Tutaj prezentujemy protokół eCLIP do określania głównych celów RNA kandydatów na RBP w jądrach.
Method Article
Tutaj prezentujemy protokół eCLIP do określania głównych celów RNA kandydatów na RBP w jądrach.
Spermatogeneza definiuje wysoce uporządkowany proces różnicowania męskich komórek rozrodczych u ssaków. W jądrach transkrypcja i translacja są rozłączone, co podkreśla znaczenie potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów koordynowanej przez RBP. Aby wyjaśnić mechanistyczne role RBP, można zastosować metodologię immunoprecypitacji sieciowania (CLIP) w celu uchwycenia jego endogennych bezpośrednich celów RNA i zdefiniowania rzeczywistych miejsc interakcji. Ulepszony CLIP (eCLIP) to nowo opracowana metoda, która oferuje kilka zalet w porównaniu z konwencjonalnymi CLIPs. Jednak do tej pory zastosowanie eCLIP było ograniczone do linii komórkowych, co wymagało rozszerzonych zastosowań. W tym przypadku wykorzystaliśmy eCLIP do zbadania MOV10 i MOV10L1, dwóch znanych helikaz wiążących RNA, w jądrach myszy. Zgodnie z oczekiwaniami stwierdzamy, że MOV10 głównie wiąże się z nieulegającymi translacji regionami 3' (UTR) mRNA i MOV10L1 selektywnie wiąże się z transkryptami prekursorowymi RNA oddziałującego z Piwi (piRNA). Nasza metoda eCLIP pozwala na szybkie określenie głównych gatunków RNA związanych przez różne RBP poprzez sekwencjonowanie subklonów na małą skalę, a tym samym dostępność kwalifikowanych bibliotek, co stanowi gwarancję kontynuowania głębokiego sekwencjonowania. Badanie to stanowi podstawę do zastosowania eCLIP w jądrach ssaków.
Jądro ssaków reprezentuje doskonały model rozwojowy, w którym skomplikowany program różnicowania komórek przebiega cyklicznie, dając liczne plemniki. Unikalna wartość tego modelu polega na pojawieniu się inaktywacji transkrypcji na określonych etapach spermatogenezy, zazwyczaj gdy dochodzi do inaktywacji mejotycznych chromosomów płciowych (MSCI)1,2 oraz gdy okrągłe plemniki ulegają drastycznemu zagęszczeniu jądrowemu podczas spermiogenezy3. Te nienastępujące po sobie zdarzenia transkrypcyjne wymagają potranskrypcyjnej regulacji genów, w której białka wiążące RNA (RBP) odgrywają kluczową rolę, kształtując transkryptom i utrzymując męską płodność.
Aby zidentyfikować bona fide cele RNA pojedynczego RBP in vivo, opracowano metodę immunoprecypitacji sieciowania (CLIP)4,5, w oparciu o regularną immunoprecypitację RNA (RIP)6,7, poprzez włączenie kluczowych etapów, w tym sieciowania ultrafioletowego (UV), rygorystycznego mycia i transferu żelu w celu poprawy specyficzności sygnału. Zaawansowane zastosowanie CLIP w połączeniu z wysokoprzepustowym sekwencjonowaniem wywołało duże zainteresowanie profilowaniem interakcji białko-RNA na poziomie całego genomu8. Oprócz badań genetycznych nad funkcją RBP, takie metody biochemiczne, które identyfikują bezpośrednie wzajemne oddziaływanie endogennego białka i RNA, były niezbędne do dokładnego wyjaśnienia regulacyjnej roli RBP w zakresie RNA. Na przykład MOV10L1 jest helikazą RNA specyficzną dla jąder, wymaganą dla męskiej płodności i biogenezy RNA oddziałującego z Piwi (piRNA)9. Jego paralog MOV10 jest znany jako wszechobecna i wielofunkcyjna helikaza RNA, która odgrywa role w wielu aspektach biologii RNA10,11,12,13,14,15,16,17,18. Stosując konwencjonalny CLIP-seq, odkryliśmy, że wiąże MOV10L1 i reguluje pierwotne prekursory piRNA, aby zainicjować wczesne przetwarzanie piRNA19,20, oraz że MOV10 wiąże mRNA 3' UTR, a także niekodujące gatunki RNA w komórkach rozrodczych jąder (dane nie pokazane).
