РНКазы обычно присутствуют на коже, волосах, в пыли, на лабораторных поверхностях, в растворах и т. д. Во избежание контаминации РНКазами используйте перчатки и тщательно очищайте рабочую поверхность стола, пипетки и т. д. перед использованием. Настоятельно рекомендуется использовать безнуклеазные наконечники для пипеток, пробирки, стеклянную посуду и реагенты.
1. Транскрипция in vitro с использованием набора T7 High-yield RNA Synthesis Kit
В качестве матрицы ДНК для реакции транскрипции используется линеаризованная плазмида, содержащая ген люциферазы Gaussia и промотор T7 выше кодирующей последовательности (Рисунок 1B).
- Разморозьте компоненты набора T7 High Yield RNA Synthesis kit и держите их на льду.
- Для синтеза некэпилированного РНК подготовьте реакционную смесь при комнатной температуре в следующем порядке:
| Компонент | Объем (μl) | Конечная концентрация |
| Вода, свободная от нуклеаз* | X | |
| 10X реакционный буфер | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| GTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| Матричная ДНК * | X | 1 μg |
| Смесь с РНК-полимеразой T7 | 2 | |
| Итого | 20 | |
*Добавьте 1 μg ДНК и доведите общий объем реакции до 20 μl водой, не содержащей нуклеаз. Количество добавляемой воды будет зависеть от концентрации матричной ДНК.
- Для кэпированной РНК: подготовьте реакционную смесь при комнатной температуре в следующем порядке:
| Компонент | Объем (μl) | Конечная концентрация |
| Вода, свободная от нуклеаз* | X | |
| 10X реакционный буфер | 2 | 1X |
| ATP (100 mM) | 2 | 10mM |
| CTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| UTP (100 mM) | 2 | 10mM |
| GTP (20 mM) | 2 | 2mM |
| Аналог кэпа 3´-0-Me-m7G(5')ppp(5')G (ARCA) (40mM) | 4 | 8mM |
| Матричная ДНК* | X | 1 μg |
| Смесь с РНК-полимеразой T7 | 2 | |
| Итого | 20 | |
*Добавьте 1 μg ДНК и доведите общий объем реакции до 20 μl водой, свободной от нуклеаз. Количество добавляемой воды будет зависеть от концентрации матричной ДНК.
- Тщательно перемешайте смесь с помощью вортекса и инкубируйте реакции при 37 °C в течение 2 часов в суховоздушном инкубаторе.
- Следуя шагам 1.3-1.4, синтезируйте кэпированные транскрипты люциферазы Cypridina (CLuc) из линеаризованной плазмиды, содержащей ген CLuc. Эта мРНК будет ко-трансфицирована вместе с кэпированной и некэпированной мРНК GLuc для нормализации экспрессии GLuc.
2. Удаление матричной ДНК
Реакционные смеси после транскрипции обрабатывают DNase I для удаления матрицы ДНК перед переходом к очистке.
- Добавьте 70 μl воды, свободной от нуклеаз, в смеси для транскрипции, а затем 10 μl реакционного буфера для DNase I.
- Добавьте в реакционные смеси 2 μl DNase I.
- Инкубируйте при 37 °C в течение 15 минут в сухом воздушном инкубаторе.
3. Колоночная очистка кэпированной и некэпированной РНК
- Очистите кэпированную и некэпированную РНК с помощью набора MEGAclearKit согласно инструкциям производителя (можно использовать любой набор для очистки РНК на основе центрифужных колонок).
- Определите количество РНК с помощью спектрофотометра NanoDrop.
- Оцените качество образцов РНК с помощью набора Agilent RNA 6000 Nano Kit и биоанализатора Agilent 2100 в соответствии с инструкциями производителя.
4. Кэпирование РНК с использованием системы кэпирования Vaccinia
- Возьмите 10 μg очищенной некэпированной мРНК GLuc.
Стандартная реакция кэпирования позволяет кэпировать до 10 μg РНК (длиной 100nt или более). Если требуется кэпировать большее количество РНК, масштаб реакции можно увеличить соответствующим образом.
- Доведите объем до 15 μl, используя воду, свободную от нуклеаз.
- Нагрейте РНК при 65 °C в течение 10 минут для устранения вторичных структур. Поместите на лед на 5 минут.
- Для проведения реакции кэпирования к 15 μl денатурированной РНК добавьте 2 μl 10X буфера для кэпирования (Capping Buffer), 1 μl GTP (10 mM), 1 μl свежеразведенного S-аденозилметионина (2 mM) и 1 μl (10 единиц) кэпирующего фермента Vaccinia.
- Тщательно перемешайте смесь, осторожно провзболтав на вортексе, и инкубируйте реакцию при 37 °C в течение 30 минут в сухом воздушном инкубаторе.
5. Колоночная очистка кэпированной РНК
- Очистите кэпированную РНК с помощью набора MEGAclear Kit (можно использовать любой набор для очистки РНК на основе спин-колонок).
- В соответствии с инструкциями производителя оцените качество образцов РНК, используя набор Agilent RNA 6000 Nano Kit и биоанализатор Agilent 2100 Bioanalyzer.
6. Трансфекция клеток HeLa с использованием набора для трансфекции мРНК TransIT
- Высейте клетки HeLa в 48-луночный планшет в 150 μl модифицированной среды Игла в модификации Дульбекко (DMEM) с высоким содержанием глюкозы, дополненной 10% фетальной бычьей сыворотки (0,7-2,3 × 105 клеток на лунку).
- Инкубируйте в течение 16-24 часов при 37 °C до достижения клетками 60-90% конфлюэнтности.
- Разведите РНК GLuc (с кэпом и без кэпа) и CLuc до концентрации 100 ng/μl.
Каждую трансфекцию проводят в 8 повторностях.
- Подготовьте 8 пробирок Eppendorf пробирки. В каждую пробирку добавьте 1 μl некэпированная РНК GLuc, 1 μl кэпированная РНК CLuc (для нормализации) и 25 μl безсывороточной среды DMEM. Тщательно перемешайте.
- Подготовьте 8 пробирок Eppendorf. В каждую пробирку добавьте 1 μl кэпированная РНК GLuc (кэп-аналог), 1 μl кэпированная мРНК CLuc (для нормализации) и 25 μl бессывороточной среды DMEM. Тщательно перемешайте.
- Подготовьте 8 пробирок Eppendorf. В каждую пробирку добавьте 1 μl кэпированная РНК GLuc (Вакцина), 1 μl кэпированная РНК CLuc (для нормализации) и 25 μl безсывороточной среды DMEM. Тщательно перемешать.
