RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Здесь мы представляем собой протокол для изоляции РНК, ДНК и белка из того же образца, в попытке уменьшить вариации, улучшить воспроизводимость и облегчения толкования.
Один биологический образец имеет множество информации, и это теперь обычной практикой расследовать одновременно несколько макромолекул захватить полную картину несколько уровней молекулярной обработки и изменений между разными условиями. Этот протокол представляет метод изоляции ДНК, РНК, и белка из той же выборке нематоды Caenorhabditis elegans удалить вариант, когда эти биомолекулы изолированы от реплицирует из аналогичным образом лечить но в конечном счете различные образцы. Нуклеиновых кислот и белков извлекаются из нематода, с помощью метода извлечения тиоцианат фенол хлороформ кислоты Гуанидиновые, с последующим осадков, стирки и солюбилизация каждого. Мы показываем успешной изоляции РНК, ДНК и белка от одного образца из трех штаммов нематод и клетки HeLa, с лучшими результатами изоляции белка у взрослых животных. Кроме того Гуанидиновые белка тиоцианат фенол хлороформ извлечено от нематод улучшает резолюции больше белков, с расширенной обнаружению уровней, как отметил immunoblotting, по сравнению с традиционными RIPA экстракции белка.
Метод, представленный здесь полезен при расследовании образцов с помощью multiomic подход, специально для изучение протеома и транскриптом. Методы, которые одновременно оценить multiomics являются привлекательными, потому что молекулярных сигналов базовой сложные биологические явления, как считается, происходят на дополнительных уровнях; Однако это становится все более распространенным, чтобы увидеть, что изменения уровня мРНК не всегда отражают то же изменение в уровнях протеина и что время коллекции является актуальной в контексте суточного правил. Этот метод удаляет любые intersample вариант, когда опробование различных содержимое в пределах того же образца (intrasample.)
Multiomics, аналитический подход, который использует комбинацию омику, например генома, протеом, транскриптом, epigenome, микрофлора или lipidome, становится все более популярным, когда обработка больших наборов данных для болезнь характеристика1, 2. Монтаж доказательств показал, что ограничение подходы к сингл «Оме» обеспечивает неполное молекулярный анализ (обзор, Rotroff и Motsinger-Рейф1). Большие наборы данных создаются, особенно при выполнении экраны с использованием высокопроизводительных методов, но для того, чтобы нарисовать полную картину или для выявления наиболее актуальных целей, multiomic подходы являются более предпочтительными. С использование multiomics подходов однако, является частое наблюдение расхождений между мРНК и белка уровнях3,4,5,6. В частности мРНК и белка, используемых для транскриптомики бок о бок и протеомных анализов с РНК последовательности (RNAseq) и жидкостной хроматографии тандем масс-спектрометрии (LC-MS/MS), соответственно, часто получаются из аналогичным образом обработанных образцов от различные реплицирует, потенциально представляя различия между же условия3,4,5,6. Harvald et al. выполнена элегантным C. elegans голода-курс исследования, которые сравнивали транскриптом и протеом одичал типа (WT) червей, hlh-30 мутант червей, которые не хватает важной транскрипционный фактор продолжительности 7. записки, РНК и белка были собраны от же реплицирует состояние, так что не из той же пробы. Их результаты показывают низкие корреляции между уровни mRNA и уровни белка в каждый момент времени (r = 0.559 с 0.628). В самом деле, их heatmap сформированы четыре кластера: кластер, я имел значительное сокращение в мРНК уровнях но мало или вообще не снижение уровня соответствующего белка, кластер II имел небольшое или никакое увеличение в уровни mRNA но увеличение уровня белка, кластер III было увеличение в мРНК уровни, но снижение уровня белка и IV кластера было повышение уровня мРНК, но только тонкие изменения в уровни белка4. Кроме того этот intersample вариации могут быть введены в тех случаях, когда то же условие не образцов на то же самое время. К примеру мРНК и белков, регулируется суточного цикла колебаться в зависимости от времени день8,9, или, говоря более конкретно, подверженность C. elegans света9; выражение этих суточного белков может быть отложено до 8 ч после индукции выражение гена10. Тем не менее распространенность этого наблюдения не обязательно означает, что это неправильно; в самом деле это может оказаться информативным. Белок и мРНК находятся в состоянии постоянной динамической между формированием и деградации. Кроме того белки часто posttranslationally изменяются, для увеличения стабильности или побудить их деградации11. Например их статус ubiquitination может привести к активации или ориентации протеасом или Лизосома для деградации12. Кроме того некодирующей РНК играют важную роль в регуляции экспрессии генов на этапах транскрипционный анализ и посттранскрипционного13. Таким образом вопрос, как ограничить переменных, чтобы подтвердить, что расхождения, которые мы наблюдаем в эти нематоды исследования являются реальными.