Mimo to, CLIP jest pierwotnie pracochłonną, radioaktywną procedurą, po której następuje przygotowanie biblioteki sekwencjonowania z niezwykłą utratą znaczników CLIP. W konwencjonalnym CIN biblioteka cDNA jest przygotowywana przy użyciu adapterów ligowanych na obu końcach RNA. Po trawieniu białek usieciowane krótkie polipeptydy pozostają przyłączone do fragmentów RNA. Ten znak sieciowania częściowo blokuje progresję odwrotnej transkryptazy (RTazy) podczas syntezy cDNA, co skutkuje skróceniem cDNA, które stanowią około 80% biblioteki cDNA21,22. W ten sposób sekwencjonowane są tylko fragmenty cDNA powstałe w wyniku ominięcia RTazy z pominięciem miejsca sieciowania (read-through). Ostatnio zastosowano różne metody CLIP, takie jak PAR-CLIP, iCLIP, eCLIP i uvCLAP, w celu identyfikacji miejsc usieciowania RBP w żywych komórkach. PAR-CLIP polega na zastosowaniu promieniowania UV o długości fali 365 nm i fotoaktywowalnych analogów nukleotydów, a zatem jest przeznaczony wyłącznie do hodowli żywych komórek, a włączenie analogów nukleozydów do nowo zsyntetyzowanych transkryptów jest podatne na powstawanie stronniczości, w której RNA fizycznie oddziałuje z białkiem23,24. W iCLIP tylko pojedynczy adapter jest ligowany do końca 3' usieciowanych fragmentów RNA. Po odwrotnej transkrypcji (RT) zarówno skrócone, jak i odczytane cDNA są uzyskiwane przez wewnątrzcząsteczkową cyrkularyzację i relinearyzację, a następnie amplifikację w reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR)25,26. Jednak skuteczność cyrkularyzacji wewnątrzcząsteczkowej jest stosunkowo niska. Chociaż starsze protokoły CLIP wymagają znakowania usieciowanego RNA za pomocą radioizotopu, sieciowanie ultrafioletowe i oczyszczanie powinowactwa (uvCLAP), z procesem rygorystycznego oczyszczania powinowactwa tandemowego, nie opiera się na radioaktywności27. Niemniej jednak uvCLAP jest ograniczony do hodowanych komórek, które muszą być transfekowane wektorem ekspresyjnym przenoszącym 3x znacznik FLAG-HBH w celu tandemowego oczyszczania powinowactwa.
W eCLIP, adaptery były najpierw ligowane na końcu 3' RNA, następnie RT, a następnie na końcu 3' cDNA w trybie międzycząsteczkowym. W związku z tym eCLIP jest w stanie przechwycić wszystkie okrojone i odczytane cDNA28. Nie ogranicza się również do znakowania radioaktywnego ani do używania linii komórkowych w oparciu o jego zasadę, przy zachowaniu rozdzielczości pojedynczego nukleotydu.
Tutaj podajemy krok po kroku opis protokołu eCLIP dostosowanego do jąder myszy. Krótko mówiąc, ten protokół eCLIP rozpoczyna się od sieciowania kanalików jądrowych UV, a następnie częściowego trawienia RNazy i immunoprecypitacji przy użyciu przeciwciała specyficznego dla białka. Następnie RNA związane z białkiem jest defosforylowane, a adapter jest ligowany do końca 3'. Po elektroforezie żelu białkowego i transferze żel do błony, RNA izoluje się poprzez przecięcie obszaru błony o oczekiwanym zakresie rozmiarów. Po RT adapter DNA jest ligowany do końca 3' cDNA, a następnie amplifikacja PCR. Badania przesiewowe subklonów przed sekwencjonowaniem o wysokiej przepustowości są traktowane jako kontrola jakości biblioteki. Protokół ten jest skuteczny w identyfikacji głównych gatunków RNA RBP związanych z białkiem, czego przykładem są dwie helikazy RNA wykazujące ekspresję jąder MOV10L1 i MOV10.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wszystkie przeprowadzone eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez komitet Uniwersytetu Medycznego w Nankinie. Samce myszy C57BL/6 trzymano w kontrolowanych warunkach fotoperiodycznych i zaopatrywano je w pokarm i wodę.
