$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Opisaliśmy tutaj protokół mający na celu specyficzne zwiększenie produkcji białka docelowego mRNA za pomocą niekodującego RNA zawierającego SINE, zwanego SINEUPs. Jako reprezentatywny przykład, wykazano, że optymalna syntetyczna SINEUP-GFP zwiększa 2,6-krotnie translację mRNA GFP, mierzoną za pomocą analizy Western-blot.
Zaprojektowanie optymalnego BD ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia swoistości i siły działania SINEUP (zakresu regulacji białka w górę). Wcześniej przeprowadziliśmy badanie przesiewowe 17 BD SINEUP-GFP za pomocą analizy Western-blot15 i stwierdziliśmy, że optymalna BD nakłada się na sekwencję AUG-KOZAK mRNA GFP, chociaż może tak nie być w przypadku innych mRNA i powinna być weryfikowana dla każdego przypadku. Inna niezależna grupa również przeprowadziła badanie przesiewowe BD przy użyciu innej metody31. Ponieważ przesiewanie wielu BD może być dość czasochłonne i kłopotliwe, wprowadziliśmy tutaj metodę wykrywania SINEUP o wysokiej przepustowości. Metoda ta mierzy względne zmiany gęstości zintegrowanej GFP w komórkach transfekowanych SINEUP w porównaniu z komórkami transfekowanymi wektorem kontrolnym. Aby zapewnić, że komórki w konkretnym dołku płytki hodowlanej są transfekowane równomiernie, a sygnał GFP nie jest skoncentrowany tylko w określonym obszarze studzienki, bardzo ważne jest równomierne rozmieszczenie komórek w studzienkach w kroku 2.1. W tym celu delikatnie potrząśnij płytką 10 razy w przód iw tył (↑↓) po wysianiu komórek w czystej ławce i powtórz w inkubatorze 5% CO2 przed rozpoczęciem inkubacji.
Kolejnym krytycznym krokiem jest obliczenie stężenia białka w kroku 3.3. Błędne obliczenia w tym przypadku mogą prowadzić do załadowania błędnej ilości białka podczas analizy Western-blot, co w konsekwencji uniemożliwi wykrycie niewielkich zmian w ekspresji białka przez niektóre ze słabych SINEUP lub generuje wyniki fałszywie dodatnie z powodu przeciążenia. Zaleca się za każdym razem świeże przygotowanie krzywej wzorca białka, upewniając się, że w kroku 3.3.3 zmierzono równe ilości wzorców i próbek białka. Opisany tutaj protokół koncentruje się na SINEUP-GFP, ale analiza Western-blot może być stosowana dla dowolnego docelowego mRNA, które Cię interesuje. Czas inkubacji i stężenie przeciwciał powinny być zoptymalizowane dla każdego celu, aby uzyskać najlepszy wynik.
Jedną z unikalnych cech SINEUPS jest to, że poziom ekspresji docelowego mRNA pozostaje niezmieniony. Ważne jest, aby traktować RNA DNazą, aby uniknąć wykrycia transfekowanych SINEUPs i genomowego DNA za pomocą qRT-PCR. SINEUP RNA i docelowa ekspresja mRNA powinny być mierzone za pomocą qRT-PCR, aby potwierdzić powodzenie zarówno transfekcji, jak i aktywności SINEUP. SINEUPs zawierają sekwencję SINE, która występuje obficie zarówno w genomie człowieka, jak i myszy. Aby uniknąć nieswoistego wykrywania sekwencji SINE, nie zaleca się projektowania starterów qRT-PCR do sekwencji SINE.
W tym protokole użyliśmy ludzkich linii komórkowych, ale SINEUPy są skuteczne w wielu liniach komórkowych z kilku różnych gatunków 12,13,14,18,19. Warunki hodowli komórkowej i transfekcji mogą być modyfikowane w zależności od różnych linii komórkowych, o ile utrzymują one wydajność transfekcji wektorów SINEUP. Ponadto można zastosować alternatywne metody ekstrakcji RNA, syntezy cDNA i kontroli stężenia białka, biorąc pod uwagę, że zachowują one wymaganą jakość RNA i białka do analizy qRT-PCR i Western-blot. Podczas gdy użyliśmy specyficznego wysokoprzepustowego cytometru mikrostudziennego, który umożliwił wykrycie fluorescencji GFP w całej studzience, można zastosować inne cytometry o podobnym zakresie wykrywania31. Należy zauważyć, że jeśli rozmieszczenie komórek i transfekcja są równe w całej studzience, nie jest konieczne skanowanie całej studni pod kątem fluorescencji GFP: połowa lub jedna czwarta obszaru studzienki może wystarczyć, aby dostrzec efekt SINEUP w zależności od umiejętności eksperymentalnych.
Ustanowienie wysokoprzepustowego protokołu detekcji SINEUP pozwala na jednoczesne badanie przesiewowe wielu BD ukierunkowanych na dane mRNA w hodowanych komórkach. Jest to o tyle istotne, że przepisy regulujące optymalne targetowanie przez BD są nadal niejasne. Taki multipleksowy system przesiewowy pozwala na testowanie na dużą skalę wielu SINEUP pod kątem różnych genów, co jest przydatne na przykład do celowania w wiele genów zaangażowanych w określony szlak sygnałowy. Co więcej, można go wykorzystać do rozszerzenia poszukiwań skutecznych SINEUP ukierunkowanych na kilka mRNA, projektowania różnych BD SINEUP wokół regionu AUG-Kozak (patrz rysunek 1), kotransfekcji docelowych mRNA o pełnej długości (5ʹ UTR-CDS-3ʹ UTR) połączonych z mRNA GFP w hodowanych komórkach w celu znalezienia optymalnych SINEUPs, a następnie testowania kandydatów na BD przeciwko endogennym mRNA w hodowanych komórkach i zwierzętach modelowych in vivo, od ludzi i myszy po inne gatunki zwierząt i roślin.
Ten protokół przesiewowy jest bardzo szybki. Nie musimy naprawiać i zbierać komórek, wystarczy umieścić żywą płytkę do hodowli komórek w przyrządzie do obrazowania. Proponujemy wykorzystanie tego wysokoprzepustowego protokołu badań przesiewowych do wyboru optymalnych BD SINEUP i oceny potencjalnych kandydatów za pomocą analizy Western-blot. W ten sposób wybrani kandydaci z optymalnymi BD mogą być zastosowani w celu zwiększenia produkcji przeciwciał 18,19,21. Obecnie dziedzina terapii RNA dramatycznie się rozwija. Na przykład terapie siRNA, ASO, mRNA i CRISPR RNA są szeroko stosowane do kontrolowania ekspresji mRNA odpowiednich celów 9,32. W tym kontekście, SINEUPy są w powijakach, ale jak dotąd żaden z badanych SINEUPów nie zmienił ekspresji docelowych mRNA. Ponadto SINEUPy nie edytują docelowego mRNA, a jedynie regulują translację mRNA w górę. Co więcej, choroby związane z utratą funkcji wynikające z haploinsuficjencji mogą być zwalczane przez terapię SINEUP, osiągając 2-krotną indukcję niedoboru białka17,33. Chociaż efekty off-target muszą być dalej badane, SINEUP potencjalnie i specyficznie celują w pojedyncze, ekspresyjne mRNA z sekwencją komplementarną do BD.
Ograniczeniem tego wysokoprzepustowego protokołu jest to, że nie nadaje się on do badań przesiewowych BD SINEUP w modelach mysich in vivo, ponieważ protokół mierzy tylko intensywność zintegrowanej GFP. Ponieważ SINEUPy są naturalnymi antysensownymi lncRNA, które działają potranskrypcyjnie, nie można ich zastosować, gdy w komórkach lub próbkach tkanek brakuje docelowego mRNA.
Niemniej jednak SINEUPs mogą być stosowane w badaniach nad wzmocnieniem funkcji, w celu zwiększenia produkcji przeciwciał oraz jako terapia RNA w celu zwiększenia ekspresji niedoborów białek w zakresie 1,5-3,0-krotnym. Opisane tutaj metody stanowią użyteczny przewodnik do celowania i wykrywania indukowanego przez SINEUP wzmocnienia translacji pożądanego mRNA i zapewniają nowe narzędzie do potranskrypcyjnej regulacji genów.