Здесь мы предлагаем метод, который удаляет переменную intersample, позволяя анализ различных макромолекул из той же пробы. Целью настоящего Протокола является предложить метод последовательно изолировать ДНК, РНК и белков от одного образца C. elegans (также упоминаемый как черви) в попытке сократить вариации, улучшить воспроизводимости, и облегчения толкования. Дополнительные преимущества использования того же образца включают экономию времени и ресурсов во время сбора образцов, содействие поперечного сечения анализ образцов ценный и ограниченный, включая штаммы, которые трудно расти и поддерживать и получить понимание дифференцированного регулирования макромолекул, основанный на intrasample вариаций уровня мРНК и белка.
Этот метод подходит для оценки выражения гена и уровни белка от одного образца червей, позволяя для более всесторонней оценки нескольких уровней молекулярной обработки. Гуанидиновые тиоцианат фенол хлороформ (GTCp) реагента14, широко используемых химических изолировать РНК, используется для извлечения нуклеиновых кислот и белков от червей, с последующим осадков, стирки и солюбилизация каждого. Этот протокол представляет собой компиляцию различных протоколов15,16 с незначительными изменениями, разработан с упором на C. elegans, но мы также успешно изолированные РНК, белков и ДНК от Пелле НеЬа клетки после же шаги. Хотя не проверял здесь, этот протокол может работать на ткани, а также17,18.
Примечание: Каждый шаг осадков макромолекулы выполняется последовательно, следуют моет, сделали одновременно; Однако, рекомендуется для полной изоляции RNA сначала как внутренне нестабилен.
1. образец коллекции
2. нуклеотидных и белка изоляции
3. Оценка мРНК и уровни белка
Были проанализированы образцы ДНК, РНК и белка, и представитель результаты с помощью РНК и белки изолятов представлены здесь. Кроме того мы сравниваем образец протеина, собирают с помощью метода GTCp с общей RIPA лизис метод22. Для нашего эксперимента мы использовали четыре независимых реплицирует каждого WT (N2) червей и два долгоживущих мутант червей, едят-2 и rsks-123,24.
ДНК и РНК количество и качество
Концентрация РНК при высокомобильна в 50 мкл воды колеблется от 0,2-2 мкг/мкл, используя около 3000 взрослых червей как исходный материал. Коэффициенты поглощения, которые указывают чистоты, варьировались от 2.0 до 2.2 для A260/A280 и 1,9-2,5 для A260/A230 (Таблица 1), показывающее успешное извлечение РНК без загрязнения с GTCp компонентами, такими как фенол или Гуанидин гидрохлорид.
Экстракции ДНК была успешной, но качество было переменной. Концентрация ДНК при высокомобильна в 150 мкл рабочего раствора NaOH, варьировались от 0,04 до 1,1 мкг/мкл. Коэффициенты поглощения, варьировались от 1,8 до 2.1 для A260/A280 и 0,9-1.6 для A260/A230 (Таблица 1), указанием успешного извлечения ДНК; Однако некоторые образцы были загрязнены с GTCp компонентами, такими как фенол или Гуанидин гидрохлорид. Если необходима изоляция дна, необходимо соблюдать осторожность при разделении средний слой из разделение фаз GTCp, и больше моет может быть необходимым.
RT-ПЦР выбранных объектов
РНК изоляции от четырех независимых выборок каждого штамма червь был успешным и был направлен для RNAseq анализа, с последующей RT-ПЦР с помощью Супермикс, содержащий цианиновые красителя. Цели, анализируемой RT-ПЦР были выбраны из большого набора данных RNAseq на основе наиболее дифференциально регулируется генов, распространены в обоих мутантов по сравнению с WT червей. F07C4.1225, гомолога для человека нейролигины 3 изоформы b, был объектом отдельных общих upregulated. Мы также включили дифференциально регулируется генов между обеими мутантов, mrp-126, для дополнительного анализа, который был upregulated в черви едят-2 , но downregulated в rsks-1 червей. Изменения выражения mrp - 1 были подтверждены через RT-ПЦР; Однако upregulation F07C4.12 в rsks-1 червей предсказано RNAseq анализа не было воспринято RT-ПЦР (рис. 1).
