Opisana jest zmodyfikowana metoda northern blot do pomiaru modyfikacji N 6-metylodenozyny (m6A) w RNA. Obecna metoda może wykrywać modyfikacje w różnych RNA i kontrolach w ramach różnych projektów eksperymentalnych.
Method Article
Opisana jest zmodyfikowana metoda northern blot do pomiaru modyfikacji N 6-metylodenozyny (m6A) w RNA. Obecna metoda może wykrywać modyfikacje w różnych RNA i kontrolach w ramach różnych projektów eksperymentalnych.
N 6-metylodenozyna (m6A) modyfikacje RNA są zróżnicowane i wszechobecne wśród eukariontów. Występują w mRNA, rRNA, tRNA i mikroRNA. Ostatnie badania wykazały, że te odwracalne modyfikacje RNA wpływają na splicing, translację, degradację i lokalizację RNA. Wiele procesów fizjologicznych, takich jak rytmy okołodobowe, pluripotencja komórek macierzystych, zwłóknienie, metabolizm trójglicerydów i otyłość, jest również kontrolowanych przez modyfikacje m6A. Immunoprecypitacja/sekwencjonowanie, spektrometria mas i zmodyfikowane northern blotting to tylko niektóre z metod powszechnie stosowanych do pomiaru modyfikacji m6A. W niniejszym artykule przedstawiamy technikę blottingu północno-wschodniego do pomiaru modyfikacji m6A. Obecny protokół zapewnia dobrą separację wielkości RNA, lepszą akomodację i standaryzację dla różnych projektów eksperymentalnych oraz jasne rozgraniczenie modyfikacji m6A w różnych źródłach RNA. Chociaż wiadomo, że modyfikacje m6A mają kluczowy wpływ na fizjologię człowieka w odniesieniu do rytmów okołodobowych i otyłości, ich rola w innych stanach (pato)fizjologicznych jest niejasna. W związku z tym badania nad modyfikacjami m6A mają ogromne możliwości, aby dostarczyć kluczowych informacji na temat fizjologii molekularnej.
Dynamiczne i odwracalne modyfikacje RNA odgrywają ważną rolę w homeostazie RNA. Czterdzieści lat temu stwierdzono, że modyfikacje N 6-metyloadenozyny (m6A) są obfite w transkryptomach eukariotycznych1. Pełnią one różne funkcje w informacyjnym RNA (mRNA), rybosomalnym RNA (rRNA), małym jąderkowym RNA, transferowym RNA i mikroRNA2. Modyfikacjem6AmRNA wpływają na ich splicing3, translację4, degradację5 i lokalizację2. Ponadto wpływają na biogenezę rybosomów i funkcję mikroRNA6. Ewolucyjne zachowanie modyfikacji m6A RNA obserwuje się u bakterii jednokomórkowych do wielokomórkowych ludzi7. Określenie ról modyfikacji m6A jest obecnie przedmiotem szeroko zakrojonych badań. Oczekuje się, że wysiłki te dostarczą nowych informacji na temat kontroli transkrypcji. Ostatnie badania pokazują, że inne modyfikacje chemiczne mRNA8 również odgrywają kluczową rolę w metabolizmie RNA.
Rytmy okołodobowe9, pluripotencja komórek macierzystych10, metabolizm trójglicerydów4, zwłóknienie11, otyłość12 i duża depresja13 to tylko kilka przykładów procesów, w których modyfikacje m6A kontrolują wyniki. Wiele transkryptów genów zegara okołodobowego ma miejsca m6A14. Modulacja metylazy m6A lub demetylazy wywołuje zmiany w okresie okołodobowym15. Mettl3, transferaza m6A, jest regulatorem pluripotencji komórek macierzystych. Niedobór Mettl3 prowadzi do wczesnej śmiertelności zarodka i nieprawidłowego przygotowania linii w stadiumpoimplantacyjnym 10. Niedobór demetylazy m6A związanej z masą tłuszczową i otyłością (FTO), w adipocytach, wpływa na mobilizację kwasów tłuszczowych i masę ciała poprzez posttranskrypcyjną regulację Angptl44. Badania te ujawniają, że m6Anie tylko kontroluje przetwarzanie mRNA, ale także odgrywa kluczową rolę w rozwoju embrionalnym i patofizjologii. Funkcja modyfikacji m6A ma implikacje dla rozważań terapeutycznych w przyszłości.