- Добавить 0.2 μl Добавьте реагент mRNA Boost в первую группу из 8 пробирок и перемешайте.
- Добавить 0.2 μl ПереводДобавьте реагент мРНК в первую группу из 8 пробирок и перемешайте.
- Инкубируйте при комнатной температуре в течение 2–5 минут. (Не инкубируйте более 5 минут).
- Покапельно добавьте смесь для трансфекции в лунки с культурами клеток HeLa (см. Рисунок 3 (для подготовки планшета).
- Повторите шаги с 7 по 10 для образца 2не определено и 3р-д наборы по 8 пробирок.
- Инкубируйте в течение ночи (16 часов) при 37 °C в 5% CO2.
7. Анализ с использованием люциферазы Gaussia (GLuc)
Определите активность GLuc в супернатанте из каждой лунки, используя набор BioLux Gaussia Luciferase Assay Kit следующим образом:
- Приготовьте свежий рабочий раствор для анализа, добавив 15 μl субстрата BioLux GLuc к 1.5 ml буфера для анализа BioLux GLuc (на один образец требуется 50 μl рабочего раствора). Приготовьте объем, достаточный для всех образцов и для заполнения инжектора люминометра (см. инструкции производителя).
- Тщательно перемешайте, несколько раз перевернув пробирку (не используйте вортекс).
Люминесценцию измеряли с помощью микропланшетного люминометра Centro LB 960 от Berthold Technologies.
- Установите на люминометре объем инъекции 50 μl и время интегрирования от 2 до 10 секунд.
- Перенесите по 10 μl супернатанта клеточной культуры из каждой лунки в черный 96-луночный планшет.
- Заполните инжектор рабочим раствором для анализа и приступите к измерению люминесценции.
- Значения, полученные из нетрансфицированных лунок, будут использоваться в качестве отрицательного контроля.
8. Анализ с использованием люциферазы Cypridina (CLuc)
Проведите анализ супернатанта из каждой лунки на активность CLuc, используя набор для анализа люциферазы Cypridina BioLux Luciferase Assay Kit, следующим образом:
- Приготовьте свежий реконструированный субстрат (100x) в соответствии с инструкциями, приведенными в руководстве к набору.
- Разморозьте буфер для анализа BioLux Cypridina Luciferase и тщательно перемешайте (беречь от света).
- Для приготовления раствора для анализа CLuc добавьте 15 μl реконструированного субстрата (100x) к 1,5 ml буфера для анализа BioLux Cypridina Luciferase (на один образец требуется 50 μl раствора для анализа). Приготовьте объем, достаточный для всех образцов и для промывки инжектора люминометра (см. инструкции производителя).
- Тщательно перемешайте, несколько раз перевернув пробирку (не использовать вортекс).
- Выдержите раствор при комнатной температуре в течение 30 минут (беречь от света).
Люминесценцию измеряли с помощью микропланшетного люминометра Centro LB 960 от компании Berthold Technologies.
- Настройте люминометр на инъекцию 50 μl, задержку 1-2 секунды и время интегрирования 2-10 секунд.
- Перенесите по 10 μl супернатанта клеточной культуры из каждой лунки в черный 96-луночный планшет.
- Заполните инжектор раствором для анализа CLuc и измерьте люминесценцию.
- Значения, полученные из нетрансфицированных лунок, будут использованы в качестве отрицательного контроля.
9. Репрезентативные результаты
Набор T7 High Yield RNA Synthesis Kit позволяет синтезировать до 180 μg некэпированной РНК и от 40 до 50 μg кэпированной РНК в одной реакции объемом 20 μl. При анализе на биоанализаторе Agilent 2100 Bioanalyzer высококачественная интактная РНК должна проявляться в виде одного острого пика, соответствующего транскрипту РНК. Широкий пик или наличие нескольких пиков свидетельствуют о деградации РНК. Также важно проверить размер РНК. Появление транскриптов РНК большей длины, чем ожидалось, может быть следствием неполного переваривания матричной плазмидной ДНК. Деградация РНК и снижение выхода продукта обычно являются результатом попадания примесей в реакционную смесь из матрицы ДНК. На рисунке 2 представлен пример электроферограммы и изображения геля, полученных при анализе высококачественной интактной РНК на биоанализаторе.
После трансфекции клеток HeLa РНК GLuc как с кэпом, так и без него, следует инкубация и анализ супернатантов клеточных культур на люциферазную активность. Структура 5'-кэпа важна для защиты РНК от экзонуклеазной деградации8 и для стимуляции инициации трансляции9 мРНК. Таким образом, кэпирование РНК является важным этапом экспериментов по трансфекции. Метод котранскрипционного кэпирования (с использованием аналога кэпа) позволяет получить примерно 40 μg РНК с уровнем кэпирования 80%. Протокол с использованием кэпирующего фермента Vaccinia обеспечивает кэпирование до 10 μg РНК (длиной 100 nt и более) за одну реакцию с эффективностью почти 100%.
Рисунок 4 демонстрирует различие в экспрессии люциферазы между культурами, трансфицированными образцами кэпированной и некэпированной РНК. Отчетливо видно, что клеточные культуры, трансфицированные кэпированной РНК, демонстрируют гораздо более высокую экспрессию люциферазы по сравнению с культурами, трансфицированными некэпированной РНК (в которых активность люциферазы отсутствует). Кроме того, Рисунок 4 подтверждает, что оба метода кэпирования — с использованием аналога кэпа и с использованием кэпирующего фермента Vaccinia — успешно позволяют получить функциональные кэпированные транскрипты РНК, которые могут транслироваться в белок. Двустороннее значение p, полученное в результате t-критерия, составило 0,2583, что указывает на отсутствие статистически значимого различия между данными о люминесценции для двух методов кэпирования.

Рисунок 1A. Синтез РНК Т7-РНК-полимеразой

Рисунок 1B. Вектор pCMV-GLuc, содержащий ген GLuc и промотор T7.

Рисунок 2. Электрофореграммы Bioanalyzer и гель-образное изображение кэпированной и некэпированной РНК. Ось X — размер РНК в нуклеотидах (nt), ось Y — единицы флуоресценции (FU). A) Электрофореграмма мРНК GLuc (некэпированной) после очистки. B) Электрофореграмма мРНК GLuc (кэпированной с помощью кэпирующего фермента Vaccinia). C) Электрофореграмма мРНК GLuc (кэпированной ко-транскрипционно с использованием аналога кэпа). D) Гель-образное изображение, созданное системой Bioanalyzer. Дорожка «L» — маркер РНК, дорожка 1 — некэпированная мРНК GLuc, дорожка 2 — мРНК GLuc, кэпированная с помощью аналога кэпа, и дорожка 3 — РНК GLuc, кэпированная с помощью кэпирующего фермента Vaccinia.

Рисунок 3. Пример подготовки планшета для трансфекции клеток HeLa. В каждой лунке находятся высеянные клетки HeLa с конфлюэнтностью 60-90%. В каждую лунку добавляют смесь для трансфекции, состоящую из соответствующей РНК GLuc (некэпированной, кэпированной с помощью аналога кэпа или кэпированной с помощью кэпирующего фермента Vaccinia), кэпированной РНК CLuc (для нормализации), реагента mRNA Boost и реагента TransIT mRNA. Каждая трансфекция проводится в 8 повторах (лунки одного цвета на рисунке).

Рисунок 4.Экспрессия GLuc в клетках HeLa. Очищенная кэпированная и некэпированная мРНК GLuc была трансфицирована в клетки HeLa и инкубирована в течение ночи (16 ч) при 37 °C. В супернатантах клеточных культур из каждой лунки определяли активность GLuc и CLuc, затем регистрировали значения люминесценции. Значения люминесценции GLuc были нормализованы относительно значений люминесценции кэпированной РНК CLuc.

* Люминесценция нетрансфицированных клеток была вычтена из значений GLuc и CLuc перед нормализацией.
Товарные знаки
BioLux является товарным знаком New England Biolabs, Inc.
TransIT является зарегистрированным товарным знаком компании Mirus Bio LLC.
MEGAclear является товарным знаком компании Ambion.