x g w temperaturze 4 °C, aby uzyskać osad komórkowy. *Do tego momentu komórki zaczną już pęcznieć, a ich objętość powinna wynosić teraz około 750 μl-1000 μl.
- Ostrożnie odessać bufor hypotoniczny i dodać nowy bufor hypotoniczny do uzyskania objętości końcowej 1.5 ml. Resuspender komórki.
- Inkubować resuspenderowane, spęczniałe komórki na lodzie przez 10 min.
5. Lizowanie komórek za pomocą homogenizatora Dounce'a
- Użyj buforu hipotonicznego do wypłukania homogenizatora dounce, a następnie schłodź go na lodzie. Wytrzyj tłuczik do sucha za pomocą chłonnej chusteczki (np. Kimwipe). Usuń pozostały bufor z homogenizatora dounce, używając wydłużonej końcówki do mikropipety 1000 μl.
- Przenieś obrzękłe komórki do homogenizatora dounce. Powoli przesuń ciasno dopasowany tłuczik homogenizatora dounce w górę i w dół 5 razy, aby zlizować komórki, uważając, aby nie wytworzyć pęcherzyków powietrza.
- Przeprowadź analizę lizy komórek, pobierając 5 μl alikwotu komórek z homogenizatora dounce. Umieść alikwot w probówce typu Eppendorf i dodaj taką samą objętość błękitu trypanu. Umieść mieszaninę na szkiełku i zbadaj komórki pod mikroskopem świetlnym. Jądra zlizowanych komórek będą miały kolor niebieski. Idealna jest liza na poziomie około 90%.
Wskazówka – Liczba cykli homogenizacji w dounce powinna być dostosowana do stopnia dopasowania tłoka. Podczas pierwszego wykonywania tego protokołu należy określić liczbę koniecznych uderzeń, wykonując krok 5.3 po każdym ruchu dounce. Należy unikać nadmiernej homogenizacji, ponieważ zbyt wiele cykli zniszczy jądra komórkowe.
- Przenieś lizowane komórki do schłodzonej wcześniej probówki Eppendorf i wiruj w mikrowirówce w temperaturze 4 °C przez 5 min przy 1500 x g. Osad zawiera jądra komórkowe. Ostrożnie przenieś nadsącz do nowej probówki, nie naruszając osadu z jądrami. Nadsącz zawiera cytoplazmę.
Wskazówka – Cytoplazmę można wykorzystać w postaci pierwotnej lub poddać dalszej obróbce w celu otrzymania frakcji S100, stosując to samo wirowanie przy wysokiej prędkości, które wykorzystuje się do ekstraktów masowych (patrz 1 w sekcji przygotowania aktywnej frakcji S100 z ekstraktów masowych).
6. Ekstrakcja jąder solna
- Oszacuj upakowaną objętość jąder (PNV), obserwując skalę na probówce. PCV wynosząca 500 μl zazwyczaj daje PNV rzędu 400 μl.
- Dodaj do jąder bufor niskosolowy w ilości ½ X PNV, wprowadzając końcówkę mikropipety do dna probówki i powoli wtryskując bufor do jąder przy jednoczesnym delikatnym mieszaniu. Nie pipetuj w górę i w dół. Delikatnie stuknij probówki, aby upewnić się, że osad został całkowicie resuspendowany w buforze niskosolowym przed kontynuowaniem procedury.
- Dodaj bufor wysokosolowy w ilości ½ X PNV i szybko wymieszaj raz poprzez odwrócenie probówki. Nie wstrząsać. Inkubuj w rotatorze w temperaturze 4 °C przez 30 min.
Wskazówka: Należy delikatnie obchodzić się z jądrami komórkowymi w buforze o wysokim zasoleniu (High Salt Buffer), aby uniknąć ich lizy.
- Wiruj w mikrocentryfudze przez 15 min przy 18,000 x g w temperaturze 4 °C. Nadfiltr stanowi nuklearny ekstrakt o wysokim zasoleniu (HS-NE). Trzy płytki z komórkami zazwyczaj pozwalają uzyskać 500-600 μl HS-NE.
7. Zagęszczanie i dializa ekstraktu jądrowego
- Przenieś 500 μl HS-NE do schłodzonych mini-centriconów (Amicon) i wiruj przez 50 min w temperaturze 4 °C w mikrowirówce przy 14000 x g. Odwróć mini-centricon (Amicon) i umieść go w nowej probówce Eppendorfa. Wiruj przez 2 min w temperaturze 4 °C przy 1000 x g, aby odzyskać HS-NE. HS-NE zostanie zagęszczony do objętości około 115 μl.
- Za pomocą Pipetmana P200 przenieś 45 μl aliquoty HS-NE do mini-dializatorów Slide-A-Lyzers i umieść je w 500 ml schłodzonego buforu do dializy. Upewnij się, że dno Slide-A-Lyzera jest wyrównane z dołem pływaka. Mieszaj przez 1-2 h w temperaturze 4 °C. Po dializie NE będzie mętny.
Wskazówka: Nie należy odwirować mętnego osadu obserwowanego po dializie, ponieważ wirowanie to zmniejsza aktywność ekstraktu.
- Ekstrakt jądrowy (NE) można wykorzystać natychmiast lub podzielić na aliquoty. Alikwoty należy zamrozić szokowo w ciekłym azocie i przechowywać w temperaturze -80 °C. NE można przechowywać i poddawać co najmniej dwóm cyklom zamrażania i rozmrażania bez utraty aktywności.
8. Reprezentatywne wyniki
Niedawno opracowano wydajne układy in vitro do sprzęgania transkrypcji RNAP II ze splicingiem2-5. W układach tych wykorzystano komórki HeLa hodowane w dużych objętościach, co sprawia, że nie nadają się one do szybkiego testowania wpływu specyficznych zabiegów komórkowych na wielu próbkach. W odpowiedzi na tę potrzebę oraz ze względu na ogólną użyteczność protokołu otrzymywania ekstraktów w małej skali (patrz. Dyskusja), opracowaliśmy solidną metodę otrzymywania ekstraktów jądrowych w małej skali. Reprezentatywne dane porównujące reakcję transkrypcji/splicingu RNAP II w ekstrakcie jądrowym w małej skali z ekstraktem jądrowym w dużej objętości przedstawiono na Rysunku 2. Do analizy wykorzystano konstrukt CMV-DNA, który zawiera promotor CMV i koduje standardowy substrat do splicingu (Ftz3, Rysunek 2A). Po inkubacji tego konstruktu w ekstrakcie w dużej objętości (ścieżki 1-3) lub w ekstrakcie w małej skali (ścieżki 4-6), do 5 minuty syntezowano podobne poziomy nowo powstałego pre-mRNA (Rysunek 2, ścieżki 1 i 4). Po dodaniu α-amanityny w celu zablokowania dalszej transkrypcji, produkty pośrednie splicingu oraz produkty osplicowane gromadziły się w czasie z podobną kinetyką w obu typach ekstraktów (Rysunek 2, ścieżki 2, 3, 5, 6). Te reprezentatywne wyniki pokazują, że wydajność sprzężonego układu transkrypcji/splicingu RNAP II jest podobna w ekstraktach jądrowych w dużej objętości i w małej skali.
Aby zademonstrować użyteczność metody przygotowania ekstraktów w małej skali, przygotowano ekstrakty z komórek HeLa traktowanych inhibitorem splicingu, E7107, lub związkiem kontrolnym negatywnym pladienolidem F6,7, a następnie przeprowadzono sprzężony test transkrypcji i splicingu RNAP II. Jak pokazano na Rysunku 3, transkrypcja przez RNAP II przebiegała wydajnie w ekstraktach przygotowanych zarówno z komórek traktowanych pladienolidem F, jak i E7107 (punkty czasowe 10 min). Z kolei splicing przebiegał prawidłowo w ekstrakcie przygotowanym z komórek traktowanych pladienolidem F, ale został zniesiony w komórkach traktowanych E7107 (Rysunek 3, punkty czasowe 20-60 min). Dane te stanowią dowód koncepcji (proof of concept) zastosowania małoscale'owych ekstraktów jądrowych do specjalnego traktowania niewielkiej liczby komórek.

