Protokół opisuje efektywną i niezawodną metodę ilościowego określania długości poli(A) interesującego genu z układu nerwowego Drosophila, który można łatwo dostosować do tkanek lub typów komórek innych gatunków.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Protokół opisuje efektywną i niezawodną metodę ilościowego określania długości poli(A) interesującego genu z układu nerwowego Drosophila, który można łatwo dostosować do tkanek lub typów komórek innych gatunków.
Poliadenylacja to kluczowa modyfikacja potranskrypcyjna, która dodaje ogony poli(A) do końca 3' cząsteczek mRNA. Długość ogona poli(A) jest ściśle regulowana przez procesy komórkowe. Rozregulowanie poliadenylacji mRNA wiąże się z nieprawidłową ekspresją genów i różnymi chorobami, w tym rakiem, zaburzeniami neurologicznymi i nieprawidłowościami rozwojowymi. Dlatego zrozumienie dynamiki poliadenylacji jest niezbędne do rozwikłania złożoności przetwarzania mRNA i potranskrypcyjnej regulacji genów.
Ten artykuł przedstawia metodę pomiaru długości ogona poli(A) w próbkach RNA wyizolowanych z mózgów larw Drosophila i komórek S2 Drosophila Schneider. Zastosowaliśmy podejście ogonowe guanozyny / inozyny (G / I), które polega na enzymatycznym dodawaniu reszt G / I na końcu 3' mRNA przy użyciu drożdżowej polimerazy poli(A). Ta modyfikacja chroni koniec 3' RNA przed degradacją enzymatyczną. Chronione ogony poli(A) na całej długości są następnie odwrotnie transkrybowane przy użyciu uniwersalnego startera antysensownego. Następnie amplifikację PCR przeprowadza się przy użyciu specyficznego dla genu oligo, który jest ukierunkowany na gen będący przedmiotem zainteresowania, wraz z uniwersalnym oligo sekwencji używanym do odwrotnej transkrypcji.
To generuje produkty PCR obejmujące ogony poli(A) interesującego genu. Ponieważ poliadenylacja nie jest jednolitą modyfikacją i powoduje powstawanie ogonków o różnej długości, produkty PCR mają różne rozmiary, co prowadzi do powstania rozmazu na żelu agarozowym. Na koniec produkty PCR są poddawane elektroforezie kapilarnej w żelu kapilarnym o wysokiej rozdzielczości, a następnie oznaczaniu ilościowemu przy użyciu rozmiarów produktów poli(A) PCR i produktu PCR specyficznego dla genu. Technika ta oferuje proste i niezawodne narzędzie do analizy długości ogona poli(A), umożliwiając nam uzyskanie głębszego wglądu w skomplikowane mechanizmy rządzące regulacją mRNA.
Większość eukariotycznych mRNA jest potranskrypcyjnie poliadenylowana na swoim 3′ końcu w jądrze przez dodanie nieszablonowych adenozyn przez kanoniczne polimerazy poli(A). Nienaruszony ogon poli(A) ma kluczowe znaczenie w całym cyklu życia mRNA, ponieważ jest niezbędny dla eksportu jądrowego mRNA 1, ułatwia interakcję z białkami wiążącymi poli(A) w celu zwiększenia wydajności translacji2 i nadaje odporność na degradację3. W niektórych przypadkach ogon poli(A) może również ulec wydłużeniu w cytoplazmie, co jest ułatwione przez niekanoniczne polimerazy poli(A)4. W cytoplazmie długość ogona poli(A) dynamicznie się zmienia i wpływa na długość życia cząsteczki mRNA. Liczne polimerazy i deadenylazy są znane z modulowania długości ogona5,6,7. Na przykład skrócenie ogonów poli(A) koreluje z represją translacyjną, podczas gdy wydłużenie ogonów poli(A) zwiększa translację8,9.
Coraz więcej badań genomicznych wykazało fundamentalne znaczenie długości ogona poli(A) w różnych aspektach biologii eukariotycznej. Obejmuje to role w rozwoju komórek rozrodczych, wczesnym rozwoju embrionalnym, plastyczności synaptycznej neuronów w uczeniu się i pamięci oraz reakcji zapalnej10. Opracowano wiele metod i testów do pomiaru długości ogona z poli(A). Na przykład test RNazy H/oligo(dT) wykorzystuje RNazę H w obecności lub braku oligo(dT) do badania 11,12. Inne metody badania ogona poli(A) obejmują amplifikację końców 3' metodą PCR, taką jak szybka amplifikacja końców cDNA test poli(A) (RACE-PAT)12,13 oraz test poli(A) za pośrednictwem ligazy (LM-PAT)14. Dalsze modyfikacje testu PAT obejmują ePAT15 i sPAT16. Enzymatyczne G-tailing17,18 lub G/I-tailing końca 3' to inne warianty testu PAT. Dalsza modyfikacja tych technik obejmuje zastosowanie znakowanych fluorescencyjnie starterów wraz z kapilarną elektroforezą żelową do analizy w wysokiej rozdzielczości, określanej jako test poli(A) o wysokiej rozdzielczości (Hire-PAT)19. Te testy oparte na PCR umożliwiają szybkie i bardzo czułe oznaczanie ilościowe długości poli(A).
Wraz z rozwojem sekwencjonowania nowej generacji, metoda sekwencjonowania o wysokiej przepustowości, taka jak PAL-seq20 i TAIL-seq21, umożliwia analizy poliadenylacji w skali całego transkryptomu. Jednak metody te zapewniają tylko krótkie odczyty sekwencjonowania 36-51 nukleotydów. Dlatego FLAM-Seq22 został opracowany do globalnego profilowania długości ogona mRNA o pełnej długości i zapewnia długie odczyty. Technologia nanoporów23 zapewnia niezależne od PCR, bezpośrednie sekwencjonowanie RNA lub bezpośrednie sekwencjonowanie cDNA w celu oszacowania długości ogona poli(A). Jednak te metody o wysokiej przepustowości nie są pozbawione ograniczeń. Wymagają dużych ilości materiałów wyjściowych, są drogie i czasochłonne. Co więcej, analiza rzadkich transkryptów może być niezwykle trudna w przypadku metod o wysokiej przepustowości, a metody oparte na PCR o niskiej przepustowości nadal zapewniają przewagę, gdy trzeba przeanalizować niewielką liczbę transkryptów, w przypadku eksperymentów pilotażowych i walidacji innych metod.
Niedawno wykazaliśmy, że mRNA Dscam1 zawierają krótkie ogony poli(A) u Drosophila, co wymaga niekanonicznego wiązania cytoplazmatycznego białka poli(A) na Dscam1 3'UTR przy użyciu metody ogonowania G/I24. Tutaj zapewniamy uproszczoną procedurę przygotowania tkanek i ilościowego określania długości poli(A) mRNA z układu nerwowego Drosophila i komórek S2 Drosophila.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Hodowla i selekcja Drosophila larw
2. Izolacja mózgu z larw Drosophila (Rysunek 1)

Rysunek 1Sekcjaของ Muszka owocówka mózg larwalny z 3.rd stadium wędrowne stadium larwalnego. (A) Rysunki schematyczne Muszka owocówka larwa. (B-G) Disekcja larwy. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
3. Drosophila komórki S2 Schneidera
4. Ekstrakcja całkowitego RNA z Drosophila mózgów larw i komórek S2
5. Przygotowanie żelu RNA i elektroforeza
6. Pomiar długości ogona poli(A)

Rycina 2: Przygotowanie próbek RNA i test ogona poli(A). (A) Zdjęcia żelu RNA przedstawiają całkowite RNA z mózgu larwy Drosophila (lewo) oraz komórek S2 (prawo) na 1,5% żelu agarozowym z formaldehydem. Wielkości markerów jednoniciowego RNA są podane w nukleotydach w ścieżce M. Zwróć uwagę na główny prążek RNA przy ~600 nt, który pochodzi z rRNA. (B) Schematy testu ogona poli(A). Skrót: G/I = guanozyna/inozyna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
7. Analiza produktów PCR za pomocą elektroforezy w żelu agarozowym
8. Elektroforeza kapilarna
9. Analiza danych: pomiar długości ogona poly(A) (Rysunek 3)

Rysunek 3: Pomiar długości ogona Poly(A) i wartości piku. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
10. Wizualizacja rozkładu długości ogona poli(A)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszej pracy przeanalizowano długość ogona poli(A) Dscam1 oraz GAPDH w mózgach larw Drosophila (Rysunek 4). W celu kontroli jakości wyizolowane RNA zwizualizowano na żelu agarozowym. Pojedynczy prążek RNA o wielkości około 600 nukleotydów wskazuje na nienaruszoną preparację RNA (Rysunek 2A). RNA poddano procedurze G/I tailing oraz wysokorozdzielczej elektroforezie kapilarnej z użyciem bioanalizatora Agilent 2100. Obrazy żeli wyek...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym protokole opisujemy technikę preparowania mózgu larwy Drosophila z wędrującego stadium3 stadium rozwojowego, a także przygotowanie próbki z komórek Drosophila S2. Ze względu na labilny charakter mRNA, pobieranie próbek wymaga szczególnej ostrożności. W przypadku rozbioru mózgu larw, mózgi nie powinny być uszkodzone podczas izolacji i nie powinny być trzymane w roztworze przez dłuższy czas. Niezbędne jest utrzymanie czasu sekcji na poziomie 8-10 minut dla rundy sekcji. Korzystne może być...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
To badanie było wspierane przez National Institute of Neurological Disorders and Stroke Grant R01NS116463 dla J.K. oraz Cellular and Molecular Imaging Core facility na University of Nevada, Reno, który był wspierany przez National Institutes of Health Grant P20GM103650 i wykorzystany do badań opisanych w tym badaniu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas 3-(N-morfolino)propanosulfonowy (MOPS) | Międzynarodowy Produkt Badawczy (RPI) | M92020 | |
| Zestaw DNA o wysokiej czułości Agilent | Technologies | 5067-4626 | |
| Oprogramowanie Agilent 2100 ekspert do pobrania za darmo demo | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-software/2100-expert-software-228259 | |
| Apex 100 bp-Low DNA Ladder | Genesee Scientific | 19-109 | |
| Bioanalizator | Agilent 2100 G2938C | ||
| Pirowęglan dietylu (DEPC)Międzynarodowy | Instytut Badań Produktu (RPI) | D43060 | |
| Barwnik DNA (Gel Loading Dye, Fioletowy (6x) | New England biolabs | B7024S | |
| Drosophila S2 linia komórkowa | Drosophila Genomics Resource Center stock #181 | ||
| Drosophila Schneider' s Medium | Thermo Fisher Scientific | 21720024 | |
| Bromek midu | Genepatrz naukowy | 20-276 | |
| Płodowa surowica bydlęca (FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | |
| Kleszcze Dumont 5 | Narzędzia Fine Science | 11254-20 | |
| Woda wolna od nukleaz | Thermo Fisher Scientific | AM9932 | |
| PBS 10x | Międzynarodowy Produkt Badawczy (RPI) | P32200 | |
| Zestaw do oznaczania długości ogona Poly(A) | Thermo Fisher Scientific | 764551KT | |
| RiboRuler Drabinka RNA niskiego zasięgu | Thermo Fisher Scientific | SM1833 | |
| Barwnik ładujący w żelu RNA (2x) | Thermo Fisher Scientific | R0641 | |
| Zestaw do mikroprzygotowania RNA | Zymoresearch | Czynnik chłodniczy R1050 | |
| Zestaw do minipreparatyki RNA | Zymoresearch | R1055 | |
| Nożyczki sprężynowe Nożyczki-Vannas - 2,5 mm Krawędź tnąca | Narzędzia do nauk ścisłych | 15000-08 | |
| TopVision Tabletki agarozowe | Thermo Fisher Scientific | R2802 | |
| Tris-Acetate-EDTA (TAE) | Thermo Fisher Scientific | B49 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.