Методическая статья

Увеличение урожайности кДНК из одной ячейки в количествах мРНК в стандартных реакций обратной транскриптазы лаборатории использованием акустической Microstreaming

DOI:

10.3791/3144

11 июля 2011 г.

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы описываем новый метод для повышения кДНК выход из одноклеточных количества мРНК в противном случае стандартного лабораторного реакции обратной транскрипции. Новизна заключается в использовании micromixer, которая использует явление акустической microstreaming, смешать жидкости на микролитр масштабах более эффективно, чем тряска, вортексе или растиранием.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Коррелирование экспрессии генов с поведением клеток в идеале осуществляется на уровне одной клетки. Однако этого нелегко достичь, потому что небольшое количество лабильной мРНК, присутствующей в одной клетке (1-5% от общей РНК 1-50 пг, или 0,01-2,5 пг мРНК на клетку 1), в основном разрушается до того, как она может быть обратно транскрибирована в стабильную копию кДНК. Например, с помощью стандартных лабораторных реактивов и аппаратного обеспечения можно качественно оценить лишь небольшое количество генов на одну клетку2. Одним из способов повышения эффективности стандартных лабораторных реакций обратной транскриптазы (ОТ) (т.е. стандартных реагентов в микролитровых объемах), содержащих одноклеточные количества мРНК, является более быстрое смешивание реагентов, чтобы мРНК могла быть преобразована в кДНК до того, как она разложится. Однако это нетривиально, потому что на микролитровых масштабах поток жидкости является ламинарным, т.е. доступные в настоящее время методы смешивания (т.е. встряхивание, вихрь и растирание) не могут обеспечить достаточное хаотическое движение для эффективного смешивания реагентов. Чтобы решить эту проблему, необходимо использовать методы микромасштабного смешивания 3,4. Разработан ряд технологий смешивания на основе микрофлюидов, которые успешно увеличивают выходы реакции RT 5-8. Тем не менее, технологии микрофлюидики требуют специализированного оборудования, которое является относительно дорогим и еще не получило широкого распространения. Желательно более дешевое, удобное решение. Основная цель данного исследования состоит в том, чтобы продемонстрировать, как применение новой методики «микросмешивания» к стандартным лабораторным реакциям ОТ, содержащим одноклеточные количества мРНК, значительно увеличивает выход их кДНК. Мы обнаружили, что выход кДНК увеличивается примерно в 10-100 раз, что позволяет: (1) большему количеству анализируемых генов на одну клетку; (2) более количественный анализ экспрессии генов; и (3) лучшее обнаружение генов с низким содержанием в отдельных клетках. Микромикширование основано на акустическом микропотоке 9-12, явлении, при котором звуковые волны, распространяющиеся вокруг небольшого препятствия, создают средний поток вблизи препятствия. Мы разработали устройство на основе акустического микростриминга («микромиксер») с ключевым упрощением; Акустическая микропотоковая передача может быть достигнута на звуковых частотах за счет обеспечения наличия в системе интерфейса жидкость-воздух с малым радиусом кривизны 13. Мениск микролитрового объема раствора в тюбике обеспечивает соответственно малый радиус искривления. Использование звуковых частот означает, что аппаратура может быть недорогой и универсальной, а нуклеиновые кислоты и другие биохимические реактивы не повреждаются, как это может быть при использовании стандартных лабораторных ультразвуковых аппаратов.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Микросмешения Реакция РТ

  1. Перед выполнением реакции РТ с микросмешения, равновесие micromixer до нужной температуры реакции РТ.
    1. Место micromixer внутри 37 ° С (или температуры, рекомендованной поставщиком RT) инкубатор, по крайней мере за 1 час до начала реакции РТ.
  2. Настройка смесь РТ по обратной транскриптазы поставщиком (например, MMTV-РТ от Promega, Omniscript от Qiagen) инструкции, за исключением использования одноклеточных количество входных общей РНК (например, 0.1-1pg/μl), вместо того, нг-мкг суммы, рекомендованные поставщиками.
    1. Мы используем стандартные стерильные, без нуклеазы 200 мкл тонкостенные пробирки для ПЦР.
  3. Позиция RT трубы надежно в micromixer, как только они будут готовы для смешивания. Micromixer должны оставаться внутри 37 ° C инкубатор для продолжительности реакции РТ.
  4. Выберите соответствующую частоту и амплитуду микросмешения. В этом примере мы используем 150 Гц.
  5. Переключатель на micromixer и оставьте на весь период реакции RT (60 минут).
  6. Коммутатор micromixer выходные и принять RT трубы один раз реакция РТ завершена.
  7. Место RT трубы на льду и продолжать как обычно с дальнейшими приложениями, такими как количественной полимеразной цепной реакции (КПЦР или ПЦР в реальном времени).

2. Представитель Результаты:

Благо микросмешения в контексте реакции РТ увеличение кДНК доходность по сравнению с другими, когда смешение методов (например, дрожь, вортексе или растирания) используются. Это видно, например, при последующем анализе кДНК с использованием количественных полимеразной цепной реакции (КПЦР или ПЦР в реальном времени). Рисунок 2А показывает последствия микросмешения за первые 5 минут (синий, "micromixed5") или всего 60 минут (красный, "micromixed60") по сравнению с растирания реакции RT непосредственно перед инкубацией РТ (черный, "растирание" ). В этом случае объем предыдущего реакции РТ было 25 мкл и в нем 2.5pg от общего числа РНК. КПЦР следы использованием праймеров, предназначенный для обнаружения кДНК представляющего Nurr-1 мРНК показано выше, а средние значения ± SEMs числа циклов для достижения 50% максимальной флуоресценции в 3-х повторений этого же эксперимента приведены ниже. Звездочка означает статистически значимых различий (в одну сторону дисперсионного анализа с Тьюки множественных сравнений). Обратите внимание, что микросмешения в течение первых 5 минут предыдущего реакции РТ производится незначительное улучшение по сравнению с растиранием в то время как микросмешения в течение всего 60 минут предыдущего реакции РТ производится значительное улучшение по сравнению с растиранием, величина которого была эквивалентна примерно 15 КПЦР циклов, в среднем.

Благо микросмешения также можно рассматривать в кривой плавления анализ последующих продуктов КПЦР получены. В эксперименте показано на рис 2B, микросмешения в течение всего 60 минут предыдущего реакции РТ в результате последовательного сигнала КПЦР в двух экземплярах образцов (рис. 2Ва, 2 красные следы), в то время как микросмешения в течение первых 5 минут или растирания производятся только несовместимы КПЦР следов (рис. 2Ва, 2 синих трасс и 2 черных следов, соответственно). Серые следы негативного контроля ("нег."), В котором кДНК осталась вне КПЦР реакции. Когда КПЦР продукты из этого эксперимента были денатурированного по наращивает их температуры (т.е. кривая плавления анализа) было очевидно, что соответствующие продукты ПЦР (т.е. ампликона, которая была идентична, что получается, когда более высокие концентрации мРНК обратной транскрипции и усиливается КПЦР, данные не приводятся) присутствовали только следующие реакции РТ, которые были micromixed в течение 60 минут (рис. 2BB, 2 красные следы). Все остальные (т.е. micromixed5, растиранием и отрицательный контроль), порожденный альтернативных продуктов ампликона (например, димеры праймеров).

figure-protocol-1
Рисунок 1. Принципиальная схема протокола для применения микросмешения к стандартным лабораторным РТ реакций. Более подробное описание физического принципа участие, micromixer и ​​как построить в доме micromixer предоставляются в ссылках 13,14

figure-protocol-2
Рисунок 2. Представителю КПЦР данные, иллюстрирующие преимущества микросмешения применяется к предыдущему РТ реакции включает одноклеточные количества мРНК в противном случае стандартного лабораторного реакции РТ. Пример КПЦР следов обнаружения кДНК представляющего мРНК, кодирующей Nurr-1 гена. Предыдущий реакции РТ, содержащихся 2.5pg от общего числа РНК в объеме 25 мкл и проводились в инкубаторе при температуре 37 ° С в течение 60 минут. RT реакции перемешивается растирания RТ смесь до инкубации (черные следы ", растиранием"), micromixed в течение первых 5 минут реакции RT (синие следы ", micromixed5") или micromixed в течение всего 60 минут реакции RT (красные следы ", micromixed60" ). Средства ± SEMs числа КПЦР циклов, необходимых для достижения 50% максимальной флуоресценции приведены ниже для п = 3 повторяет этого эксперимента. Asterisk указывает на значительную разницу (в одну сторону дисперсионного анализа с Тьюки множественных сравнений). В другом эксперименте КПЦР изучения Nurr-1 кДНК продукт, на этот раз следующие РТ реакции содержащие 25pg от общего числа РНК в объеме 25 мкл. КПЦР следы (), а также кривая плавления анализ продуктов КПЦР получены (б) показаны для различных условий перемешивания. Отрицательного контроля, в которых не кДНК была включена в предыдущий реакции РТ также включены (серые следы ", нег."). RT реакции с гораздо более высокой концентрации мРНК были выполнены также и производится кривой плавления пиков (данные не приведены) идентичны тем, которые в (б) для micromixed60 (красные следы) образцов.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Метод применения микросмешения к стандартным лабораторным РТ реакции, описанные здесь, могут, конечно, связаны с мРНК собраны с помощью любого метода (например, лизиса клеток, лазерная захвата микродиссекции). Он также может содержать любой марки или типа РТ реагентов, любой температуре (в пределах допуска материалов micromixer), и любой период времени. Например, мы наблюдаем улучшение кДНК состава из реакций РТ включающий случайные гексамера или олиго-дТ праймеров. Она также может быть применена к другим биохимических ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего разглашать.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было поддержано Национальным здравоохранения и медицинских исследований Совета Австралии (проект грант №. 6288480) и Скоби и Клэр МакКиннон Trust.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Название реагента Компания Номер в каталоге Комментарии (необязательно)
Всего РНК выделяли из оснастки замороженных остро подготовленные ломтики мозга взрослых мышей
PicoPure РНК Изоляция Kit Арктур, Калифорния, США KIT0204 Комплект, выпущенного Applied Biosystems
ДНК без ДНКазы Лечение и удаление реагентов Амбион AM1906M
Случайные гексамера грунтовки Promega C1181
AMV-RT Promega M5101
дНТФ набор Promega U1240
RNasin Ингибитор рибонуклеазы Promega N2111
Нуклеазы, свободной от воды Promega P1193
SYBR Зеленый PCR Master Mix Прикладные Biosystem 4309155
HPRT вперед (20mer): СТТ ТГК TGA ЦКТ GCT GGA TT
HPRT обратного (20mer): ТАТ GTC CCC ВКТ TGA КТГ AT
Nurr1 вперед (23mer): CAG СТС CGA ТТТ СТТ AAC TCC AG
Nurr1 обратного (23mer): ГГТ GAG GTC CAT GCT AAA СТТ Г.А.
NanoDrop 1000 спектрофотометр. Thermo Scientific
Корбетт Ротор Гена RG-6000 Корбетт Life Science Корбетт Life Science была приобретена компанией QIAGEN в июле 2008 года

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Livesey, F. J. Brief Funct Genomic Proteomic. 2 (1), 31-31 (2003).
  2. Aumann, T. D., Gantois, I., Egan, K. Exp Neurol. 213 (2), 419-419 (2008).
  3. Ottino, J. M., Wiggins, S. Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 362 (1818), 923-923 (2004).
  4. Losey, M. W., Jackman, R. J., Firebaugh, S. L. J Microelectromech. Syst. 11, 709-709 (2002).
  5. Bontoux, N., Dauphinot, L., Vitalis, T. Lab Chip. 8 (3), 443-443 (2008).
  6. Marcus, J. S., Anderson, W. F., Quake, S. R. Anal Chem. 78 (9), 3084-3084 (2006).
  7. Marcus, J. S., Anderson, W. F., Quake, S. R. Anal Chem. 78 (3), 956-956 (2006).
  8. Warren, L., Bryder, D., Weissman, I. L. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (47), 17807-17807 (2006).
  9. Jiao, Z. J., Huang, X. Y. Microfluidics Nanofluidics. 6, 847-847 (2009).
  10. Ahmed, D., Xiaole, M., Juluri, B. K. Microfluidics Nanofluidics. 7, 727-727 (2009).
  11. Paxton, W. F., O'Hara, M. J., Peper, S. M. Anal Chem. 80, 4070-4070 (2008).
  12. Autom, L. ab 11, 399-399 (2006).
  13. Petkovic-Duran, K., Manasseh, R., Zhu, Y. 47 (4), 827-827 (2009).
  14. Boon, W. C., Petkovic-Duran, K., White, K. 50 (2), 116-116 (2011).
  15. Liu, R. H., Lenigk, R., Druyor-Sanchez, R. L. Anal Chem. 75 (8), 1911-1911 (1911).
  16. Riley, N. Ann Rev Fluid Mech. 33, 43-43 (2001).
  17. Whitehill, J., Neild, A., Ng, T. W. Applied Physics Letters. 96 (5), 053501-053501 (2010).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Acoustic MicrostreamingReverse Transcriptase ReactionsSingle cell mRNAcDNA YieldsMicromixing TechniqueQuantitative PCRMicrofluidic MixingLaboratory ReagentsRNA DegradationGene Expression Analysis

Похожие статьи