Kinaza białkowa aktywowana RNA (PKR), znana również jako eukariotyczny czynnik inicjacji 2-alfa kinaza 2 (EIF2AK2), jest dobrze scharakteryzowaną kinazą białkową, która przekazuje informacje dostarczane przez RNA. Należy do rodziny kinaz kinazy alfa (eIF2α) podjednostki inicjacji translacji eukariotycznej 2 (eIF2α) i fosforyluje eIF2α w serynie 51 w odpowiedzi na infekcję, aby stłumić globalną translację1. W tym kontekście, PKR jest aktywowany przez wirusowe dwuniciowe RNA (dsRNA), które stanowią platformę do dimeryzacji PKR i autofosforylacji2. Oprócz eIF2α, PKR może również fosforylować p53, substrat receptora insuliny 1, inhibitor κB i kinazę N-końcową c-Jun (JNK) w celu regulacji aktywności wielu szlaków transdukcji sygnału3,4,5,6.
PKR został pierwotnie zidentyfikowany jako kinaza, która fosforylowała eIF2α podczas infekcji wirusem polio, rozpoznając dsRNA wirusa polio7,8. Coraz częściej stwierdza się, że PKR odgrywa wieloaspektową rolę poza odpowiedzią immunologiczną, a jego nieprawidłowa aktywacja lub nieprawidłowe działanie jest implikowane w wielu chorobach człowieka. Aktywowany/ufosforylowany PKR (pPKR) jest często obserwowany podczas apoptozy i jest powszechną cechą pacjentów z chorobami zwyrodnieniowymi, szczególnie chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Huntingtona, Parkinsona i choroba Alzheimera9,10,11,12,13. Ponadto PKR jest aktywowany w różnych warunkach stresowych, takich jak stres metaboliczny i szok cieplny14,15,16,17. Z drugiej strony, hamowanie PKR powoduje zwiększoną proliferację komórek, a nawet transformację złośliwą18,19. Funkcja PKR jest również ważna w prawidłowym funkcjonowaniu mózgu i podczas cyklu komórkowego, ponieważ poziom pPKR jest podwyższony podczas fazy M20,21,22. W tym kontekście, pPKR tłumi globalną translację i dostarcza wskazówek do kluczowych systemów sygnalizacji mitotycznej, które są wymagane do prawidłowego podziału komórki20. Co więcej, przedłużona aktywacja PKR powodowała zatrzymanie cyklu komórkowego fazy G2/M w komórkach jajnika chomika chińskiego23. W związku z tym fosforylacja PKR jest regulowana przez pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić szybką dezaktywację podczas przejścia M/G121.
Pomimo szerokiego zakresu funkcji PKR, nasze zrozumienie aktywacji PKR jest ograniczone z powodu braku ustandaryzowanego, wysokoprzepustowego eksperymentalnego podejścia do wychwytywania i identyfikacji dsRNA, które mogą aktywować PKR. Wcześniejsze badania wykazały, że PKR może wchodzić w interakcje z dsRNA utworzonymi przez dwa odwrócone powtórzenia Alu (IRAlus)20,24, ale możliwość istnienia dodatkowych komórkowych dsRNA, które mogą aktywować PKR podczas cyklu komórkowego lub w warunkach stresu w komórkach ludzkich, nie została zbadana. Konwencjonalne podejście do identyfikacji interaktorów RNA białka wiążącego RNA (RBP) wykorzystuje światło UV do sieciowania kompleksów RNA-RBP25,26,27. W niedawnym badaniu zastosowano to podejście do sieciowania UV w systemie mysim i stwierdzono, że małe jąderkowe RNA mogą regulować aktywację PKR podczas stresu metabolicznego16. Wykorzystując wysoką skuteczność sieciowania formaldehydu, przedstawiliśmy alternatywną metodę identyfikacji RNA oddziałujących z PKR podczas cyklu komórkowego w komórkach HeLa28. Podobne podejście zastosowano do badania innych dsRBP, takich jak Staufen i Drosha29,30,31. Odkryliśmy, że PKR może wchodzić w interakcje z różnymi typami niekodujących RNA, takimi jak krótki przeplatany element jądrowy (SINE), długi przeplatany element jądrowy (LINE), endogenny element retrowirusowy (ERV), a nawet alfa-satelitarne RNA. Ponadto wykazaliśmy, że PKR może wchodzić w interakcje z mitochondrialnymi RNA (mtRNA), które tworzą międzycząsteczkowe dsRNA poprzez komplementarną interakcję między ciężką i lekką nicią RNAs28. Niedawna publikacja dodatkowo potwierdziła nasze dane, że niektóre mtRNA istnieją w formie dupleksu i mogą aktywować czujniki dsRNA, takie jak białko 5 związane z różnicowaniem czerniaka, w celu indukcji interferonów32. Co ważniejsze, ekspresja i subkomórkowa lokalizacja mtRNA są modulowane podczas cyklu komórkowego i przez różne stresory, co może być ważne dla ich zdolności do regulowania aktywacji PKR28.
W tym artykule przedstawiamy szczegółowy protokół dla niedawno opracowanej metody sieciowania i immunoprecypitacji formaldehydu (fCLIP) do wychwytywania i analizowania RNA oddziałujących z PKR podczas cyklu komórkowego. Przedstawiono metodę przygotowania próbek zatrzymania cyklu komórkowego przy użyciu tymidyny i nokodazolu. Następnie przedstawiamy proces fCLIP do izolacji RNA związanych z PKR oraz metodę przygotowania wysokoprzepustowej biblioteki sekwencjonowania w celu identyfikacji tych RNA. Ponadto określamy szczegółowe procedury analizy RNA związanych z PKR za pomocą qRT-PCR. W szczególności przedstawiamy specyficzną dla nici procedurę odwrotnej transkrypcji w celu analizy nici mtRNA. Opisany protokół jest zoptymalizowany pod kątem komórek HeLa i PKR, ale kluczowe etapy, takie jak przygotowanie próbki cyklu komórkowego, fCLIP i analiza qRT-PCR specyficzna dla nici, można łatwo zmodyfikować w celu zbadania komórkowych dsRNA lub identyfikacji interaktorów RNA innych dsRBP.