Rysunek 1. Schemat protokołu przygotowania małoskalarnego ekstraktu. Krok P1. Komórki są hodowane w monowarstwach, zbierane z płytek za pomocą scrapera do komórek i pęcznione poprzez dodanie buforu hipotonicznego. Krok P2. Komórki są lizowane za pomocą homogenizatora Dounce'a i wirowane w celu osadzenia jąder. Krok P3. Jądra są oddzielane od cytoplazmy i poddawane ekstrakcji solnej. Krok P4. Ekstrakt jądrowy jest zagęszczany i poddawany dializie. Krok P5. Otrzymano wyniki wykazujące, że ekstrakty jądrowe są funkcjonalne (szczegóły przedstawiono na Rysunku 2).

Rycina 2. Małoskalowe ekstrakty jądrowe są wydajne w sprzężonym teście transkrypcji/splicingu RNAP II.A. Schemat matrycy DNA CMV-Ftz wykorzystywanej do sprzężonej transkrypcji/splicingu RNAP II. Oznaczono promotor CMV oraz rozmiary eksonów i intronu. B. Porównanie sprzężonego testu transkrypcji/splicingu RNAP II z użyciem masowego ekstraktu jądrowego lub małoskalowego ekstraktu jądrowego. α-amanitynę dodano po 5 min transkrypcji, a splicing przebiegał przez 30 i 60 min. RNA wyekstrahowano i rozdzielono na 5% denaturującym żelu poliakrylamidowym, a następnie wykryto za pomocą fosfoobrazownika. Wskazano produkty i produkty pośrednie splicingu. Oznaczono endogenne snRNA U6 oraz tRNA obecne w ekstrakcie, które zostały znakowane 32P podczas inkubacji. Szczegółowy protokół dotyczący sprzężonego systemu transkrypcji/splicingu RNAP II znajduje się w 3.

Rysunek 3. Małoskalowe ekstrakty jądrowe przygotowane z komórek HeLa traktowanych inhibitorem splicingu E7107 wykazują defekt splicingu. Komórki poddano działaniu 3 μM Pladienolidu F lub E7107 zgodnie z opisem6, a następnie wykorzystano je do przygotowania małoskalowych ekstraktów jądrowych. Przeprowadzono analizę przebiegu czasowego z zastosowaniem tego samego testu transkrypcji/splicingu, co na Rysunku 2. Wskazano produkty i intermediaty splicingu oraz U6 snRNA i tRNA.