This protocol describes the isolation and quantification of high-density lipoprotein small RNAs.
A diversidade de pequenos RNAs não-codificantes (sRNA) está se expandindo rapidamente e seu papel nos processos biológicos, incluindo a regulação do gene, estão surgindo. Mais interessante, sRNAs também se encontram fora das células e são estavelmente presente em todos os fluidos biológicos. Como tal, sRNAs extracelular representam uma nova classe de biomarcadores da doença e estão provavelmente envolvidos em redes de comunicação intercelular de sinalização celular e. Para avaliar o seu potencial como biomarcadores, sRNAs podem ser quantificados no plasma, urina e outros fluidos. No entanto, para compreender totalmente o impacto de sRNAs extracelulares como sinais endócrinos, que é importante para determinar que os transportadores são transporte e protegendo-os em fluidos biológicos (por exemplo, plasma), que células e tecidos contribuem para piscinas srna extracelulares, e as células e os tecidos capazes de aceitar e utilizando extracelular sRNA. Para atingir essas metas, é fundamental para isolar populações altamente puras de portadores extracelularessRNA para perfilar e quantificação. Temos anteriormente demonstrado que as lipoproteínas, particularmente lipoproteínas de alta densidade (HDL), o transporte de microRNAs funcionais (miRNA) entre as células e HDL-miRNAs são significativamente alterados na doença. Aqui, nós detalhe um novo protocolo que utiliza conjunto de isolamento HDL com ultracentrifugação em gradiente de densidade (DGUC) and-fast-proteína cromatografia líquida (FPLC) para obter HDL elevado grau de pureza para perfilamento a jusante e quantificação de todos os sRNAs, incluindo miRNAs, usando tanto alta sequenciamento -throughput e em tempo real abordagens de PCR. Este protocolo será um recurso valioso para a investigação de sRNAs sobre HDL.
Não codificantes pequenos RNAs extracelular (sRNAs) representam uma nova classe de marcadores de doença e potenciais alvos terapêuticos e provavelmente facilitar a comunicação uma célula-a-célula. O tipo mais amplamente estudado de sRNA são microRNAs (miRNA), que são cerca de 22 nts de comprimento e são processados de formas precursoras mais longos e transcritos primários 2. miARNs foram demonstradas para o pós-transcricionalmente regular a expressão do gene através da supressão da tradução de proteínas e a indução do ARNm da degradação 2. No entanto, os miRNAs são apenas um dos muitos tipos de sRNAs; como sRNAs pode ser clivada a partir tRNAs mãe (sRNAs derivados de tRNA, o TDR), RNAs pequenos nucleares (sRNAs sRNA derivados, sndRNA), pequenos RNAs nucleolares (sRNAs snoRNA derivados, snRNA), RNAs ribossomais (sRNAs, RDR rRNA derivado ), Y (RNAs yDR), e outros RNAs 1 variado. Alguns exemplos destes novos sRNAs têm sido relatados para funcionar semelhante ao miARNs; No entanto, o fu biológicanctions de muitos destes sRNAs permanece a ser determinada, embora papéis na regulação do gene são provavelmente 3-6. Mais interessante, miARNs e outros sRNAs são estavelmente presente nos fluidos extracelulares, incluindo a saliva, plasma, urina, e biliar. sRNAs extracelular são provavelmente protegido contra RNases através da sua associação com vesículas extracelulares (EV), lipoproteínas, e / ou complexos de ribonucleoproteína extracelulares.
Anteriormente, relatou que as lipoproteínas, ou seja, lipoproteínas de alta densidade (HDL), miRNAs de transporte no plasma 7. Neste estudo, o HDL foram isoladas utilizando um método sequencial de ultracentrifugação em gradiente de densidade (DGUC), cromatografia líquida rápida de proteínas (filtração em gel A cromatografia de exclusão de tamanho, FPLC), e imunoprecipitação de cromatografia de afinidade (anti-apolipoproteína AI (apo AI) ) 7. Utilizando ambas as matrizes de baixa densidade baseada em PCR em tempo real e ensaios de miARN individuais, níveis de miARN foram quantificados em HDL isolada a partir de curarthy e indivíduos com hipercolesterolemia 7. Usando essa abordagem, fomos capazes de perfil miRNAs e quantificar miRNAs específicos em preparações de HDL altamente puros. Desde 2011, nós determinamos que, apesar de cromatografia de afinidade melhora a pureza HDL, saturação de anticorpo limita grandemente o rendimento, e pode ser um custo proibitivo. Actualmente, o protocolo recomenda um método conjunto sequencial de dois passos de DGUC seguido por FPLC, que também produz amostras de HDL elevado de qualidade para a jusante de isolamento de ARN e sRNA quantificação. Devido aos recentes avanços no sequenciamento de alto rendimento de sRNAs (sRNAseq), por exemplo, os miRNAs, eo aumento da consciência de outras classes não-miRNA Srna, sRNAseq é o atual estado-da-arte em miRNA e sRNA profiling. Como tal, o nosso protocolo recomenda quantificar miRNAs e outros sRNAs em amostras de HDL usando sRNAseq. No entanto, o ARN total isolado a partir de HDL também pode ser utilizado para quantificar miARNs individuais e outros sRNAs ou validar os resultados sRNAseq utilizando PCR em tempo real umpproaches. Aqui nós descrevemos em detalhe um protocolo para a recolha, purificação, quantificação, análise de dados e validação de alta pureza HDL-sRNAs.
O objetivo geral deste trabalho é demonstrar a viabilidade e processo de sRNA quantificação de HDL altamente pura isolada a partir de plasma humano.
1. A purificação de HDL (~ 5,5 dias)
2. alta taxa de transferência RNA pequenoSequenciamento (sRNAseq, ~ 9 dias)
3. Análise de Dados (~ 1 dia)
Este protocolo é concebido para quantificar miARNs e outros sRNAs por sequenciação de alto rendimento ou PCR em tempo real sobre o HDL altamente pura. Tal como acontece com qualquer abordagem, considerações especiais deve ser dada para cada passo no processo de purificação de HDL e de ARN e, em seguida quantificando sRNAs. Este protocolo é projetado para projetos começando com ≥ 2 mL de plasma. No entanto, análises de ARN de elevada qualidade pode com sucesso ser completado com HDL purificada a partir de tão pouco quanto 80 ul de plasma humano ou de rato utilizando cromatografia de afinidade; no entanto, maiores volumes de plasma de partida produzir melhores dados usando os métodos apresentados aqui. métodos de processamento e extração de amostra podem alterar drasticamente a qualidade miRNA / sRNA e rendimento. O uso de anticoagulantes, embora essencial para a coleta de plasma, provavelmente afeta extracção a jusante. Por exemplo, a heparina não pode ser facilmente removido durante a extracção de ARN 14,15, e pode inibir a jusante enzimas utilizadas em PCR 16-18. Além disso, There são os relatórios que o citrato de sódio pode também interferir com as medições qPCR onde miRNAs a partir de amostras de EDTA são mostrados ter melhorado o perfil de expressão em comparação com amostras de citrato de sódio 16,19,20. Estes estudos demonstram a necessidade de uma análise cuidadosa na escolha de um anticoagulante. Além disso, devido ao aumento do potencial para a lise celular durante a coagulação, as amostras de soro não são recomendados como miARNs celulares lisadas artificialmente podem associar com lipoproteínas. Da mesma forma, o plasma é imediatamente idealmente isolado a partir de sangue total para evitar a contaminação a partir de outras células do sangue periférico, incluindo leucócitos lisados. Como temperatura fria é amplamente conhecido para afectar a activação das plaquetas, as amostras de sangue total são fiadas longe de eritrócitos, leucócitos e plaquetas a 3000 xg durante 15 min à temperatura ambiente. A hemólise é também mal recomendado como eritrócitos rompidas foram relatados para influenciar também miARN 21,22 resultado, uma vez que contêm miARNs que pode ser derramado durante hemolysis 23,24. O plasma pode ser então armazenada a 4 ° C durante 2 – 4 semanas, ou, alternativamente, o plasma pode ser congelado a -80 ° C, em que o conteúdo de miARN é estável e viável tanto a curto prazo e armazenamento a longo prazo (máximo 4 anos) 25. Para nosso conhecimento actual, congelando as amostras de plasma não está previsto para prejudicar HDL-miARNs e as amostras de plasma congeladas são adequados para analisar. Como lipoproteínas e outros componentes de sangue total pode ser afectada pela ingestão de alimentos, prefere-se a colheita de sangue em jejum.
Como mencionado acima, o HDL no plasma pode ser isolado através de uma série de métodos padrão, incluindo DGUC, FPLC e cromatografia de afinidade contra a apoA-I. . Isolamento de lipoproteínas do plasma por DGUC usando KBr, tal como descrito por Redgraves et al 26, separa VLDL (d = 0,94-1,006 g / ml), colesterol LDL (d = 1,006-1,063 g / mL) e HDL (d = 1,063-1,21 g / ml) e é um método ideal para grandes volumes de plasma (2 – 60 ml por amostra). a limitaçãoa utilização desta abordagem é que por si só exossomas e outros miARN contendo VE são relatados para ter uma densidade semelhante à HDL e pode estar presente em HDL DGUC (Figura 2A). Outras desvantagens incluem a possibilidade de danos estruturais em proteínas de exposição de sal elevado em tampões e forças de ultracentrifugação forte, bem como as estabilidades diferenciais de HDL sub-classes 27,28. Apesar disso, DGUC é comumente utilizado, uma vez que resulta em um rendimento elevado de proteína de HDL, produzindo cerca de 1 mg de proteína de HDL por 1 mL de plasma 29. A abordagem de FPLC, que envolve a filtração em gel por exclusão de tamanho, requer menos tempo, dependendo da taxa de fluxo (aproximadamente 6 horas), e tem uma maior precisão de separação HDL de apoB-contendo lipoproteínas (por tamanho) e os seus sub-classes, incluindo os VE que são muito maiores do que a HDL, mas tem densidades semelhantes. Deve notar-se que utilizando os métodos descritos no presente protocolo, vesículas plasma entre cerca de 220-75 nm de diâmetro não fazereliciar uma assinatura lípido ou proteína detectável quando separada por FPLC. Dependendo do set-up, FPLC requer entrada relativamente pequena, 0,3-1 mL, o que é útil para o plasma de roedores e pequenas alíquotas congeladas. ensaios de colesterol colorimétricos rápidas também são importantes seguinte FPLC para confirmar a distribuição de HDL ou outras fracções de lipoproteínas. Fraccionamento dilui amostras e lipoproteínas; No entanto, as amostras podem ser, em seguida, concentrou-se utilizando filtros centrífugos size-padrão (por exemplo, de 10 kDa de PM de filtro). isolamento HDL por apoA I-IP utilizando colunas de spin micro são a mais rápida das três abordagens, mas são limitados pela baixa entrada (0,08-1 mL) de volume e baixo rendimento (aproximadamente 0,1 mg). Enquanto apoA-I IP pode ser trabalhoso, este método é ideal para sobrenadantes de cultura de células de baixo volume. Embora cada um desses métodos tem pontos fortes e fracos, estes podem ser reduzidos se forem utilizados em conjunto (por exemplo, DGUC seguido FPLC). Usando duas abordagens em conjunto, resulta em uma maior pureza deHDL para análise miRNA e sRNA.
Aqui, nós detalhado dos passos necessários para isolar HDL altamente puro, utilizando o método em tandem de DGUC seguido por FPLC e descrito os passos usados para quantificar o HDL-miARNs e sRNAs utilizando quer sequenciação de alto rendimento ou PCR em tempo real. Embora este protocolo foi projetado para HDL, tem grande aplicabilidade na quantificação sRNAs em outras lipoproteínas, incluindo LDL e VLDL, com base em suas densidades e tamanhos.
The authors have nothing to disclose.
Ultracentrifuge | Beckman Coulter | A99839 | Optima XPN-80 |
Ultracentrifuge Rotor | Beckman Coulter | 331362 | SW-41Ti |
AKTA Pure FPLC System | GE Healthcare | 29018224 | |
3x FPLC Superdex 200 Increase Columns In-line | GE Healthcare | 28990944 | 10/300 gl |
SynergyMx | BioTek Instruments | 7191000 | |
Tabletop centrifuge | Thermo Scientific | 75004525 | Sorvall ST40R |
Refrigerated centrifuge | Eppendorf | 22629867 | 5417R (purchased through USA Scientific) |
Microfuge | USA Scientific | 2631-0006 | |
PippenPrep | Sage Science | PIP0001 | |
2100 Bioanalyzer | Agilent | G2938B | |
High Sensitivity DNA Assay | Agilent | 5067-4626 | |
Sequencing Library qPCR Quantification Kit | Illumina | SY-930-1010 | |
ProFlex Thermal Cycler | Applied Biosystems | 4484073 | |
QuantStudio 12k Flex | Applied Biosystems | 4471134 | |
EpMotion Robot | Eppendorf | 960000111 | 5070 |
Ultra-clear centrifuge tubes | Beckman Coulter | 344059 | |
Potassium Bromide | Fisher Chemicals | P205-500 | |
15 mL conical tube | Thermo Scientific | 339650 | |
Micro-centrifugal filters 0.45 µm | Millipore | UFC30HV00 | |
Micro-centrifugal filters 0.22 µm | Millipore | UFC30GV00 | |
miRNAEasy Total RNA Isolation Kits | Qiagen | 217004 | |
Total Cholesterol colormetric kit | Cliniqa (Raichem) | R80035 | |
10,000 m.w. cut-off centrifugation filter | Amicon | UFC801024 | purchased through Millipore |
PCR strip tubes | Axygen | PCR-0208-C | purchased through Fisher |
microRNA RT kit | Life Technologies | 4366597 | For 1000 reactions |
PCR master mix | Life Technologies | 4440041 | 50 mL bottle |
Pierce BCA kit | Thermo Scientific | 23225 | |
Clean and Concentrator Kit | Zymo | D4014 | |
Dialysis tubing | Spectrum Labs | 132118 | purchased through Fisher |
bcl2fastq2 | Illumina | n/a | Software |
Cutadapt | https://github.com/marcelm/cutadapt | n/a | Software |
NGSPERL | github.com/shengqh/ngsperl | n/a | Software |
CQSTools | github.com/shengqh/CQS.Tools | n/a | Software |
Bowtie 1.1.2 | http://bowtie-bio.sourceforge.net | n/a | Software |
GeneSpringGX13.1.1 | Agilent | n/a | Software |