Przedstawiamy metodę oceny ekspresji mikroRNA w nerkach i surowicy myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek za pomocą ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy metodę oceny ekspresji mikroRNA w nerkach i surowicy myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek za pomocą ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją.
MikroRNA (miRNA) to małe, niekodujące RNA składające się z 21-25 zasad. Nie są one przekształcane w białka, ale raczej działają w celu utrudnienia funkcjonowania docelowych informacyjnych RNA (mRNA) poprzez ich destabilizację i zakłócenie ich translacji. Chociaż zbadano profile ekspresji miRNA w różnych narządach i tkankach myszy, nie było standardowych metod oczyszczania i ilościowego oznaczania miRNA nerek i surowicy myszy. Opracowaliśmy skuteczną i wiarygodną metodę ekstrakcji i oceny ekspresji miRNA w surowicy i nerkach myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek.
Metoda wykorzystuje ilościową reakcję łańcuchową polimerazy z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR), a protokół wymaga sześciu kroków: (1) przygotowanie myszy z przyspieszoną rezygencją starzenia 1 (SAMR1) i myszy podatnych na starzenie (SAMP1); (2) ekstrakcja próbek surowicy od tych myszy; (3) pobranie próbki nerki od każdej myszy; (4) ekstrakcja całkowitego RNA (w tym miRNA) z próbek nerek i surowicy od każdej myszy; (5) synteza komplementarnego DNA (cDNA) z odwrotną transkrypcją z miRNA; (6) przeprowadzenie qRT-PCR z wykorzystaniem uzyskanego cDNA.
Ten protokół został użyty do potwierdzenia, że w porównaniu z kontrolami, ekspresja miRNA-7218-5p i miRNA-7219-5p została znacząco zmieniona w nerkach i surowicy mysiego modelu niewydolności nerek zależnej od wieku. Protokół ten wyjaśnił również związek między nerką a surowicą mysiego modelu zależnej od wieku niewydolności nerek. Protokół ten można wykorzystać do określenia ekspresji miRNA w nerkach i surowicy myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek.
Wiadomo, że ekspresja różnych mRNA, które odgrywają ważną rolę zarówno w fizjologii, jak i chorobie (np. zapaleniu, zwłóknieniu, zaburzeniach metabolicznych i raku) jest regulowana przez miRNA, które są krótkimi, niekodującymi RNA, które powodują degradację i hamują transkrypcję mRNA1. W związku z tym możliwe jest, że niektóre miRNA mogą służyć jako nowi kandydaci na biomarkery i/lub cele terapeutyczne dla różnych chorób2,3,4,5. Przeprowadzono badania nad profilami ekspresji miRNA w różnych narządach i tkankach myszy (w tym brain6, heart7, lung8, liver9 i kidney10). Nie ma jednak standardowych ani ustalonych metod ekstrakcji i oceny miRNA w nerkach lub surowicy myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek.
Dlatego stworzyliśmy protokół, który może być używany do niezawodnego oczyszczania i wykrywania ekspresji miRNA w surowicy i nerkach myszy z niewydolnością nerek zależną od wieku. Protokół składa się z sześciu głównych etapów: (1) przygotowanie zarówno 50-tygodniowych samców myszy SAMR1, jak i samców myszy SAMP1; (2) ekstrakcja próbek krwi z żyły głównej dolnej obu szczepów myszy, a następnie użycie probówki szpica z heparyną, a następnie odwirowanie, w celu uzyskania próbki surowicy; (3) Ekstrakcja próbki nerki od myszy - homogenizator krzemowy A służy do oddzielnej homogenizacji próbki nerki, a następnie próbka jest przenoszona do systemu rozdrabniania biopolimerów na kolumnie wirowej mikrowirówki11; (4) ekstrakcja całkowitego RNA (zawierającego miRNA) z próbek surowicy za pomocą kolumny spinowej opartej na błonie krzemionkowej12 oraz ekstrakcja całkowitego RNA zawierającego miRNA z próbek nerek za pomocą kolumny spinowej opartej na błonie krzemionkowej11; (5) synteza komplementarnego DNA (cDNA) z całkowitego RNA przy użyciu odwrotnej transkryptazy, polimerazy poli(A) i startera oligo-dT13,14; i (6) wreszcie, określenie ekspresji miRNA za pomocą qRT-PCR i barwnika interkalacyjnego 13,14.
Ten nowy protokół został oparty na badaniach, które doprowadziły do ekstrakcji i oceny miRNA w różnych typach tkanek11,12,13. Wykazano, że opracowany w protokole system rozdrabniania biopolimerów jest w stanie oczyścić wysokiej jakości całkowite RNA z tkanek11. Ustalono dokładność i czułość aspektów tego protokołu stosowanego do oceny ekspresji miRNA metodą qRT-PCR z barwnikiem interkalacyjnym 13,14, na przykład synteza cDNA z odwrotną transkryptazą, polimerazą poli(A) i starterami oligo-dT z wyekstrahowanego całkowitego RNA. Nowy protokół ma kilka zalet: prostotę, oszczędność czasu i mniej błędów technicznych. Dzięki temu może być stosowany do badań, które wymagają dokładnej i czułej identyfikacji profili miRNA nerek i surowicy. Badania nad wieloma stanami patologicznymi mogą również wykorzystywać nowy protokół.
Profile ekspresji miRNA u myszy SAMP1, które są modelem zależnej od wieku niewydolności nerek, można określić jak pokazano poniżej. U ludzi zależna od wieku niewydolność nerek wiąże się z postępem niewydolności nerek i charakteryzuje się zarówno zwiększeniem obszaru zwłóknienia śródmiąższowego nerek, jak i postępem stwardnienia kłębuszków nerkowych15,16. Niewydolność nerek zależna od wieku jest również ważną i częstą cechą przewlekłej choroby nerek i schyłkowej niewydolności nerek15,16.
Protokół eksperymentalny został zatwierdzony przez Komisję Etyki Zwierząt Uniwersytetu Medycznego Jichi i przeprowadzony zgodnie z Przewodnikiem dla Zwierząt Laboratoryjnych Uniwersytetu Medycznego Jichi i jego wytycznymi dotyczącymi użytkowania i opieki nad zwierzętami doświadczalnymi. W protokole tym wykorzystuje się cztery 50-tygodniowe samce myszy SAMR1 i samce myszy SAMP1 (40-45 g).
1. Pobieranie próbek surowicy
2. Pobieranie próbek nerek
3. Całkowita ekstrakcja RNA z próbki surowicy
4. Ekstrakcja całkowitego RNA z próbki nerki
5. Synteza cDNA z odwrotną transkrypcją całkowitego RNA w surowicy
UWAGA: Minimalne informacje potrzebne do publikacji wytycznych dotyczących ilościowych eksperymentów PCR w czasie rzeczywistym (MIQE) zalecają stosowanie lepszych praktyk eksperymentalnych w celu uzyskania wiarygodnych, jednoznacznych wyników17. W tym protokole cDNA jest syntetyzowane z całkowitego RNA oczyszczonego w dwuetapowej procedurze przy użyciu odwrotnej transkryptazy, polimerazy poli(A) i starterów oligo-dT.
6. Synteza cDNA z odwrotną transkrypcją całkowitego RNA w nerkach
UWAGA: Wytyczne MIQE zachęcają do stosowania lepszych praktyk eksperymentalnych, aby zapewnić wiarygodne i jednoznaczne wyniki17. Protokół ten wykorzystuje odwrotną transkryptazę, polimerazę poli(A) i startery oligo dT do syntezy cDNA z 1,0 μg oczyszczonego całkowitego RNA w dwuetapowej procedurze.
7. qRT-PCR miRNA
UWAGA: Metoda interkalatora jest używana do qRT-PCR miRNA. Startery są używane do RNA: U6 small nuclear 2 (RNU6-2), miRNA-223-3p, miRNA-423-5p, miRNA-7218-5p i miRNA-7219-5p.
8. Korzystanie z systemu PCR w czasie rzeczywistym i oprogramowania do uruchomienia programu cyklicznego PCR
Dla modelu myszy z zależnym od wieku zaburzeniem czynności nerek, użyliśmy 50-tygodniowych samców myszy SAMP1 o wadze 40-45 g. Około 0,8 ml krwi na mysz zostało pobrane i przeniesione do 1,0 ml probówki szpica z heparyną, odwróconej i odwirowanej. Każda nerka została przepłukana PBS, wypreparowana i przechowywana w ciekłym azocie do dalszej analizy. Pięćdziesięciotygodniowe myszy SAMR1 służyły jako kontrola. Na podstawie danych miRNA qRT-PCR uzyskanych przy użyciu tego zależnego od wieku modelu niewydolności nerek zaobserwowaliśmy, że poziom miRNA-7219-5p w nerkach był znacznie podwyższony, a poziom nerek miRNA-7218-5p był znacznie obniżony u myszy SAMP1 w porównaniu z kontrolami (Rysunek 1). Poziomy w surowicy zarówno miRNA-7219-5p, jak i miRNA-7218-5p były znacznie zwiększone u myszy SAMP1 w porównaniu z kontrolami (Ryc. 2). Poziomy ekspresji miRNA-223-3p nie zmieniły się w żadnym ze szczepów oraz między nerkami a surowicą (Rysunek 1 i Figura 2).

Rysunek 1: Zróżnicowane ekspresje mikroRNA w nerkach myszy SAMP1. analiza qRT-PCR ekspresji miRNA-223-3p, miRNA-7218-5p i miRNA-7219-5p u myszy SAMR1 (kontrola, n = 4) i myszy SAMP1 (n = 4). Dane są średnimi ± błędem standardowym (słupki błędów); Do analizy różnic między grupami wykorzystano testy T; p < 0,05 uznano za istotne (*p < 0,05), gdzie indziej niesklasyfikowane: nieistotne. Skróty: miRNA = mikroRNA; SAMP1 = mysz podatna na przyspieszone starzenie; SAMR1 = odporność myszy przyspieszona starzeniem 1; qRT-PCR = ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Zróżnicowane ekspresje miRNA w surowicy myszy SAMP1. analiza qRT-PCR ekspresji miRNA-223-3p, miRNA-7218-5p i miRNA-7219-5p u myszy SAMR1 (kontrola, n = 4) i myszy SAMP1 (n = 4). Dane są średnie± SE (słupki błędów); Testy t wykorzystano do zbadania istotnych różnic między grupami. *p < 0,05 za pomocą testu t. Skróty: miRNA = mikroRNA; SAMP1 = mysz podatna na przyspieszone starzenie; SAMR1 = odporność myszy przyspieszona starzeniem 1; qRT-PCR = ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Poziomy ekspresji docelowych miRNA udało się określić za pomocą opisanego powyżej protokołu z wykorzystaniem qRT-PCR. Ocena wyekstrahowanych miRNA jest ważnym krokiem w uzyskaniu znaczących danych qRT-PCR. Aby potwierdzić odpowiednią jakość miRNA przed wykonaniem qRT-PCR, należy zastosować spektrofotometrię w celu określenia stosunku absorbancji przy 260 nm do tej przy 280 nm. Może dojść do zanieczyszczenia DNA i/lub dimerów starterów w każdym dołku płytki reakcyjnej może być obecny, jeśli qRT-PCR nie zapewnia pojedynczej amplifikacji PCR o oczekiwanej długości i temperaturze topnienia lub jeśli zapewnia monomodalną krzywą topnienia.
Poziomy ekspresji MiRNA można ocenić za pomocą kilku metod innych niż qRT-PCR, w tym northern blot, mikromacierzy i testów ochrony rybonukleazami. Jednak metoda qRT-PCR jest czułą, dokładną, prostą i powtarzalną procedurą, która wymaga mniejszej objętości próbki niż te, które są wymagane do testów ochrony przed northern blotting i rybonukleazą19. Ponieważ mikromacierze mogą jednocześnie mierzyć ekspresję dziesiątek tysięcy miRNA, można je wykorzystać do identyfikacji potencjalnych markerów miRNA. Dane z mikromacierzy wykazują również wysoką ogólną korelację z danymi uzyskanymi za pomocą qRT-PCR20. Nie osiągnięto jednak konsensusu co do optymalnej metodologii porównywania danych z mikromacierzy uzyskanych w różnych badaniach21.
Ocena miRNA w surowicy ma następujące cechy. Po pierwsze, łatwo jest zebrać surowicę, a ponieważ miRNA surowicy są odporne na zamarzanie i rozmrażanie, temperaturę i kwas, miRNA mogą być dobrymi biomarkerami. Po drugie, istnieje wysoka homologia miRNA między gatunkami, a wyniki eksperymentów na zwierzętach można łatwo ekstrapolować na ludzi. Po trzecie, miRNA w surowicy wykazały potencjał do wykorzystania jako leki terapeutyczne3. Kilka badań wykazało również, że poziom ekspresji miRNA w narządach jest skorelowany z miRNA w surowicy 22,23,24. W niniejszym badaniu miRNA-223-3p, którego poziomy w nerkach nie wykazały znaczącej różnicy między myszami SAMR1 i SAMP1, nie wykazały również znaczącej różnicy między szczepami w surowicy. Natomiast miRNA-7218-5p i miRNA-7219-5p, których poziomy nerek wykazały istotną różnicę między myszami SAMR1 i SAMP1, wykazały znaczne różnice między szczepami w surowicy.
Ten protokół ma następujące ograniczenia. Po pierwsze, jego przydatność nie została zweryfikowana w innych narządach, takich jak wątroba i płuca, a po drugie, nie została przetestowana na innych zwierzętach laboratoryjnych, takich jak szczury, psy i świnie. Kilka grup badawczych wykorzystało ten protokół do oczyszczania i wykrywania miRNA za pomocą qRT-PCR i poinformowało, że protokół ten umożliwił oczyszczenie wysokiej jakości RNA z tkanek i surowicy 13,14,22,23,24. Wykazano, że metoda ta ma wysoką dokładność i czułość w wykrywaniu ekspresji miRNA 13,14,22,23,24. Wyniki niniejszego badania pokazują, że protokół ten może z powodzeniem wykrywać ekspresję miRNA w surowicy i nerkach myszy. Dlatego protokół może być stosowany do określania profili ekspresji miRNA w surowicy i nerkach u myszy z różnymi patologiami. Ze względu na prostotę protokołu, jednocześnie można przetwarzać dużą liczbę próbek. Analizy ekspresji wielu miRNA w różnych stanach patologicznych nerki mogą zatem wykorzystywać opisany w niniejszym dokumencie protokół.