Dostępnych jest kilka metod pomiaru modyfikacji m6A RNA16-18. Tradycyjnie, chromatografia cienkowarstwowa (TLC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) są stosowane do badania rozkładu m6A w kilku RNA19,20. Spektrometria mas jest czułym narzędziem do wykrywania modyfikacjim6Aw RNA. Jednak RNA musi zostać wycięte przez RNazę na krótkie fragmenty przed analizą za pomocą spektrometrii mas21. Immunoprecypitacja i sekwencjonowanie metylo-RNA (m6A-Seq)22 immunoprecypituje pofragmentowane RNA przeciwciałami specyficznymi dla m6A i przeprowadza równoległe sekwencjonowanie RNA. Ta metoda generuje krajobrazy m6A dla całego transkryptomu. Mapowanie w wysokiej rozdzielczości sieciowania i immunoprecypitacjim6A w rozdzielczości pojedynczego nukleotydu (miCLIP) dodatkowo mapuje modyfikacje m6A w rozdzielczości pojedynczego nukleotydu23. Obie metody dostarczają szczegółowych informacji na temat modyfikacji m6A w całym transkryptomie, z informacjami o specyficznych genach. Jednak kwantyfikacja i standaryzacja w obu metodach są trudne, jeśli eksperymenty wymagają porównania wielu warunków. Co więcej, fragmentacja RNA dla m6A-Seq zmienia oryginalną strukturę RNA, co może wpływać na natywne poziomy m6A. Aby wykryć globalne modyfikacjem6ARNA i ich zmiany w różnych warunkach eksperymentalnych, przedstawiamy metodę, która wykorzystuje zmodyfikowany protokół northern blot. Metoda ta polega na rozdzieleniu RNA według masy cząsteczkowej przy użyciu elektroforezy żelowej18. Ta procedura zapewnia lepszą standaryzację i kwantyfikację dla eksperymentów, które obejmują wiele warunków lub próbek. Dostarcza również specyficznych informacji o modyfikacjim6Adla różnych RNA, niezależnie od tego, czy jest to rRNA, mRNA czy mikroRNA.
UWAGA: Całkowity poziom RNAm 6A obejmuje rRNA, mRNA i inne małe RNA. Ponieważ rybosomalne RNA ma liczne modyfikacjem6A, pomiar poziomów m6A będzie musiał uwzględniać ten fakt.
1. Izolacja RNA
2. Elektroforeza i transfer żelu
UWAGA: Protokoły przygotowania buforu podano w tabeli 1.
3. Wykrywanie N 6-metyladenozyny
Po 14 dniach w normalnej fazie okołodobowej jasnego i ciemnego, myszy dzikiego typu zostały umieszczone w ciągłej ciemności. Próbki RNA z wątroby pobierano w odstępach 4-godzinnych i badano za pomocą zmodyfikowanego northern blot. Metylacja rRNA, mRNA i małych RNA została wyraźnie wykryta (ryc. 2). Porównanie różnych czasów okołodobowych (CT) można dokładnie obliczyć za pomocą standardu 18S rRNA. Stwierdzono silne oscylacje okołodobowe poziomówm6Aw rRNA, mRNA i małych RNA.
Aby uniknąć zakłóceń oferowanych przez rRNA, poliadenylowane RNA mogą być oczyszczane, jak w kroku 1.2.2. Po oczyszczeniu rRNA można w dużej mierze wyeliminować, aby umożliwić lepszą wizualizację innych RNA (ryc. 3).

Rysunek 1: Montaż jednostki przenoszenia blotów. Pokazano jednostkę przenoszenia kapilar do osuszania RNA do błony. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 2: Rytm okołodobowy poziomów m6A u myszy C57BL / 6J. Rysunek ten przedstawia m6A blot całkowitego RNA z wątroby myszy typu dzikiego uśmierconych pierwszego dnia fazy ciemnej i ciemnej po 14 dniach normalnej fazy jasno-ciemnej w odstępach 4 godzin. Kwantyfikację przeprowadzono przy użyciu różnicy gęstości obrazu m6A między 18S i 28S rRNA. Obfitość m6A znormalizowano do pasma 18S rRNA z żelu formaldehydowego na dole. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: M6A kleksy z rRNA lub bez. Pokazano reprezentatywne m6A bloty całkowitego RNA i poliadenylowanego RNA z wątroby myszy typu dzikiego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| 1 | 10x bufor MOPS (pH 7,0, chronić przed światłem) | |||||
| MOPS | Z dnia 41,85 | g | 0,2 mln | |||
| Octan sodu | 4.1 | g | 0,05 mln | |||
| EDTA, sól disodowa | 3.7 | g | 0,01 mln | |||
| DEPC wody | ||||||
| Razem | 1 | L | ||||
| Mieszać w temperaturze pokojowej | ||||||
| cyfra arabska | 20x bufor SSC (pH 7,0) | |||||
| Chlorek sodu | 175,3 | g | 3 mln | |||
| Cytrynian trisodowy | 88,3 | g | 0,3 mln | |||
| DEPC wody | ||||||
| Razem | 1 | L | ||||
| Mieszaj w temperaturze pokojowej, a następnie autoklaw | ||||||
| 3 | Śledzenie barwnika | |||||
| 10x bufor MOPS | 500 | μL | 1x | |||
| Ficoll 400 | 0,75 | g | 15% | |||
| Niebieski bromofenol | 0,01 | g | 0,2 % | |||
| Ksylen Cyanol | 0,01 | g | 0,2 % | |||
| DEPC wody | ||||||
| Razem | 5 | Ml | ||||
| Przechowywać w temperaturze -20 °C | ||||||
| 4 | DEPC wody | |||||
| Stosunek rozcieńczenia w stosunku 1:1,000 DEPC w ddH2O | ||||||
| Mieszaj przez noc w temperaturze pokojowej, a następnie autoklaw | ||||||
| 5 | Bufor próbki (chronić przed światłem) | |||||
| 10x bufor MOPS | 200 | μL | ||||
| 37% formaldehydu | 270 | μL | ||||
| Formamid | 660 | μL | ||||
| Przechowywać w temperaturze -20 °C | ||||||
Tabela 1: i rozwiązania.
Modyfikacje RNA odgrywają ważną rolę w funkcjonowaniu i fizjologii komórek. Obecna wiedza na temat regulacji, funkcji i homeostazy tych modyfikacji jest nadal badana i poszerzana8. Dlatego potrzebna jest precyzyjna i złota metoda oceny modyfikacji RNA. Zmodyfikowana metoda northern blotting zapewnia precyzyjną kwantyfikację modyfikacji RNA i wyraźne rozgraniczenie modyfikacji w różnych RNA. Chociaż metoda wymaga co najmniej 3 dni, można ją ustandaryzować i stosować w różnych projektach eksperymentalnych. Co więcej, przy użyciu różnych przeciwciał może wykrywać różne modyfikacje RNA27.
Ważne jest, aby oddzielić różne RNA podczas analizy modyfikacji RNA. Rybosomalny RNA stanowi dużą część całkowitej ilości RNA28,29. Wyniki analizy modyfikacji RNA tylko w całkowitym RNA będą reprezentować głównie zmiany rRNA. Metylacja i inne tego typu modyfikacje rRNA mogą potencjalnie maskować zmiany w innych RNA. Dzięki procedurze separacji żelu modyfikacje mRNA i innych małych RNA mogą być dokładniej analizowane.
Mapowanie całego transkryptomu z immunoprecypitacją i sekwencjonowaniem m6A zapewnia szczegółowy wgląd w modyfikację każdego typu RNA22. Dostarcza informacji o konkretnych RNA i rozdzielczości około 80-120 pz. Chociaż m6A-Seq może porównywać modyfikacje między różnymi warunkami eksperymentalnymi, wybór odpowiednich standardów i kontroli dla takich eksperymentów jest trudny18. Immunoprecypitacja jest trudna do odtworzenia, często powoduje znaczne różnice między powtórzeniami. Ponadto m6A-Seq wymaga fragmentacji próbek RNA przed immunoprecypitacją i sekwencjonowaniem30. Proces fragmentacji może potencjalnie wywoływać nadmierne wpływy na pierwotne modyfikacje RNA. Jeśli eksperyment nie wymaga informacji o konkretnym genie, ale wymaga różnych warunków do porównania, obecna metoda zapewnia lepszą wizualizację i kontrolę dla różnych konfiguracji eksperymentalnych.
Modyfikacja RNA jest ważnym krokiem w regulacji kontroli transkrypcji31. Jednak homeostaza i mechanizmy regulacyjne różnych modyfikacji RNA w różnych sferach fizjologicznych są nadal niejasne. Korzystając z obecnej zmodyfikowanej metody northern blot, można określić ilościowo i porównać różne modyfikacje RNA. Co więcej, zmiany i regulacje modyfikacji RNA mogą być badane bardziej szczegółowo. W przyszłości możliwe będzie również połączenie danych eksperymentalnych zarówno z klasycznego protokołu northern blotting, jak i zmodyfikowanego northern blotting, co zapewni lepszy wgląd w biologię RNA.
Najważniejszym czynnikiem decydującym o powodzeniu zmodyfikowanego protokołu northern blotting jest integralność próbki RNA. RNA z pewną dozą degradacji może dawać dobre wyniki klasycznego northern blot, ale może to potencjalnie mieć znaczący wpływ na zmodyfikowane wyniki northern blot. Modyfikacje RNA w różnych tkankach lub liniach komórkowych mogą się również znacznie różnić. Ważne jest, aby przed wykonaniem ostatecznych eksperymentów przetestować odpowiednie ładunki próbek RNA dla różnych tkanek.
Ponieważ procedury blottingu zostały tradycyjnie nazwane na cześć dr Southern i różnych kierunków geograficznych, proponujemy nazwę "northeastern" blotting dla obecnej techniki.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
C.Y.W. otrzymał wsparcie od National Health Research Institute (NHRI-EX101-9925SC), National Science Council (101-2314-B-182-100-MY3, 101-2314-B-182A-009) oraz Chang Gung Memorial Hospital (CMRPG3B1643, CMRPG3D1002, CMRPG3D0581, CMRPG380091 i CMRPG3C1763).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Roztwór RNaseZap | Protokół Ambion | AM9782 | 1.1 |
| Roztwór odczynnika TRI | Protokół Ambion | AM9738 | 1.2.1.1 |
| 1-bromo-3-chloropropan (BCP) | Sigma | B9673 | Protokół 1.2.1.3 |
| Etanol | JTbaker | 8006 | Protokół 1.2.1.3 |
| Isopropanol | Sigma | I9516 | Protokół 1.2.1.3 |
| GenElute mRNA Miniprep Kit | Sigma | MRN70 | Protokół 1.2.2.1 |
| Glycogen | Ambion | AM9510 | Protokół 1.2.2.2 |
| Octan sodu | Fluka | 71183 | Protokół 1.2.2.2 |
| Woda wolna od nukleaz | Ambion | AM9930 | Protokół 1.2.2.6 |
| DEPC | Sigma | D5758 | Protokół 2.1.1 |
| Agaroza | JT Baker | A426 | Protokół 2.1.2 |
| MOPS | Sigma | M1254 | Protokół 2.1.3 |
| 37% roztwór formaldehydu | Sigma | F8775 | Protokół 2.1.3 |
| EDTA, sól disodowa | JT Baker | 8993 | Protokół 2.1.3 10x Bufor MOPS |
| formamid | Sigma | F7503 | Protokół 2.2.1 |
| RNA Marker Millennium | Ambion | AM7150 | Protokół 2.2.2 |
| Bromek etydyny | Amresco | X328 | Protokół 2.2.5 |
| Ficoll PM400 | GE Healthcare | 17-0300-10 | Protokół 2.2.5 barwnik śledzący |
| Błękit bromofenolowy | Sigma | 114391 | Protokół 2.2.5 barwnik śledzący |
| Ksylen Cyanol FF | Sigma | X4126 | Protokół 2.2.5 barwnik śledzący |
| Dwuwodny chlorek sodu | JT Baker | 3624 | Protokół 2.4.2 20x bufor SSC |
| Cytrynian trisodowy | Sigma | S1804 | Protokół 2.4.2 20x bufor SSC |
| Bibuła Hybond Protokół | RPN6101M | GE Healthcare | 2.4.4 |
| Membrana GE Hybond-N+ | GE Healthcare RPN303B Protokół 2.4.6 | ||
| Stratalinker UV Crosslinker 2400 | Stratagene | 400075 | Protokół 3.1.2 |
| Gel Catcher 1500 | Technologia ANT | Gel Catcher 1500 | Protokół 3.1.5 |
| Anty-m6A (N6-metyloadenozyna) | Układy synaptyczne | 202003 | Protokół 3.2.3 |
| Amersham ECL Anti-Rabbit IgG, HRP-linkd całe Ab | GE Healthcare | NA934 | Protokół 3.2.5 |
| ChemiDoc MP System | BIO-RAD | 1708280 | Protokół 3.2.8 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission