1. Hodowla komórkowa z indukcją EMT
Uwaga: EMT można indukować poprzez traktowanie TGFβ lub ektopową ekspresję czynników transkrypcyjnych Twist, Snail lub Zeb1/2 w komórkach nabłonkowych. W niniejszym protokole opisano indukowalny system EMT poprzez ekspresję białka fuzyjnego Twist-ER w unieśmiertelnionych ludzkich komórkach nabłonkowych gruczołu mlekowego (HMLE/Twist-ER, dar od dr. J. Yanga, UCSD)9,11,29. Po traktowaniu 4-hydroksytamoksyfenem (TAM) białko fuzyjne Twist-ER przemieszcza się do jądra komórkowego, aby stymulować transkrypcję, co prowadzi do pełnego przejścia EMT w ciągu 12-14 dni9,11,29. Dodatkowe indukowalne systemy EMT, takie jak HMLE/Snail-ER, HMLE/TGFβ oraz MCF10A/TGFβ, można znaleźć w naszych poprzednich publikacjach11,30.
- Hodować komórki HMLE/Twist-ER w bezsurowiczym medium do wzrostu komórek nabłonka piersi (MEGM) w inkubatorze w temperaturze 37 °C przy 5% CO2. Prowadzić pasażowanie komórek co 2-3 dni po osiągnięciu przez nie 80% konfluencji. Inkubować komórki z 0,15% trypsyną w temperaturze 37 °C przez 5-10 min, a następnie inaktywować trypsynę za pomocą 5% surowicy cielęcej/DMEM. Odwirować komórki i resuspenderować je w MEGM. Wysiać komórki do nowej szalki hodowlanej w stosunku 1 do 4.
- Rozpuścić TAM w etanolu w celu przygotowania roztworu o stężeniu 200 μM. Chronić TAM przed światłem i przechowywać w temperaturze -20 °C. Przed użyciem dodać świeżo TAM do medium MEGM w rozcieńczeniu 1:10 000, aby uzyskać końcowe stężenie 20 nM TAM.
- W celu indukcji EMT wysiać 1,6 x 106 komórek HMLE/Twist-ER do 10 cm szalki hodowlanej w dwóch powtórzeniach. Hodować komórki w medium MEGM zawierającym 20 nM TAM.
- Wysiać 1,6 x 106 komórek HMLE/Twist-ER do 10 cm szalki w dwóch powtórzeniach i traktować komórki 0,01% etanolem jako kontrolę niepoddaną działaniu TAM.
- Po dwóch dniach inkubacji wykonać zdjęcia pod mikroskopem świetlnym przy powiększeniu 10X, aby zarejestrować zmiany morfologiczne komórek.
- Odssać medium z jednej szalki z komórkami kontrolnymi lub traktowanymi TAM. Przemyć komórki zimnym PBS i zebrać komórki poprzez zeskrobanie połowy powierzchni szalki do buforu lizującego RNA w celu izolacji RNA oraz drugiej połowy do buforu RIPA w celu analizy białek.
- Przeprowadzić pasażowanie komórek z szalek kontrolnych lub traktowanych TAM poprzez ponowne wysianie 1,6 x 106 komórek do 10 cm szalki w dwóch powtórzeniach. Kontynuować traktowanie komórek 20 nM TAM lub nośnikiem.
- Powtarzać kroki od 5 do 7 co drugi dzień aż do 14. dnia, kiedy komórki Twist-ER traktowane TAM wykazują wrzecionowatą morfologię mezenchymalną, podczas gdy komórki kontrolne traktowane nośnikiem zachowują brukową morfologię nabłonkową.
2. Charakterystyka EMT
Uwaga: O zakończeniu procesu EMT świadczą: (1) zmiany morfologiczne komórek z nabłonkowej morfologii przypominającej brukową na wrzecionowaty wygląd fibroblastopodobny; (2) utrata lokalizacji E-kadheryny w połączeniach międzykomórkowych; oraz (3) zmiana ekspresji markerów EMT, definiowana przez utratę markerów nabłonkowych i pojawienie się markerów mezenchymalnych.
Zmiany morfologiczne komórek są rejestrowane za pomocą mikroskopu świetlnego przy powiększeniu 10X w trakcie przebiegu indukcji EMT, opisanej w Sekcji 1. Detekcja immunofluorescencyjna E-kadheryny w połączeniach komórkowych jest opisana w niniejszej sekcji. Ekspresję markerów EMT wykrywa się za pomocą immunoblotingu. Typowe markery nabłonkowe to E-kadheryna, γ-katenina i okludyna, natomiast markery mezenchymalne obejmują fibronektynę, N-kadherynę i wimentynę. Ogólne procedury immunoblotingu opisano w Sekcji 4.
- W 12. dniu leczenia TAM wysiać 1 x 105 komórki na szklanym okładce o średnicy 12 mm umieszczonej w studzience płytki 24-dołkowej.
- 48 h po wysianiu odessać pożywkę i przemyć komórki uprzednio ogrzanym PBS.
- Utrwal komórki w uprzednio ogrzanym 4% paraformaldehydzie przez 15 min.
- Przemyć komórki trzykrotnie buforem PBS.
- Inkubować komórki z 0,2% Triton X-100 w PBS przez 15 min w temperaturze pokojowej.
- Przemyć komórki trzykrotnie buforem PBS.
- Inkubować komórki w 5% BSA/PBS przez 1 h w temperaturze pokojowej w celu zablokowania niespecyficznego wiązania.
- Inkubować komórki z przeciwciałem pierwszorzędowym przeciwko E-kadherynie w rozcieńczeniu 1:50 w 1% BSA/PBS w komorze wilgotnościowej przez noc w temperaturze 4 °CUWAGA: Zakres rozcieńczenia przeciwciała pierwszorzędowego wynosi zazwyczaj od 1:50 do 1:200, a optymalne rozcieńczenie dla każdego przeciwciała należy ustalić doświadczalnie.
- Odlać przeciwciało pierwszorzędowe i trzykrotnie przemyć komórki buforem PBS.
- Inkubować komórki z przeciwciałem wtórnym znakowanym fluorescencyjnie w rozcieńczeniu 1:500 przez 1 h w temperaturze pokojowej. Od tego momentu chronić komórki przed światłem.
- Odlać przeciwciało wtórne i przemyć trzy razy buforem PBS.
- Barwić komórki DAPI lub Hoechst w stężeniu 0,1-1 g/ml przez 10 min.
- Przepłucz komórki buforem PBS trzy razy.
- Przymocuj szkiełka nakrywkowe za pomocą kropli medium montażowego, a następnie uszczelnij je lakierem do paznokci.
- Obserwować komórki i wykonywać zdjęcia pod mikroskopem fluorescencyjnym z obiektywem 63X.
W celu potwierdzenia fenotypu EMT można przeprowadzić barwienie z dodatkowymi przeciwciałami. Na przykład, w celu wykazania fenotypu mezenchymalnego można przeprowadzić barwienie na N-cadherin oraz α-smooth muscle actin29,31,32. Reorganizację struktury cytoszkieletu można monitorować poprzez barwienie komórek faloidyną na F-actin11. Dodatkowo, w celu zbadania właściwości EMT można przeprowadzić testy mobilności komórek oraz odporności na śmierć komórkową11.
3. Wykrywanie izoform splicingu za pomocą testów qRT-PCR
- Projektowanie starterów
UWAGA: Pary starterów powinny zostać starannie zaprojektowane w celu amplifikacji odrębnych izoform splicingowych. Pominięcie eksonu, będące najczęściej obserwowanym zdarzeniem alternatywnego splicingu, przedstawiono tutaj jako przykład w celu zilustrowania strategii projektowania starterów. Rycina 1A przedstawia pre-mRNA składający się z czterech eksonów, w którym trzeci ekson jest eksonem zmiennym. Włączenie eksonu 3 skutkuje produkcją dłuższej izoformy splicingowej, natomiast pominięcie eksonu 3 generuje krótszą izoformę splicingową. Startery muszą zostać zaprojektowane tak, aby odróżnić izoformę z włączonym eksonem 3 od izoformy z pominiętym eksonem 3 oraz aby wykryć całkowity transkrypty tego mRNA.
- W celu detekcji włączenia eksonu starannie zaprojektuj starter forward w obrębie zmiennego eksonu 3 oraz starter reverse w obrębie pobliskiego eksonu konstytutywnego 4, co pozwoli na specyficzną amplifikację izoformy z włączonym eksonem zmiennym. Należy upewnić się, że zarówno starter forward, jak i reverse nie znajdują się w obrębie tego samego eksonu zmiennego, aby uniknąć amplifikacji produktów PCR z DNA genomowego lub pre-mRNA.
- Aby specyficznie amplifikować zdarzenia pominięcia eksonu, zaprojektuj jeden ze starterów tak, aby obejmował on złącze eksonu konstytutywnego 2 i eksonu 4, które w przeciwnym razie zostałoby zniszczone przy włączeniu zmiennego eksonu 3. Drugi starter zaprojektuj w obrębie eksonu konstytutywnego 4. W ten sposób produkty PCR są generowane tylko wtedy, gdy zmienny ekson 3 jest wykluczony, a ekson konstytutywny 2 i ekson 4 zostają następnie połączone.
- W celu detekcji całkowitych transkryptów genu zaprojektuj startery w obrębie dwóch eksonów konstytutywnych 1 i 2. Dzięki temu produkty PCR są amplifikowane ze wszystkich izoform.
- Upewnij się, że temperatura topnienia (Tm) dla wszystkich starterów wynosi około 55 °C, długość każdego startera wynosi około 18-22 nukleotydów, a wielkość produktów PCR mieści się w przedziale od 80 do 150 par zasad.
- Ekstrakcja RNA: Ekstrakt RNA za pomocą zestawu do izolacji całkowitego RNA (patrz Tabela materiałów).
- Zbierz komórki w 350 μl buforu do lizy RNA.
- Dodaj 350 μl 70% etanolu do lizatu i dokładnie wymieszaj.
- Przenieś próbkę do kolumny do oczyszczania RNA.
- Wiruj przy 10,000 x g przez 1 min i odrzuć filtrat.
- Przemyj kolumnę raz 500 μl buforu do przemywania RNA I oraz dwukrotnie buforu do przemywania RNA II.
- Usuń resztki buforu do przemywania RNA II z kolumny poprzez wirowanie z maksymalną prędkością przez 2 min.
- Przenieś kolumnę do nowej probówki 1,5 ml, dodaj 50 μl wody wolnej od nukleaz do centrum macierzy kolumny i elueuj RNA poprzez wirowanie z maksymalną prędkością.
- Synteza pierwszej nici cDNA
- Określ stężenie i jakość RNA za pomocą pomiaru absorbancji UV. UWAGA: RNA dobrej jakości powinno mieć stosunek absorbancji 260 nm / 280 nm wynoszący około 2,0.
- Przygotuj reakcje odwrotnej transkrypcji (RT) zawierające 250 ng całkowitego RNA, 0,05 μg starterów randomowych heksamerów, 50 pmol MgCl2, 10 pmol dNTP, 2 μl 5× buforu GoScript oraz 1 μl enzymu RT w końcowej objętości 20 μl.
- Przeprowadź reakcje RT w 42 °C przez 1 h, a następnie inkubuj w 70 °C przez 5 min w celu inaktywacji enzymu RT.
- Real-time PCR
- Przygotuj reakcje o objętości 20 μl, składające się z 10 μl SYBR green master mix, 0,1-1,0 μl matrycy cDNA oraz 5 pmol starterów forward i reverse.
- Przeprowadź real-time PCR z 40 cyklami następujących etapów: denaturacja w 95 °C przez 10 s, przyłączanie w 58 °C przez 10 s oraz elongacja w 60 °C przez 30 s. Reakcje PCR przeprowadź w trzech powtórzeniach.
- Sprawdź krzywe dysocjacji i upewnij się, że dla każdego zestawu starterów obserwowany jest pojedynczy pik.
- Wyznacz wartości cyklu kwantyfikacji (Cq) poprzez obliczenie wartości drugiej pochodnej krzywych amplifikacji.
- Oblicz względną ilość (RQ) docelowych mRNA w próbkach indukowanych w porównaniu z próbką nieindukowaną, korzystając z metody „delta delta Cq (ΔΔCq)” zgodnie z poniższym wzorem. Jako referencję wykorzystaj geny gospodarza (housekeeping genes), takie jak GAPDH lub TBP.

W celu dokładniejszego obliczenia wartości względnych izoform splicingowych należy rozważyć zastosowanie wielu genów referencyjnych. Wyniki można przeanalizować za pomocą zmodyfikowanej metody ilościowego oznaczania wartości bezwzględnych opisanej przez Pfaffla et al33,34.
4. Analiza izoform splicingu na poziomie białka
- Zebrać komórki w 100 μl schłodzonego do temperatury lodowej buforu RIPA.
- Pozostawić lizaty na lodzie przez około 10 min.
- Wirować przy 14,000 x g przez 10 min w temperaturze 4 °C, a następnie zebrać nadsącz.
- Zmierzyć stężenie białek metodą Bradforda.
- Rozcieńczyć próbki białek w buforze do ładowania SDS i nanieść 20-40 μg białek na żele 10% SDS-PAGE.
- Prowadzić elektroforezę SDS-PAGE przy natężeniu 20 mA przez 1,5 hr.
- Przenieść białka na membrany PVDF w systemie transferu mokrego w temperaturze 4 °C przez 3 hr przy napięciu 85 V. Dostosować czas transferu do masy cząsteczkowej białek docelowych.
- Zablokować membranę w 5% beztłuszczowym mleku przez 30 min do 1 hr w temperaturze RT.
- Inkubować membranę z przeciwciałem pierwszorzędowym w temperaturze 4 °C O/N. Zakres rozcieńczeń przeciwciał pierwszorzędowych mieści się zazwyczaj między 1:200 a 1:5,000; optymalne rozcieńczenie dla każdego przeciwciała należy wyznaczyć doświadczalnie. Rozcieńczenia przeciwciał użytych w tym protokole znajdują się w „Tabeli specyficznych odczynników i sprzętu”.
- W celu wykrycia izoform splicingowych należy użyć specyficznych przeciwciał rozpoznających konkretną izoformę. Alternatywnie można zastosować przeciwciało rozpoznające epitop w regionie kodującym egzon konstytutywny i wykryć izoformy splicingowe jednocześnie na podstawie ich różnych rozmiarów białek.
- Jednocześnie monitorować proces EMT za pomocą immunoblottingu w kierunku markerów EMT. Jako markery nabłonkowe stosować E-cadherin, γ-catenin oraz occludin, a jako markery mezenchymalne fibronectin, N-cadherin i vimentin.
- Przemyć membranę trzy razy buforem TBS-T (50 mM Tris, 150 mM NaCl, 0,05% Tween 20, pH 7,4) w odstępach 5-minutowych.
- Inkubować membranę z przeciwciałem wtórnym sprzężonym z HRP w rozcieńczeniu 1:10,000 przez 1 hr w temperaturze RT.
- Przemyć membranę trzy razy buforem TBS-T w odstępach 5-minutowych.
- Wizualizować białka za pomocą systemu detekcji chemiluminescencyjnej i naświetlić membranę na filmie autoradiograficznym.