Tutaj prezentujemy protokół demonstrujący instalację i wykorzystanie potoku bioinformatycznego do analizy danych sekwencjonowania chimerycznego RNA używanych w badaniach in vivo interakcji RNA:RNA.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół demonstrujący instalację i wykorzystanie potoku bioinformatycznego do analizy danych sekwencjonowania chimerycznego RNA używanych w badaniach in vivo interakcji RNA:RNA.
Zrozumienie in vivo interakcji regulacyjnych genów małych niekodujących RNA (sncRNA), takich jak mikroRNA (miRNA), z ich docelowymi RNA, zostało w ostatnich latach rozwinięte dzięki metodom biochemicznym, które wykorzystują sieciowanie, a następnie ligację do wychwytywania interakcji sncRNA:docelowe RNA poprzez tworzenie chimerycznych RNA i późniejsze biblioteki sekwencjonowania. Podczas gdy zestawy danych z chimerycznego sekwencjonowania RNA dostarczają danych wejściowych obejmujących cały genom i są znacznie mniej niejednoznaczne niż oprogramowanie do przewidywania miRNA, przekształcenie tych danych w znaczące i użyteczne informacje wymaga dodatkowych analiz i może zniechęcić badaczy pozbawionych zaplecza obliczeniowego. Ten raport zawiera samouczek, który ma pomóc początkującym biologom obliczeniowym w instalowaniu i stosowaniu najnowszego narzędzia programowego typu open source: Small Chimeric RNA Analysis Pipeline (SCRAP). Przedstawiono wymagania dotyczące platformy, aktualizacje oraz wyjaśnienie kroków potoku i manipulowania kluczowymi zmiennymi wejściowymi użytkownika. Zmniejszenie bariery dla biologów w uzyskiwaniu wglądu w chimeryczne podejścia do sekwencjonowania RNA może potencjalnie stać się trampoliną do opartych na odkryciach badań nad interakcjami regulatorowymi sncRNA: docelowe RNA w wielu kontekstach biologicznych.
Małe niekodujące RNA są dokładnie badane pod kątem ich potranskrypcyjnej roli w koordynowaniu ekspresji z zestawów genów w różnych procesach, takich jak różnicowanie i rozwój, przetwarzanie sygnałów i choroby1,2,3. Możliwość dokładnego określenia docelowych transkryptów małych niekodujących RNA (sncRNA) regulatorowych genowo, w tym mikroRNA (miRNA), ma znaczenie dla badań biologii RNA zarówno na poziomie podstawowym, jak i translacyjnym. Algorytmy bioinformatyczne, które wykorzystują przewidywaną komplementarność między sekwencją nasienną miRNA a jej potencjalnymi celami, były często wykorzystywane do przewidywania interakcji miRNA-target RNA. Chociaż te algorytmy bioinformatyczne odniosły sukces, mogą również zawierać zarówno wyniki fałszywie dodatnie, jak i fałszywie ujemne, co zostało omówione w innym miejscu4,5,6. Ostatnio zaprojektowano i wdrożono kilka podejść biochemicznych, które umożliwiają jednoznaczne i półilościowe określenie in vivo oddziaływań sncRNA:target RNA poprzez sieciowanie in vivo i wynikające z tego włączenie etapu ligacji w celu fizycznego przyłączenia sncRNA do celu, aby utworzyć pojedynczy chimeryczny RNA4,5,7,8,9,10. Późniejsze przygotowanie bibliotek sekwencjonowania z chimerycznych RNA pozwala na ocenę oddziaływań sncRNA:target RNA poprzez obliczeniowe przetwarzanie danych sekwencjonowania. Ten film zawiera samouczek dotyczący instalacji i korzystania z potoku obliczeniowego określanego jako mały chimeryczny potok analizy RNA (SCRAP), który został zaprojektowany, aby umożliwić solidną i powtarzalną analizę interakcji sncRNA:target RNA z chimerycznych bibliotek sekwencjonowania RNA6.
Celem tego samouczka jest pomoc badaczom w unikaniu nadmiernego polegania na czysto predykcyjnych algorytmach bioinformatycznych poprzez obniżenie barier w analizie danych generowanych za pomocą metod biochemicznych dostarczających chimerycznych odczytów molekularnych interakcji sncRNA:docelowe RNA. Ten samouczek zawiera praktyczne kroki i wskazówki, które pomogą początkującym naukowcom obliczeniowym przejść przez korzystanie z potoku SCRAP, opracowanego do analizy danych sekwencjonowania chimerycznego RNA, które mogą być generowane przez kilka istniejących protokołów biochemicznych, w tym sieciowanie, ligację i sekwencjonowanie hybryd (CLASH) oraz kowalencyjną ligację endogennych RNA związanych z argonautą - sieciowanie i immunoprecypitacja (CLEAR-CLIP)7,9.
Użycie SCRAP oferuje kilka zalet do analizy danych sekwencjonowania chimerycznego RNA, w porównaniu z innymi potokami obliczeniowymi6. Jedną z istotnych zalet jest obszerna adnotacja i włączenie wezwań do dobrze obsługiwanych i rutynowo aktualizowanych skryptów bioinformatycznych w ramach rurociągu, w porównaniu z alternatywnymi potokami, które często polegają na niestandardowych i/lub nieobsługiwanych skryptach dla kroków w rurociągu. Ta funkcja nadaje stabilność SCRAP, dzięki czemu badacze powinni zapoznać się z potokiem i włączyć jego użycie do swojego przepływu pracy. Wykazano również, że SCRAP przewyższa alternatywne potoki w wywoływaniu pików interakcji sncRNA:target RNA i ma funkcjonalność międzyplatformową, jak szczegółowo opisano we wcześniejszej publikacji6.
Pod koniec tego poradnika użytkownicy będą mogli (i) znać wymagania platformy dla SCRAP i instalować potoki SCRAP, (ii) instalować genomy referencyjne i ustawiać parametry wiersza poleceń dla SCRAP, oraz (iii) zrozumieć kryteria wywoływania szczytów oraz wykonywać wywołania szczytowe i adnotacje szczytowe.
Ten film opisze w praktycznych szczegółach, jak badacze badający biologię RNA mogą zainstalować i optymalnie wykorzystać potok obliczeniowy, SCRAP, do analizy interakcji sncRNA z docelowymi RNA, takimi jak informacyjne RNA, w chimerycznych danych sekwencjonowania RNA, uzyskanych za pomocą jednego z omawianych biochemicznych podejść do przygotowania biblioteki sekwencjonowania.
SCRAP to narzędzie wiersza poleceń. Ogólnie rzecz biorąc, postępując zgodnie z poniższym przewodnikiem, użytkownik będzie musiał (i) pobrać i zainstalować SCRAP (https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP), (ii) zainstalować genomy referencyjne i uruchomić SCRAP oraz (iii) wykonać wywołanie i adnotację szczytu.
Więcej szczegółów na temat kroków obliczeniowych w tej procedurze można znaleźć na stronie https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP. W tym artykule przedstawiono konfigurację i podstawowe informacje, które umożliwią badaczom z podstawowymi umiejętnościami obliczeniowymi instalację, optymalizację i używanie SCRAP w zestawach danych biblioteki sekwencjonowania chimerycznego RNA.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Protokół rozpocznie się od pobrania i zainstalowania oprogramowania wymaganego do analizy chimerycznych bibliotek sekwencjonowania RNA za pomocą SCRAP.
1. Instalacja
2. Uruchamianie ZŁOMU
3. Wywołanie szczytu i adnotacja
4. Wizualizacja danych
UWAGA: Wszystkie kroki do analizy za pomocą SCRAP zostały zakończone. Do wizualizacji danych zalecanych jest kilka podejść:
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki dla par sncRNA:RNA docelowe wykryte za pomocą zmodyfikowanej wersji metody SCRAP (SCRAP wersja 2.0, w której zaimplementowano modyfikacje służące do filtrowania rRNA) w wcześniej opublikowanych zbiorach danych z sekwencjonowania przygotowanych metodą CLEAR-CLIP9 przedstawiono na Rysunek 2 i Tabela 1Użytkownicy mogą zauważyć spadek względnej frakcji oddziaływań miRNA z regionami intronowymi, który następuje po wyizolowaniu oddziaływań o wysokim ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół dotyczący wykorzystania potoku SCRAP do analizy interakcji sncRNA:target RNA ma na celu pomóc badaczom, którzy rozpoczynają analizę obliczeniową. Oczekuje się, że ukończenie samouczka poprowadzi badaczy z doświadczeniem obliczeniowym na poziomie podstawowym lub wyższym przez kroki wymagane do instalacji i użytkowania tego potoku i jego aplikacji do analizy danych uzyskanych z chimerycznych bibliotek sekwencjonowania RNA. Kroki kluczowe dla ukończenia tego protokołu obejmują poprawną instalację referencyjną i...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy członkom laboratorium Meffert za pomocne dyskusje, w tym BH Powellowi i WT Mills IV, za krytyczne opinie na temat opisu instalacji i realizacji rurociągu. Praca ta została wsparta nagrodą Fundacji Braude'a, programem uruchomienia funduszu badawczego komórek macierzystych w stanie Maryland, nagrodą Blaustein Endowment for Pain Research and Education oraz RO1MH129292 NINDS RO1NS103974 i NIMH dla M.K.M.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Genomes | UCSC Przeglądarka genomu | Nie dotyczy | https://genome.ucsc.edu/ lub https://www.ncbi.nlm.nih.gov/data-hub/genome/ |
| Linux | Linux | , Ubuntu 20.04 lub 22.04 LTS, zalecane | |
| Mac, | Apple, | Mac OSX (>11) | |
| Konfiguracja platformy | : GitHub | nie dotyczy | https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP/blob/main/PLATFORM-SETUP.md] |
| Potok ZŁOMU | GitHub | N/A | https://github.com/Meffert-Lab/SCRAP |
| Powłoka Unix | System operacyjny | Unix bash >=5.0 | |
| Powłoka Unix | System operacyjny Unix | zsh (zalecane 5.9) | |
| Windows | Windows WSL Ubuntu 20.04 lub 22.04 LTS |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.