1. Pobieranie tkanek i sieciowanie UV
2. Przygotowanie koralików
3. Liza tkanek i częściowe trawienie RNA
4. Immunoprecypitacja
5. Defosforylacja końców RNA 3'
6. Ligacja adaptera RNA do końca RNA 3'
7. SDS-PAGE i transfer membranowy
8. Izolacja RNA
9. Defosforylacja końców wejściowego RNA 3'
10. Ligacja adaptera RNA do końca wejściowego RNA 3'
11. Odwrotna transkrypcja, Ligacja adaptera DNA do cDNA 3' Kończy się
12. Kwantyfikacja cDNA metodą ilościowego PCR w czasie rzeczywistym (qPCR)
13. PCR Amplifikacja cDNA
14. Oczyszczanie żelu
15. TOPO Klon produktu PCR
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Procedura eCLIP i wyniki są zilustrowane w Rysunek 1, Rysunek 2, Rysunek 3, Rysunek 4. Myszy poddano eutanazji dwutlenkiem węgla, a w dolnej części brzucha wykonano małe nacięcie za pomocą nożyczek chirurgicznych (Ryc. 2A,B). Jądra my...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wraz z rosnącym zrozumieniem uniwersalnej roli RBP zarówno w kontekście biologicznym, jak i patologicznym, metody CLIP są szeroko stosowane w celu ujawnienia funkcji molekularnej RBP 20,32,33,34,35. Opisany tutaj protokół stanowi dostosowane zastosowanie metody eCLIP do jąder myszy.
Jednym z wyzwań związanych z wykonywaniem eCLIP w ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy Ericowi L Van Nostrandowi i Gene'owi W Yeo za pomocne wskazówki dotyczące oryginalnego protokołu. K.Z. był wspierany przez National Key R&D Program of China (2016YFA0500902, 2018YFC1003500) oraz National Natural Science Foundation of China (31771653). L.Y. był wspierany przez National Natural Science Foundation of China (81471502, 31871503) oraz Innovative and Entrepreneurial Program of Jiangsu Province.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Przeciwciała | |||
| Przeciwciało przeciw mysom MOV10 | Proteintech, Chiny | 10370-1-AP | |
| Przeciwciało przeciw myszym MOV10L1 | Zheng i wsp.20109 | poliklonalne surowice odpornościowe UP2175 | dostarczone przez P. Jeremy Wang lab, University of Pennsylvania |
| HRP Goat Anti-Rabbit IgG | ABclonal | AS014 | |
| Rabbit IgG | Beyotime, Chiny | A7016 | |
| Wirówka sprzętowa | |||
| Eppendorf, Hamburg, Niemcy | 5242R | ||
| Cyfrowy sonifier | BRANSON, USA | BBV12081048A | 450 watów; 50/60 Hz |
| DynaMag-2 Magnes | Invitrogen, USA | 12321D | |
| Mini Moduł Blot | Invitrogen, USA | B1000 | |
| Mini zbiornik żelowy | Invitrogen, USA | A25977 | |
| Inkubator z wytrząsaniem | Eppendorf, Hamburg, Niemcy | Komfort termomiksera | |
| Młynek do tkanek, Dounce | PYREX, tylko USA | 1234F35 | w tym protokole używany jest "luźny" tłuczek |
| Norma regionalna 96 Gradient | Biometra, Niemcy | Nr seryjny: 2604323 | |
| Rewolwer rurowy | Kryształ, USA | nr seryjny: 3406051 | |
| Sieciownik UV | UVP, USA | CL-1000 | |
| Materiały | |||
| TC Naczynie hodowlane | Corning, USA | 430167 | 100 mm |
| Probówki | Corning, USA | 430791 | 15 ml |
| Mikroprobówki | AXYGEN , USA | MCT-150-C | 1,5 mL |
| odczynniki | |||
| Kwaśny fenol/chloroform/alkohol izoamylowy | Solarbio, Chiny | P1011 | 25:24:01 |
| AffinityScript | Enzyme Agilent, USA | 600107 | |
| Przeciwutleniacz | Invitrogen, USA | NP0005 | |
| DH5&alfa; kompetentne bakterie | Thermo Scientific, USA | 18265017 | te ekonomiczne komórki dają >1 x 106 transformanty/&mikro; g kontrolne DNA na 50 &mikro; Reakcja L. |
| DMSO | Sigma-Aldrich, Stany Zjednoczone | D8418 | |
| DNA Ladder | Invitrogen, Stany Zjednoczone | 10416014 | |
| dNTP | Sigma-Aldrich, Stany Zjednoczone | DNTP100-1KT | |
| Dynabeads Białko A | Invitrogen, USA | 10002D | |
| odczynnik ECL | Vazyme, Chiny | E411-04 | |
| EDTA | Invitrogen, USA | AM9260G | |
| Koktajl inhibitorów proteazy bez EDTA | Roche, USA | 04693132001 | dodaj świeży |
| Exo-SAP-IT | Affymetrix, USA | 78201 | Odczynnik do czyszczenia produktu PCR |
| Enzym FastAP | Thermo Scientific, USA | EF0652 | |
| Bufor do próbek LDS | Thermo Scientific, USA | NP0007 | |
| MetaPhor Agaroza | lonza, Szwajcaria | 50180 | |
| MgCl2 | Invitrogen, Stany Zjednoczone | AM9530G | |
| Ekstrakcja żelu MiniElute | QIAGEN, Niemcy | 28604 | kolumna przechowywać przy 4 Ω; bufor QG=bufor do rozpuszczania żelu; bufor PE= bufor do płukania (dla kroku 14) |
| Koraliki silanowe MyONE | Thermo Scientific, USA | 37002D | Ekstrakcja kwasów nukleinowych kulki magnetyczne |
| NaCl | Invitrogen,USA | AM9759 | |
| NP-40 | Amresco, Stany Zjednoczone | M158-500ML | |
| NuPAGE Bis-Tris Żele białkowe | Invitrogen, USA | NP0336BOX | 4%– 12%,1,5 mm, 15-dołkowy |
| zestaw buforowy NuPAGE MOPS SDS  | Invitrogen, USA | NP0050 | |
| PBS | Gibco, USA | 10010023 | |
| Żel Phase-Locked (PLG) ciężka tuba | TIANGEN, Chiny | WM5-2302831 | |
| PowerUp SYBR Green Master Mix | Applied Biosystems, USA | A25742 | |
| Proteinaza K | NEB, Nowa Anglia | P8107S | |
| Q5 PCR master mix | NEB, Nowa Anglia | M0492L | |
| Bufor RLT | QIAGEN, Niemcy | 79216 | Bufor do lizy oczyszczania RNA |
| RNA Czyste & Koncentrator-5 kolumn | ZYMO RESEARCH, USA | R1016 | Kolumny do oczyszczania i zagęszczania RNA |
| RNaza I | Invitrogen, USA | AM2295 | |
| Inhibitor RNazy | Promega, USA | N251B | |
| RQ1 DNaza | Promega, USA | M610A | |
| Środek redukujący próbkę | Invitrogen, USA | NP0009 | |
| Roztwór SDS | Invitrogen, USA | 15553027 | 10% |
| deoksycholan sodu | Sigma-Aldrich, USA | 30970 | chronić przed lekki |
| enzym T4 PNK | NEB, Nowa Anglia | M0201L | |
| T4 Ligaza RNA 1 o wysokim stężeniu | NEB, Nowa Anglia | M0437M | |
| TA/Blunt-Zero Cloning Mix | Vazyme, Chiny | C601-01 | |
| TBE Invitrogen, USA | AM9863 | ||
| Tris-HCI Buffer | Invitrogen, USA | 15567027 | |
| Triton X-100 | Sangon Biotech, Chiny | A600198 | |
| Tween-20 | Sangon Biotech, Chiny | A600560 | |
| Mocznik | Sigma-Aldrich, USA | U5378 | |
| Filmy rentgenowskie | Caresteam, Kanada | 6535876 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission