Metoda ChIRP oparta na UV do identyfikacji bezpośrednich interakcji lncRNA-białko.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Metoda ChIRP oparta na UV do identyfikacji bezpośrednich interakcji lncRNA-białko.
Długie niekodujące RNA (lncRNA) stały się ważnymi regulatorami różnorodnych procesów biologicznych. Jednak mechanizmy molekularne leżące u podstaw funkcji większości lncRNA pozostają słabo poznane. Identyfikacja oddziałujących białek, szczególnie białek wiązających RNA (RBP), jest kluczową strategią w celu wyjaśnienia funkcji lncRNA. Wśród dostępnych metod, kompleksowa identyfikacja białek wiązających RNA (ChIRP) połączona ze spektrometrią mas jest szeroko stosowana ze względu na prosty projekt sondy i prosty przebieg. Konwencjonalna ChIRP opiera się na fiksacji paraformaldehydem (PFA), która rejestruje zarówno bezpośrednie kontakty RNA-białko, jak i pośrednie interakcje pośredniczone przez czynniki łączące. W przeciwieństwie do tego, fiksacja UV połączona ze ścisłymi warunkami płukania preferencyjnie zachowuje bezpośrednie interakcje RNA-białko. Wykorzystując lncRNA Tug1 jako model, fiksacja UV i fiksacja PFA zostały porównane w ramach ChIRP w hodowlach komórkowych, co wykazało, że metoda ChIRP oparta na UV wzbogaca bezpośrednie interakcje lncRNA-białko. Ta metoda oparta na UV została następnie rozszerzona na jądra myszy, gdzie tkanki zostały rozdrobnione do zawiesiny jednokomórkowych przed fiksacją UV, umożliwiając identyfikację białek wiążących Tug1 w naturalnym kontekście tkankowym. Porównanie z interaktoma pochodzącymi z linii komórkowych ujawniło zarówno wspólne, jak i specyficzne dla tkanki interaktory. Dwie wspólne bezpośrednie interakcje zostały niezależnie zweryfikowane przez wzmocnioną immunoprecypitację krzyżową (eCLIP). Ta metoda ChIRP oparta na UV jest określana jako cPDiRT (przechwytywanie białek bezpośrednio współpracujących z celem RNA). Razem, cPDiRT umożliwia identyfikację białek wiążących lncRNA zarówno w hodowlach komórkowych, jak i w naturalnych tkankach. Połączenie dysocjacji tkankowej i fiksacji UV zapewnia szeroko stosowalną strategię do badania bezpośrednich interakcji lncRNA-białko w różnych układach narządowych.
Ostatnio przeprowadzone badania transkryptomiczne o wysokiej wydajności odkryły tysiące długich niekodujących RNA (lncRNA), które biorą udział w różnorodnych procesach biologicznych, od organizacji chromatyny po sygnalizację komórkową1,2. Mimo ich szerokiego występowania i funkcjonalnego znaczenia, mechanizmy molekularne większości lncRNA pozostają słabo poznane. Główną przeszkodą jest identyfikacja ich fizycznych partnerów białkowych, szczególnie białek wiążących RNA (RBP)3,4,5.
Obecne metody RNA-centryczne opierają się głównie na chemicznym skraplaniu, które wychwytuje zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie interakcje RNA-białko. W rezultacie, podejścia te są bardziej odpowiednie do globalnego mapowania interaktomu niż do identyfikacji prawdziwych bezpośrednich kontaktów6. Kompleksowe identyfikowanie białek wiążących RNA z kolejnym spektrometrią mas (ChIRP-MS) to szeroko stosowana technika do mapowania interakcji lncRNA-RBP ze względu na prosty projekt sondy i efektywny przepływ pracy7,8. Konwencjonalny ChIRP-MS używa skraplacza paraformaldehydowego (PFA), który wychwytuje zarówno bezpośrednie kontakty RNA-białko, jak i pośrednie skojarzenia pośredniczone przez czynniki mostujące9,10.
Natomiast skraplanie UV przy 254 nm oferuje kluczową zaletę. Łączy ono kowalemnie RNA i białka tylko wtedy, gdy znajdują się w odległości niemal zerowej (zazwyczaj < 1 Å)11. Proces ten zamienia wiązania wodorowe w stabilne wiązania kowalencyjne i umożliwia rygorystyczne warunki mycia w wysokiej zasadowości, które usuwają niekowalencyjnie związane pośrednie interaktory. W rezultacie, podejścia UV-oparte zapewniają większą specyficzność dla bezpośrednich interakcji RNA-białko niż metody skraplania chemicznego12,13. Niemniej, podejścia UV-oparte są nadal niedostatecznie wykorzystywane w badaniach interaktomu lncRNA pochodzących z tkanek, głównie ze względu na obawy dotyczące efektywności skraplania i ograniczonego przenikania UV.
Aby zbadać bezpośrednie interakcje lncRNA-białko w fizjologicznie istotnym kontekście, lncRNA Tug1 został wybrany jako system modelowy. Tug1 stanowi idealny punkt odniesienia do walidacji tkankowego przepływu pracy dotyczącego bezpośrednich interakcji ze względu na jego poważny fenotyp knockout i wysokie stężenie w jądrach. Genetyczne wyłączenie Tug1 powoduje całkowitą bezpłodność u samców, upośledzenie spermatogenezy i nieprawidłową morfologię plemników14. Ponadto, Tug1 wspiera funkcję komórek Sertolego i integralność bariery krew-jądro w myszy na wysokotłuszczowej diecie15. Pomimo tych dobrze ustalonych fenotypów, bezpośrednie partnerzy białkowi, którzy mediują funkcję Tug1 w jądrach – organie wyrażającym dużą liczbę RBP, które zostały niedawno eksperymentalnie opisane16 – pozostają nieznani. Ta luka w wiedzy w dużej mierze odzwierciedla fakt, że większość metod mapowania interakcji lncRNA-białko została opracowana dla układów komórkowych.
Aby zmierzyć się z tą ograniczeniem, struktura ChIRP została zmodyfikowana poprzez zastąpienie skraplania PFA skraplaniem UV w celu uchwycenia białek, które bezpośrednio współpracują z Tug1. Kandydatki do interakcji zostały niezależnie zweryfikowane przez ulepszoną immunoprecypitację z krzyżowaniem poprzez sekwencjonowanie głębokie (eCLIP-seq)17. Przepływ pracy został następnie rozszerzony na zastosowania tkankowe poprzez odizolowanie świeżej tkanki jądrowej myszy na pojedyncze komórki przed skraplaniem UV. Ten zoptymalizowany podejście został oznaczony jako cPDiRT (uchwytywanie białek bezpośrednio współpracujących z docelowymi RNA).
Zastosowanie cPDiRT do Tug1 w jądrze myszy umożliwiło mapowanie bezpośrednich interakcji w natywnym kontekście tkankowym. Równoległe eksperymenty na hodowanych komórkach zapewniły bezpośrednie porównanie profili interakcji opartych na PFA i UV. W połączeniu z niezależną walidacją eCLIP, to podejście wygenerowało wysoko-zaufaną zbiór partnerów molekularnych, które mogą przyczyniać się do funkcji Tug1 podczas spermatogenezy. Przedstawiony tutaj protokół umożliwia uchwytywanie białek, które bezpośrednio współpracują z docelowym lncRNA zarówno w komórkach hodowanych, jak i w natywnych tkankach. Definiując bezpośrednie interaktomu Tug1 w jądrze, ta metoda poszerza badania mechanistyczne lncRNA niezbędnego dla płodności i zapewnia ogólną platformę do badania interakcji lncRNA-białko w tkankach rozrodczych i innych złożonych tkankach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie roztwory zostały przygotowane z wykorzystaniem ultraczystej wody i reagentów bez nukleazy i proteazy. Wszystkie reagenty i sprzęt są wymienione w Tabeli Materiałów.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet Etyczny ds. Zwierząt Uniwersytetu Medycznego w Nankinie (Numer zgody: IACUC-1812003-4) i zostały przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem dotyczącym opieki nad zwierzętami laboratoryjnymi (National Research Council, 8. wydanie). Utrzymuj samce myszy C57BL/6 (w wieku 4 tygodni) w cyklu 12 h światło/12 h ciemność z dostępem do żywności i wody ad libitum. Minimalizuj cierpienie zwierząt, stosując najmniejszą liczbę zwierząt niezbędną do osiągnięcia istotności statystycznej. Zabijanie myszy odbywało się poprzez wdychanie CO₂, a następnie przez ścięcie szyjne zgodnie z zatwierdzonymi protokołami instytucjonalnymi.
1. Przygotuj bufory
2. Zaprojektuj i przygotuj sondy
3. Przeprowadź zbiór komórek, dysocjację tkanki i wiązanie UV
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zidentyfikować białka wiążące Tug1, do procedury ChIRP włączono sieciowanie UV, ustanawiając metodę nazwaną cPDiRT (Rysunek 1). W pierwszej kolejności przeprowadzono konwencjonalny ChIRP w komórkach GC2, aby wzbogacić białka oddziałujące z Tug1 (Rysunek 2A, B). Analiza spektrometrią mas zidentyfikowała ponad 190 białek wzbogaconych w stosunku do kontroli negatywnej (Rysunek 2C; Tabela u...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
cPDiRT został opracowany jako zmodyfikowany protokół oparty na ChIRP, który zastępuje wiązanie krzyżowe paraformaldehydem (PFA) wiązaniem krzyżowym UV w celu selektywnego wychwytywania bezpośrednich interakcji lncRNA-białko. Poprzez połączenie enzymatycznego dysocjacji świeżego tkanki jądrowej na pojedyncze komórki z wiązaniem krzyżowym UV, mapowanie bezpośrednich interakcji zostało rozszerzone z linii komórek hodowanych do tkanek naturalnych. Równoległe eksperymenty na hodowane komórki umożliwiły bezpośrednie porównanie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszyscy autorzy deklarują brak konfliktu interesów finansowych.
Autorzy dziękują Qiangfeng Zhang (Uniwersytet Tsinghua) i Ci Chu (laboratorium Howard Chang) za pomocne dyskusje dotyczące oryginalnego protokołu ChIRP. K.Z. był wspierany przez Narodowe Fundusz Nauki Przyrodniczej Chin (32170858) i Program Doskonałych Liderów Akademickich Programu Wschodnich Talentów Szanghaju (BJKJ2025057). L.Y. był wspierany przez Narodowe Fundusz Nauki Przyrodniczej Chin (82571836, 32070843 i 82371617).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0.25% Trypsin-EDTA Solution | Gibco | 25200056 | do dysocjacji tkanki i przygotowania pojedynczej zawiesiny komórkowej |
| 100% Ethanol | Sigma-Aldrich | 459844 | do oczyszczania RNA |
| AffinityScript Reverse Transcriptase | Agilent | 600107 | do syntezy eCLIP cDNA |
| Anti-CCT3 Antibody | Abcam | Ab225878 | przeciwciało do eCLIP |
| Anti-PABPC1 Antibody | Abcam | Ab312314 | przeciwciało do eCLIP |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | C2432 | do ekstrakcji RNA |
| Collagenase Type IV | Sigma-Aldrich | C5138 | do enzymatycznej dysocjacji tkanki jąder |
| Dephosphorylation reagents (T4 PNK) | New England Biolabs | M0201S | do defosforylacji RNA eCLIP |
| DMEM High Glucose Medium | Gibco | 11965092 | do hodowli komórkowej i buforu dysocjacji tkanki |
| Dynabeads MyOne Streptavidin C1 Magnetic Beads | Thermo Fisher Scientific | 65001 | do wychwytywania związków probe-RNA-białko z biotinylacją |
| DynaMag-15 Magnet | Thermo Fisher Scientific | 12301D | do separacji magnesowych cząstek |
| DynaMag-2 Magnet | Thermo Fisher Scientific | 12321D | do separacji magnesowych cząstek |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 | do chelatacji dwuwalencyjnych kationów w buforach lizy i płukania |
| Exonuclease I | New England Biolabs | M0293S | do oczyszczania eCLIP cDNA |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10099141C | do zatrzymania trawienia trypsyną |
| Formamide | Thermo Fisher Scientific | AM9342 | do przygotowania buforu hybrydyzacji |
| Hybridization Oven | TUOHE | LF-I | do hybrydyzacji sond i płukania cząstek |
| Low-Melting-Temperature Agarose | Sigma-Aldrich | A9414 | do selekcji wielkości biblioteki eCLIP |
| MinElute Gel Extraction Kit | Qiagen | 28604 | do selekcji wielkości biblioteki eCLIP |
| miRNeasy Mini Kit | Qiagen | 217004 | do oczyszczania RNA |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | do przygotowania buforu płukania z wysokim stężeniem soli |
| Nitrocellulose Membrane | GE Healthcare / Amersham | 10600002 | do transferu zachodów eCLIP |
| NP-40 | Thermo Fisher Scientific | 85125 | do detergentu buforu płukania |
| Nuclease- and protease-free water | Thermo Fisher Scientific | 10977035 | do przygotowania roztworów wolnych od nukleazy |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Gel | Thermo Fisher Scientific | NP0322BOX | do selekcji wielkości eCLIP |
| NuPAGE Bis-Tris Precast Gels | Thermo Fisher Scientific | NP0321BOX | do separacji białek SDS-PAGE |
| PBS (pH 7.4) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | do mycia i resuspensji komórek |
| Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | inhibitor proteaz serinowych do buforu lizy komórek; dodaje się świeżo przed użyciem |
| Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 4693132001 | inhibitor proteaz o szerokim spektrum do buforu lizy komórek; dodaje się świeżo przed użyciem |
| Proteinase K | Sigma-Aldrich | P4850 | do trawienia białek w ekstrakcji RNA |
| qRT-PCR Master Mix | Thermo Fisher Scientific | 11704044 | do ilościowego RT-PCR w celu potwierdzenia wzbogacenia RNA |
| RNase/Protease-Free DNase I Solution | Thermo Fisher Scientific | EN0521 | do dysocjacji tkanki |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | do oczyszczania RNA |
| SDS-PAGE Sample Loading Buffer | Beyotime | P0286 | do przygotowania próbek białkowych |
| Shrimp Alkaline Phosphatase | New England Biolabs | M0371S | do oczyszczania eCLIP cDNA |
| Silver Stain Kit | Beyotime | P00175 | do wizualizowania białek w żelach SDS-PAGE |
| Sodium Deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750 | do detergentu buforu płukania |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | L3771 | do lizy komórek i denaturacji białek |
| Superase-in RNase Inhibitor | Thermo Fisher Scientific | AM2694 | specjalizowany inhibitor RNase; dodaje się świeżo przed użyciem |
| T4 RNA Ligase | New England Biolabs | M0204 | do łączenia adapterów eCLIP |
| Tris–HCl (pH 7.0) | Sigma-Aldrich | T5941 | do przygotowania buforów lizy, hybrydyzacji i płukania |
| TRIzol Reagent | Thermo Fisher Scientific | 15596026CN | do ekstrakcji RNA |
| Ultrasonic cell crusher | ATPIO | ATPIO-650D | do lizy komórek i fragmentacji DNA |
| Ultraviolet Crosslinker | Analytik Jena | UVP CL-1000 | do UV crosslinking interakcji RNA-białko |
| urea | Sigma-Aldrich | U5128 | do degradacji białek eCLIP na membranie |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.