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Transcrição genética e tradução são os dois principais processos envolvidos no dogma central da biologia, indo da sequência de DNA para RNA para proteína1. Neste estudo, focamos na produção de RNA mensageiro (mRNA) durante a transcrição. A molécula nascente de RNA inclui introns não codificadores e exons de codificação. Os introns são co-transcriçãoseticamente emendados antes que o mRNA se mova para o citoplasma para tradução nos ribossomos2,3.
Tradicionalmente, a medição do mRNA é realizada em populações a granel de células (centenas a milhões) com ensaios clássicos como RT-qPCR ou mancha norte. Embora muito poderosos, esses métodos são limitados, pois não fornecem insights sobre a variação célula-celular (heterogeneidade fenotípica), identificação do número de alelos ativos transcricionalmente e, talvez mais importante, falta de informações espaciais. Mais recentemente, as tecnologias de genoma amplo que permitem o sequenciamento de RNA de células únicas (RNAseq) começaram a fazer a ponte entre os métodos de imagem e o sequenciamento4. No entanto, a RNAseq sofre de eficiências de detecção relativamente baixas e as etapas de processamento resultam em perda completa de informações espaciais5. Embora a rnAseq unicelular possa fornecer insights sobre a heterogeneidade fenotípica entre uma população de células isogênicas, a fluorescência de RNA na hibridização situ (RNA-FISH) pode facilitar uma exploração mais completa da expressão genética-alvo no nível espacial, e em uma base de aleelo por alelo6,7.
RNA FISH é uma técnica que permite a detecção e localização de moléculas de RNA alvo em células fixas. Ao contrário dos métodos anteriores e trabalhosos, o RNA-FISH de última geração utiliza sondas de ácido nucleico comercialmente disponíveis que são complementares às sequências de RNA alvo, e essas sondas hibridizam seus alvos pelo emparelhamento base Watson-Crick8. As técnicas iniciais de hibridização in situ envolveram um protocolo semelhante estabelecido por Gall e Pardue em 1969, uma vez que uma amostra foi processada com sondas de ácido nucleico que especificamente hibridizadas para um RNA9alvo . Originalmente, o ensaio foi realizado utilizando-se detecção radioativa ou colorimétrica; no entanto, na década de 1980, o desenvolvimento da fluorescência nos protocolos de hibridização situ (FISH) para o DNA FISH e posteriormente RNA FISH abriu o caminho para uma detecção mais sensível, e o potencial de multiplexação10,11.
Outros desenvolvimentos no RNA FISH levaram à capacidade de detectar e quantificar moléculas de RNA únicas (smFISH)12,13. A detecção direta é um método no qual as próprias sondas são rotuladas com fluoroforos. Um desafio com o smFISH é que há necessidade de sondas/alvos hibridizadores suficientes para facilitar a detecção de sinais fluorescentes como pontos distintos e limitados por difração. Para resolver esse problema, pode-se usar um conjunto de sondas de oligonucleotídeos de DNA de uma única vez complementares a várias regiões do RNA8,12,14. A ligação de múltiplas sondas aumenta a densidade fluorófora local, tornando o RNA visível como um ponto distinto e de alta intensidade por microscopia de fluorescência. Este método é vantajoso porque a ligação fora do alvo de oligonucleotídeos no pool de conjuntos de sondas pode ser distinguida do verdadeiro sinal spot do RNA, analisando quantitativamente o tamanho e intensidade do spot para diferenciar entre o verdadeiro sinal e a ligação espúria de oligonucleotídeos, facilitando assim uma análise mais precisa através da redução de falsos positivos12.
Métodos alternativos para detectar mRNA são o clássico método de tradução nick baseado em clones BAC e o sistema de DNA ramificado mais recentemente desenvolvido. No método clonado por BAC, nick-translation, o DNA a ser rotulado é enzimaticamente cortado e um novo nucleotídeo é adicionado ao final exposto de 3'. A atividade da polimerase de DNA I adiciona um nucleotídeo rotulado resultando na sonda desejada15,16. A técnica de DNA ramificada envolve sondas oligonucleotídeos que hibridizam em pares para alvos de RNA e essas sondas são amplificadas utilizando múltiplas moléculas de amplificação de sinal. Este método pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído, mas a amplificação pode distorcer a quantitação precisa, uma vez que as manchas fluorescentes podem ser extremamente diferentes em tamanho e intensidade17.
Como um sistema modelo para este protocolo, que é totalmente empregado como parte da participação do Programa de Pesquisa de Superfundo niehs para quantificar os efeitos de produtos químicos endócrinos disruptivos em Galveston Bay/Houston Ship Channel, usamos o receptor de estrogênio (ER) linha de células de câncer de mama positiva MCF-7 tratada durante a noite com um agonista ER, 17β-estradiol (E2)7,18,19. O E2 regula muitos genes alvos de ER, incluindo o gene prototípico alvo de ER, GREB17,20,21,22. O protocolo smFISH descrito aqui utiliza um conjunto de dois conjuntos de sondas espectralmente separados visando o GREB1; um que hibridize para exons e o outro para introns, permitindo a medição tanto do RNA maduro quanto nascente7. Em seguida, usamos microscopia de epifluorescência juntamente com a desconvolução para amostras rotuladas por SmFISH de imagem e, em seguida, aplicamos rotinas de análise de imagem para quantificar o número de alelos ativos e RNAs maduros por célula.