Дополнительные цели с антителами, проверяется для червей были исследованы также. К ним относятся несколько маркеров органеллы, характеризуется занимался программированием et al.27. Ряд этих маркеров дифференциально были выражены на уровне мРНК в мутанта червей. Как видно на рисунке 1, lmp-128 и dlg-129 были upregulated в черви едят-2 ; HSP-4 30, hsp-7030и ПРТ-1 были upregulated в rsks-1 червей; HSP-60 31 и Пас-732 были downregulated в черви едят-2 ; HSP-60 и tac-1-33 были downregulated в rsks-1 червей.
Одновременная vs. RIPA белка подготовка
Чтобы подтвердить эффективность и качество белка с помощью метода GTCp, как описано выше, мы сравнил его с белками, собранных с использованием метода более традиционным RIPA лизис22. Используя то же количество исходного материала, а именно либо только для взрослых (около 10000 черви) или смешанного населения взрослых, личинок и яиц (около 130 000 червей), общее количество собранных с GTCp был меньше, когда высокомобильна в равных конце томов (Таблица 1 ); Однако добыча из только для взрослого населения был более успешным, чем от смешанного населения. Кроме того качество белков был похож, хотя и белка GTCp извлечены показал лучшее разрешение больше белков при равных загрузке общего белка, как показано на Кумасси пятно на рисунке 2. Действительно цели оценена иммуноблоттинга на рисунке 3 показан аналогичного уровня в большинстве случаев; Однако больше, чем 75 кДа белками показали более низких уровней в RIPA-извлечены белка по сравнению с GTCp извлечения белков (Рисунок 3А, правой полосе; Рисунок 3B, желтый бар).
Метод экстракции, представленные здесь также оценивалась в строке mammalian клетки HeLa. Для справки количество белка, экстрагируют РИПА из компактный Пелле шесть миллионов клеток HeLa (~ 25 мкл Пелле) был сопоставим с размером извлечено от 130.000 смешанное население червей (~ 75 мкл компактный гранулы), или около половины того, что добывается из 10 000 взрослых червей (~ 100 мкл поселились тяжести гранулы), как показано в таблице 1. Мы покажем, что в GTCp по сравнению с RIPA-извлечены белка в клетки HeLa, предполагая, что этот метод работает лучше в взрослого населения уменьшилась эффективность извлечения белков (Таблица 1) и резолюции более большие протеины (рис. 2) черви. Неполные солюбилизация белка гранулы из GTCp извлечены HeLa белка может быть ограничение этого метода в mammalian клетках.
Immunoblotting цели, анализируемой RT-ПЦР
Далее мы исследовали уровень белка гена продуктов проверена RT-ПЦР для определения, если уровни mRNA коррелирует с уровнем белка. Как видно на рисунке 3, средняя выражение изменения белка коррелирует с средняя выражения мРНК, изменено для многих целей; Однако некоторые уровни белка не отражает изменения в уровни mRNA. Зачастую уровни mRNA в черви едят-2 были выше, чем в других штаммов, но уровни белка были те же или ниже, чем в других штаммов той же цели. Наиболее выдающиеся наблюдения был очень высокий уровень dlg-1 мРНК в червей едят-2 , которые не привело к больше белка; в самом деле были ниже уровни белка dlg-1 по сравнению с другими напряжениями (рис. 3).
Наконец уровни в GTCp извлечения белков и RIPA-извлечения белков показали поразительное различие. РНК добывали таким же образом для обоих; Однако аналогичные, но отдельные образцы, собранные RIPA лизис показали заметно сократить уровни белка, особенно для тех, кто больше чем 75 кДа (рис. 3A, правой полосе; Рисунок 3B, желтый бар).
Intrasample сравнение уровня мРНК и белка
Одна из целей настоящего Протокола было определить вариации мы увидели на мРНК и уровень белка была реальной, или если он может быть артефактом intersample вариации. Рисунок 4подмножество задач сравнивали в пределах одной пробы. Каждый индивидуальный образец отображается как же тень и цвет точки, с образец 1, будучи Мрачные тени и образец 4 как легкий оттенок серого (WT), синий (едят-2) или красный (rsks-1). В большинстве образцов была низкой изменчивости уровня мРНК, с большей изменчивости уровня белка, потенциальный недостаток полуколичественный анализ западной помарки. При взгляде на положение каждого из цветных точек между парами мРНК и белка, порядок высокие и низкие часто не соответствует; Например, в БЗБ, hsp-60 мРНК приказ был образец 4, 3, 2, 1, но уровни белка были 1, 2, 3, 4. Таким образом безусловно существуют различия между уровнями мРНК и белков в рамках выборки, но представленные метод позволяет пользователям удалить время сбора как возможный источник наблюдаемых различий.

Таблица 1: концентрации и коэффициенты поглощения. Концентрации РНК и ДНК и чистоты коэффициенты были измерены на спектрофотометре. Концентрации белков были определены с использованием assay количественная оценка колориметрические протеина. Серый, синий и красный выделите образцы, используемые для RT-ПЦР и западную помарку. Желтый цвет обозначает образцов, используемых для сравнения GTCp RIPA белка добычу или червя белка HeLa белка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 1: выражение гена по RT-ПЦР. RT-ПЦР анализ для мРНК, полученные этим методом, подтверждающий намеченных из RNAseq данных и органелл маркерных генов. Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение; n = 4. Концентрация mRNA был определен против стандартной кривой для каждого набора грунтовки. Все уровни mRNA были нормализованы в среднем набор генов шести уборки, используется в качестве ссылки генов, которые включают акт-1, cdc-42, Ама-1, nhr-23, pmp-3и cyn-1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2: сравнение GTCp-против RIPA-извлечены белка в червей и клетки HeLa. Общий белок клеток HeLa, собирают через метод GTCp или RIPA лизиса, разделенных SDS-PAGE и витражи с Кумасси синим или одичал тип (WT) червей. Каждый Лейн содержит 25 мкг, общего белка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3: уровни белка в глистах. (A) Западная помарка целей, расследованных RT-ПЦР и (B) анализ денситометрии интенсивности сигнала. Каждый Лейн содержит 20 мкг общего белка GTCp извлечено от одичал тип (WT), есть-2или rsks-1 мутант червей. Изображение — это представление четырех независимых реплицирует на червя штамм. Β-актина (внизу) использовался для управления для равных загрузки для каждой цели; показан только один представитель набор. Правый ряд содержит 20 мкг общего белка RIPA-извлечено от мутантов червей rsks-1 . (B) соответствующий сигнал света были количественно с помощью ImageJ. Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение; n = 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4: сравнение уровня Intrasample мРНК и белок. Уровень мРНК и белка от отдельных образцов из подмножества целей для каждого штамма выравниваются. Цвет является представителем в таблице 1. Серый/черный WT, синий — едят-2, и красный rsks-1. мРНК белка и той же цели парные рядом друг с другом и разделенных нематоды штамм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Здесь мы представляем собой протокол для изоляции РНК, ДНК и белка из того же образца, в попытке уменьшить вариации, улучшить воспроизводимость и облегчения толкования.
L.R.L. было финансирование, гранты от NIH/Ниа (R00 AG042494 и R01 AG051810), Glenn Фонд медицинских исследований премию за исследования в области биологических механизмов старения и младший факультет грант от американской Федерации старения исследований. Авторы хотели бы поблагодарить Анита Кумар и Ши цюань Вонг за их полезную обратную связь в написании этой рукописи.
| 4– 15% Mini-PROTEAN® TGX Stain-Free™ Протеиновые гели | BIORAD | 4568084 | |
| антитела: | |||
| CePAS7-s | DHSB- U of Iowa | ||
| CeTAC1-s | DHSB- U of Iowa | ||
| DLG1-s | DHSB- U of Iowa | ||
| GRP78 | Novus Bio. | NBp1-06274 | |
| HRP Козий анти-мышиный | Li-Cor | 926-80010 | |
| HRP козий анти-кролик | Li-Cor | 92680011 | |
| HSP60-s | DHSB- U of Iowa | ||
| LMP1-s | DHSB- U of Iowa | ||
| MRP-1 | Abcam | ab24102 | |
| Neuroligin 3 | Abcam | ab172798 | |
| β-актин | Millipore | MAB1501R | |
| ChemiDoc MP Imaging System | BIORAD | ||
| Chloroform | Fisher | C298-500 | Опасность для здоровья, раздражитель, токсичный |
| Coomassie Brilliant Blue | ThermoSci | 20279 | |
| DC Protein Анализ | BIORAD | 500-0116 | |
| Epoch 2 микропланшетный ридер | BioTek | ||
| Этанол (200 пруф) | Fisher | 04-355-223 | Легковоспламеняющийся, опасный для здоровья |
| HeLa клетки | ATCC | CCL-2 | BSL2 |
| iScript Обратная транскрипция Supermix | BIORAD | 1708840 | |
| Hydra микродиспенсер: Matrix Hydra | Robbins/ThermoFisher | ||
| Isopropanol | Fisher | A516-4 | Легковоспламеняющийся, для здоровья |
| M9 buffer: 3 г KH2PO4 6 г Na2HPO4 5 г NaCl Добавьте H2O в 1 литр. Стерилизовать автоклавированием. После того как раствор остынет, добавить 1 мл стерильного 1 M MgSO4 | |||
| Laemmli Sample Buffer (2x) | BIORAD | 161-0737 | |
| NanoDrop One | ThermoSci | ||
| PAGE аппарат | BIORAD | ||
| Ponceau S | Alfa Aesar | J60744 | |
| Primers | IDT | 25 нмоль ДНК Олиго со стандартным обессоливанием | |
| dlg-1: F (5'-GGTCCTACCA GGCAGTTGAG-3') R (5'-CACGTCCGTT AACCTCTCCC-3') | |||
| hsp-4: F (5'-AGAGGGCTTT GTCAACCCAG-3') R (5'-TCGTCAGGGT TGATTCCACG-3') | |||
| hsp-70: F (5'-CGGCATGTGA ACGTGCTAAG-3') R (5'-GAGCAGTTGA GGTCCTTCCC-3') | hsp-60|||
| : F (5'-ATTGAGCAAT CGACGAGCGA-3') R (5'-CAACACCTCC TCCTGGAACG-3') | |||
| lmp-1: F (5'-ACAACAACAC CGGACTCACG-3') R (5'-ATCGAGCTCC CACTCTTTGG-3') | |||
| tac-1: F (5'-AGTGGCAGGC AAAGTTCCTC-3') R (5'-TGAGCACCTT GATCTCGTCG-3') | |||
| pas-7: F (5'-GTACGCTCAA AAGGCTGTCG-3') R (5'-CTGAATCGGC ATTGGCTCAC-3') | |||
| mrp-1: F (5'-TTTGCCTTGC GCTTGTTCTG-3') R (5'- AGTTCCAGTG CGGAGCATAC-3') | |||
| F07C4.12: F (5'-TGCTGAGCAT GAAGGACTGT-3') R (5'-TGGCAATAGC TCCTCCGTTG-3')< | |||
| strong>HK Актин: F (5'-CTACGAACTT CCTGACGGACAAG-3') R (5'-CCGGCGGACT CCATACC-3') | |||
| HK cyn-1: F (5'-GTGTCACCAT GGAGTTGTTC-3') R (5'-TCCGTAGATT GATTCACCAC-3')< | |||
| strong>HK nhr-23: F (5'-CAGAAACACT GAAGAACGCG-3') R (5'-CGATCTGCAG TGAATAGCTC-3') | |||
| HK ama-1: F (5'-TGGAACTCTG GAGTCACACC-3') R (5'-CATCCTCCTT CATTGAACGG-3')< | |||
| strong>HK cdc-42: F (5'-CTGCTGGACA GGAAGATTACG-3') R (5'-CTCGGACATT CTCGAATGAAG-3') | |||
| HK pmp-3: F (5'-GTTCCCGT TCATCACTCAT-3') R (5'-ACACCGTCGA GAAGCTGTAGA-3')LightCycler | |||
| 96 qPCR machine | Roche | ||
| RIPA buffer: 10 мМ Tris-Cl (pH 8,0) 1 мМ EDTA 1% Triton X-100 0,2% SDS 140 мМ NaCl 1 таблетка ингибитора протеазы Рош на 20 мл | |||
| SsoAdvanced Universal SYBR Supermix | BIORAD | 1725274 | |
| SuperSignal West Femto Max Sens Substrate | ThermoSci | 34095 | |
| Trans-Blot Transfer Apparatus | BIORAD | ||
| Trans-Blot Turbo Transfer Pack | BIORAD | 170-4159 | |
| TRIzol реагент | Invitrogen | 15596026 | Опасность для здоровья (кожа, глаза) |
| стронг>червей: | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
| N2 (дикий тип) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
| eat-2 (MAH95) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
| rsks-1 (VB633) | Центр генетики ценорхабдита (CGC) |