Istnieją pewne aspekty protokołu, o których należy pamiętać. Aby uniknąć degradacji oczyszczonych miRNA, która nastąpiłaby w temperaturze pokojowej, miRNA muszą być przechowywane na lodzie. Próbki nerek muszą być homogenizowane aż do całkowitego rozpuszczenia w odczynniku do lizy. Nerka myszy zawiera znaczną ilość tkanki łącznej, która jest nierozpuszczalna w odczynniku do lizy, a zatem do dalszej homogenizacji wymagany jest rozdrabniacz kolumnowy. Ponadto odpowiednie endogenne kontrolne miRNA (o stabilnej ekspresji wśród próbek) powinno być walidowane przez cały czas trwania eksperymentu qRT-PCR. Dzieje się tak, ponieważ interferencja różnych substancji podczas wykonywania tego protokołu może zmienić poziomy ekspresji endogennych kontrolnych miRNA, co może pogorszyć wyniki. Podsumowując, w artykule opisano protokół qRT-PCR do wykrywania, oczyszczania i oceny ekspresji miRNA w surowicy i nerkach myszy z zależną od wieku niewydolnością nerek.
Autorzy oświadczają, że nie pozostają w konflikcie interesów.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1,0 ml szpica z heparyną | Greiner-bio-one | 450534 | |
| Buffer RPE (bufor płuczący #2 zawierający guanidynę i etanol w stosunku 1:4) | Qiagen | 79216 | Bufor płuczący 2 |
| Bufor RWT (bufor płuczący #1 zawierający guanidynę i etanol w stosunku 1:2) | Qiagen | 1067933 | Bufor do płukania 1 |
| MicroAmp Optyczna 96-dołkowa płytka reakcyjna do qRT-PCR | Thermo Fisher Scientific | 4316813 | 96-dołkowa płytka reakcyjna |
| Optyczna folia samoprzylepna MicroAmp | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | Folia samoprzylepna do 96-dołkowej płytki reakcyjnej |
| miRNA-223-3p starter | Qiagen | MS00003871 | 5'-CGUGUAUUUGACAAGCUGAGU G-3'miRNA-423-5p |
| Primer | Qiagen | MS00012005 | 5'-UGAGGGGCAGAGAGCGAGACU UU-3' |
| Starter miRNA-7218-5p | Qiagen | MS00068067 | 5'-UGCAGGGUUUAGUGUAGAGGG - |
| starter | Qiagen | MS00068081 | 5'-UGUGUUAGAGCUCAGGGUUGA GA-3'miRNeasy |
| Mini kit | Qiagen | 217004 | Kolumna wirowa zakotwiczona w membranie w probówce zbiorczej o pojemności 2,0 ml |
| miRNeasy Zestaw Serum/Plasma | Qiagen | 217184 | Kolumna wirowa zakotwiczona w membranie w probówce zbiorczej o pojemności 2,0 ml |
| Zestaw miScript II RT (bufor do odwrotnej transkrypcji) | Qiagen | 218161 | Zestaw do odwrotnej transkryptazy |
| miScript SYBR Zielony zestaw do PCR | Qiagen | 218073 | Zestaw do PCR na bazie zielonego barwnika |
| Niszczarka | QIA Qiagen | 79654 | Biopolimerowe kolumny wirowe w probówce zbiorczej o pojemności 2,0 ml |
| Odczynnik do lizy QIAzol (liza na bazie fenolu/guanidyny odczynnik) | Qiagen | 79306 | Odczynnik do lizy na bazie fenolu/guanidyny |
| QuantStudio 12K Flex System Real-Time PCR Thermo | Fisher Scientific | 4472380 | Narzędzie do PCR w czasie rzeczywistym |
| QuantStudio 12K Flex w wersji oprogramowania 1.2.1. | Thermo Fisher Scientific 4472380 | Oprogramowanie instrumentu do PCR w czasie rzeczywistym | |
| Woda wolna od RNaz | Qiagen | 129112 | |
| RNU6-2 starter | Qiagen | MS00033740 | Nieujawnione ze względu na poufność |
| Myszy męskie SAMP1 | Nippon SLC Corporation | Nie przypisano | |
| Samce myszy | Samr1 Nippon SLC Corporation | Nie przypisano | |
| Standard biomasy Takara | Takara Bio | 9790B | Homogenizator krzemu |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie