Method Article

R-Loop Анализ с помощью Dot-Blot

DOI:

10.3791/62069

January 22nd, 2021

In This Article

Summary

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

В этом протоколе подробно описан простой метод, который количественно определяет R-петлю, трехцепочечную структуру нуклеиновой кислоты, состоящую из гибрида РНК-ДНК и смещенной цепи ДНК.

Abstract

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

Трехцепочечная структура нуклеиновой кислоты, R-петля, все чаще признается за ее роль в регуляции генов. Первоначально считалось, что R-петли являются побочными продуктами транскрипции; но недавние открытия меньшего количества R-петель в больных клетках ясно показали, что R-петли играют функциональную роль в различных клетках человека. Далее, крайне важно понять роль R-петель и то, как клетки уравновешивают их численность. Проблемой в этой области является количественное определение R-петель, поскольку большая часть работы опирается на моноклональное антитело S9.6, специфичность которого для гибридов РНК-ДНК была поставлена под сомнение. В данной работе мы используем дот-блоттинг с антителом S9.6 для количественного определения R-петель и демонстрируем чувствительность и специфичность этого анализа с РНКазой H, РНКазой T1 и РНКазой III, которые расщепляют гибриды РНК-ДНК, одноцепочечную РНК и двухцепочечную РНК соответственно. Этот метод отличается высокой воспроизводимостью, использует общелабораторное оборудование и реактивы, а также дает результаты в течение двух дней. Этот анализ может быть использован в исследовательских и клинических условиях для количественной оценки R-петель и оценки влияния мутаций в таких генах, как сенатаксин, на распространенность R-петлей.

Introduction

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

Этот протокол представляет собой пошаговое руководство по анализу дот-блоттинга, который позволяет быстро провести сравнительную оценку распространенности R-петли, трехцепочечной структуры нуклеиновой кислоты. R-петля образуется, когда РНК вторгается в двухцепочечную ДНК с образованием гибрида РНК-ДНК и вытесняет другую цепь ДНК. R-петли обнаруживаются на разных стадиях жизненного цикла РНК. В транскрипционном комплексе зарождающаяся РНК синтезируется комплементарно матричной ДНК, а нематричная цепь вытесняется. Короткий гибрид РНК-ДНК (<10.н.) разрешается высвобождать зарождающуюся РНК, чтобы она могла покинуть РНК-полимеразный комплекс через выходной канал 1,2. Вне транскрипционного комплекса зарождающаяся РНК находится близко к своей ДНК-матрице, которая все еще немного раскручивается после копирования, поэтому РНК может регибридизироваться со своей матрицей ДНК, образуя R-петли3. Кроме того, R-петли могут образовываться при столкновении репликационных и транскрипционных комплексов4, а также при антисмысловой транскрипции5. Учитывая множество возможностей для их образования, R-петли не являются редкостью и могут быть обнаружены в 3-5%генома человека6, в зависимости от статуса транскрипции клетки. R-петли обнаружены в промоторахгена 7 и сайтах терминации5 в мРНК, а также вдоль рибосомной РНК8, а также в транспортной РНК9. R-петли также находятся в теломерных областях хромосом.

R-петли играют регулирующую роль. Они регулируют экспрессию генов, воздействуя на транскрипцию в промоторах10,11, опосредуя рекомбинацию переключателей классов12 и облегчая редактирование генома на основе CRISPR 13,14,15. Как и многие клеточные события, распространенность R-петли сильно титруется; слишком большое или слишком малое количество R-петель влияет на нормальную функцию клетки16,17. R-петли регулируются различными белками, включая РНКазу Н, сенатаксин и другие хеликазы, которые раскручивают гибриды РНК-ДНК 18,19,20,21,22.

Для мониторинга распространенности R-петель полногеномные методы сначала обогащают R-петли антителом S9.6 8,23,24 или другими нуклеазами25, включая РНКазу H 10,26,27, а затем оценивают количество обогащенных R-петель путем секвенирования. Ранние версии этих методов, основанных на секвенировании, не достигали адекватного охвата последовательностей для точного количественного определения, но быстрое совершенствование технологий секвенирования теперь позволяет проводить локусный анализ R-петли. Методы иммунофлуоресценции также использовались для количественного определения и локализации R-петель10,17. Эти методы являются комплексными, но они непрактичны во многих клинических условиях или в качестве первоначальной оценки, поскольку требуют дорогостоящего оборудования и специализированного анализа.

Необходима процедура, которая может быть выполнена единообразно во всех лабораториях в клинических условиях. Точечные блоттинги предоставляют такую возможность, так как их можно проводить без какого-либо специального оборудования или вычислительного анализа. В качестве предварительного шага или в клинических условиях для оценки влияния мутаций на R-петли, эти дот-блоттинги должны обеспечить чувствительные и специфические результаты. Здесь мы описываем наш анализ, который идентифицирует именно R-петли; он исключает сигналы от двухцепочечной (ds) ДНК, двухцепочечной РНК и одноцепочечной РНК. Наш протокол использует антитело27 S9.6 для идентификации гибридов РНК-ДНК в R-петлях и включает РНКазу H, эндорибонуклеазу, которая расщепляет и, следовательно, приводит к деградации РНК в гибриде РНК-ДНК 20,28, чтобы гарантировать, что обнаруженные сигналы являются сигналами гибридов. Мы также включили РНКазу Т1, которая расщепляет одноцепочечную РНК на гуанине29,30, и РНКазу III, которая расщепляет двухцепочечную РНК, включая стеблевые петли31,32, для проверки неспецифических сигналов. Антитело S9.6 распознает гибриды РНК-ДНК различной длины, даже те, которые имеют длину всего 8 нуклеотидов из33.

Здесь мы представляем протокол, который начинается с выделения нуклеиновых кислот, за которым следует дот-блоттинг и обнаружение R-петли с антителом S9.6. Наш протокол включает в себя шаги, гарантирующие, что загружено равное количество сэмплов, а сигналы специфичны. Он обеспечивает олигонуклеотиды, которые служат положительным и отрицательным контролем. Это быстрый, простой и удобный для пользователя метод оценки распространенности R-петли.

Protocol

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

1. Лизис клеток для ядерного фракционирования

  1. Промойте ячейки 1x фосфатно-солевым буфером (PBS) дважды. Удалите клетки из тарелок для культивирования тканей с помощью стандартных методов диссоциации клеток, таких как трипсин. Подсчитайте клетки с помощью гемоцитометра.
    Примечание: Описанные ниже этапы были использованы для анализа первичных фибробластов кожи человека, хотя можно проанализировать целый ряд типов клеток. Фибробласты выращивали в базальных средах, содержащих 10% фетальной бычьей сыворотки. В качестве альтернативы, буфер для лизиса клеток (Таблица 1) может быть добавлен непосредственно в клеточную культуру после промывки.
  2. Перенесите клеточную суспензию в пробирку объемом 1,5 мл для гранулирования клеток.
  3. Центрифугируйте образец при 300 x g в течение 5 минут при 4 °C. Аспирируйте СМИ.
  4. Дважды промойте ледяным 1x PBS, используя настройки центрифугирования в шаге 1.3.
  5. Добавьте в клеточную гранулу буфер для лизиса холодной ячейки (табл. 1) (300 мкл на 2 x 106 клеток). Проводите пипеткой вверх и вниз, чтобы снова суспендировать гранулу.
  6. Выдерживать на льду в течение 10 минут.
  7. Вращайте при 500 x g в течение 5 минут, чтобы гранулировать ядра.
  8. Выбросьте надосадочную жидкость и повторно суспендируйте ядерную таблетку в 400 мкл холодного буфера для ядерного лизиса (табл. 1).
  9. Выдерживать на льду в течение 10 минут.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фракционирование ядерного и цитоплазматического компартментов клеток обеспечивает специфичность сигнала. Качество ядерного и цитоплазматического разделения можно оценить, прежде чем продолжить работу (табл. 2).
  10. Добавьте 3 мкл 20 мг/мл протеиназы К и инкубируйте в течение 3-5 ч при 55 °C.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Указанные объемы относятся к 2 x 106 ячейкам, увеличивайте или уменьшайте масштаб по мере необходимости.

2. Очистка геномной ДНК (к которой относятся гибриды РНК-ДНК)

  1. Если ДНК вязкая, выполните ультразвуковую обработку для снижения вязкости (например, ультразвуковая обработка при высокой выходной мощности, 30 с ВКЛ / 30 с ВЫКЛ, в течение 2 мин с использованием водяной бани при температуре 4 °C).
  2. Добавьте 400 μL элюирующего буфера (Таблица 1) и 400 μL фенол:хлороформ:изоамиловый спирт (25:24:1 pH 8,0).
  3. Вихрь за 10 с.
  4. Вращайте при 12 000 x g в течение 5 минут при 4 °C.
  5. Перенесите водную фазу (примерно 350 μл) в новую пробирку.
  6. Извлеките один раз с использованием 1 объема хлороформа, вмешайте в течение 10 с, затем уменьшите при 12 000 x g в течение 5 минут при 4 °C. Перенесите водную фазу в новую пробирку (примерно 300 μл).
  7. Добавьте 35 мкл 3 М ацетата натрия (pH 5,2), 1 мкл гликогена и 700 мкл ледяного 100% этанола.
  8. Сделайте вихрь в течение 10 с и уменьшите при 12 000 x g в течение 30 минут при 4 °C.
  9. Промойте гранулу 1 мл 70% этанола.
  10. Сделайте вихрь в течение 10 с и уменьшите при 12 000 x g в течение 15 минут при 4 °C.
  11. Выбросьте надосадочную жидкость и дайте гранулам высохнуть на воздухе.
  12. Добавьте 12 μL элюирующего буфера и заведите вихрь на 10 с для ресуспендации. Инкубируйте образец в течение 30 минут при 37 °C с перемешиванием или при 4 °C в течение ночи для повторного суспендирования гранулы.
  13. Измерьте концентрацию ДНК с помощью стандартной спектрофотометрии.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Указанные объемы относятся к 2 x 106 ячейкам, увеличивайте или уменьшайте масштаб по мере необходимости. ДНК (с гибридами РНК-ДНК) может храниться при температуре -20 °C, если это необходимо.

3. Блоттинг образцов ДНК (в состав которых входят гибриды РНК-ДНК) на нейлоновые мембраны

  1. Приготовьте разведения нуклеиновых кислот до желаемых концентраций в элюирующем буфере (т.е. 50 нг/мкл, 25 нг/мкл или 12,5 нг/мкл). Эти образцы с диапазоном концентраций (200, 100, 50, 25, 12,5 нг) гарантируют наличие сигналов в линейном диапазоне.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно подготовьте достаточное количество образца для технических и биологических репликаций, а также для различных методов лечения РНКазой см. Шаг 5.
  2. Подготовьте положительно заряженную нейлоновую мембрану таким образом, чтобы для каждого образца объемом 2 мкл оставалось место, занимающее площадь 0,5 см2.
  3. Поместите 2 мкл каждого образца на 2 мембраны: одну для антитела S9.6, а другую для антитела дцДНК. В качестве альтернативы можно использовать аппарат «дот-блот» или «слот-блот», который позволяет загружать образцы с большими объемами.
  4. Дайте образцам напитаться в мембране. Подождите не менее 2 минут, прежде чем сшивать мембрану ультрафиолетовым светом.
  5. Поместите мембрану в центр УФ-устройства и сшейте мембрану с помощью УФ-сшивающего агента, используя настройку «Автоматическая сшивка» (1 200 μJ x 100).

4. Обнаружение гибрида РНК-ДНК с антителом к S9.6

  1. Инкубировать мембрану в блокирующем растворе (5% молока в Трис-буферном физрастворе с 0,05% Tween-20 (TBST) в течение 1 ч при комнатной температуре на шейкере.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Блокирующего раствора должно быть достаточно, чтобы покрыть мембрану.
  2. Инкубировать мембраны в течение ночи в первичных антителах (в 5% молоке при TBST) при 4 °C с встряхиванием. Добавьте антитела против дцДНК (разведение 1:10 000) на одну мембрану. Добавьте антитело S9.6 1 мкг/мл ко второй мембране (разведение 1:1000).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Антитела к S9.6 доступны на коммерческой основе или у доктора С. Леппла, NIAID, Национальных институтов здравоохранения.
  3. Удалите первичное антитело и промойте 3 раза TBST. Выполняйте каждую стирку в течение 5-10 минут с встряхиванием при комнатной температуре.
  4. Инкубируют с конъюгированными вторичными антителами к пероксидазе хрена (HRP) (против мышей, разведение 1:5000) в 5% молоке в условиях TBST с встряхиванием при комнатной температуре.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Анти-дцДНК и анти-РНК-ДНК гибрид являются мышиными антителами.
  5. Удалите вторичное антитело и 3 раза промывайте TBST в течение 5-10 минут с встряхиванием при комнатной температуре.
  6. Разработка с использованием реагентов с усиленной хемилюминесценцией (ECL) для получения сигналов для визуализации.
  7. Количественная оценка интенсивности сигнала с помощью стандартных инструментов обработки изображений, таких как ImageJ.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поиск и устранение неисправностей подробно описано в таблице 2.

5. Обработка рибонуклеазой для оценки специфичности сигнала

Примечание: Обработка РНКазой должна быть выполнена на образцах нуклеиновых кислот, чтобы продемонстрировать специфичность связывания S9.6. Лечение РНКазой H, но не РНКазой T1 или РНКазой III, должно привести к снижению иммуноокрашивания S9.6.

  1. Расщепляйте образцы, содержащие гибриды РНК-ДНК, готовя их в четырех отдельных пробирках. Обработайте каждый из 4 образцов либо 5 U РНКазой H, 1000 U РНКазой T1, 0,5 U РНКазой III, либо имитацией. Образцы инкубировать при 37 °C в течение 15 минут в объемах 20 μл.
  2. Загрузите 2 мкл каждого образца на мембрану, как описано в разделе 3.

6. Получение олигонуклеотидных контролей для оценки специфичности сигнала

Олигонуклеотидный контроль может быть использован для демонстрации специфичности связывания S9.6. S9.6 распознает гибриды РНК-ДНК, но не дцДНК или дцРНК контроль, как сообщалось ранее34.

  1. Растворить олигонуклеотиды (табл. 3) в буфере для отжига (10 мМ Трис, рН 8,0; 50 мМ NaCl, 1 мМ ЭДТА) до 100 мкМ.
  2. Подготовьте 4 реакционные пробирки для
    1. Гибрид РНК-ДНК #1: Смешайте 10 μл верхней цепи ssRNA с 10 μL нижней цепи ssDNA и 80 μL буфера для отжига.
    2. Гибрид РНК-ДНК #2: Смешайте 10 мкл верхней цепи одноцепочечной ДНК с 10 мкл нижней цепи одноцепочной РНК и 80 мкл буфера для отжига.
    3. дцРНК: Смешайте 10 мкл верхней цепи ссРНК с 10 мкл нижней цепи мРНК и 80 мкл буфера для отжига.
    4. dsDNA: Смешайте 10 μл верхней цепи ssDNA с 10 μL нижней цепи ssDNA и 80 μL буфера для отжига.
  3. Нагрейте 4 смеси с шага 6.2 при температуре 95 °C в течение 10 минут.
  4. Дайте трубкам медленно остыть до комнатной температуры, чтобы обеспечить повторный отжиг прядей. Отожженные стандарты можно хранить при температуре -20 °C для последующего использования.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эффективность отжига следует проверять с помощью электрофореза без денатурации гелем. Дуплексы мигрируют медленнее, чем неотожженные олигонуклеотиды (табл. 2).
  5. Загрузите по 2 мкл каждого образца на 2 мембраны, одну для антитела S9.6 и одну для антитела к дцДНК, как описано в разделе 3.
  6. Выполните действия, описанные в разделе 4.

7. Количественная оценка и нормализация интенсивности сигнала R-контура S9.6 с использованием ImageJ.

  1. Сохраняйте изображения S9.6, окрашивания dsDNA в формате TIFF и анализируйте их с помощью программы ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/).
  2. Выберите опцию инвертирования изображения (Правка | Инвертировать). После инверсии каждая точка будет видна белой на темном фоне.
  3. Используйте инструмент выбора овального изображения, чтобы выбрать овал, который достаточно велик, чтобы окружить самую большую точку на изображении.
  4. Используйте менеджер ROI, чтобы добавить выбранную область для количественной оценки. Убедитесь, что выбраны опции «Показать все» и «Метки», чтобы можно было визуализировать интересующие области.
  5. Используйте ту же овальную область выделения, которая использовалась на шаге 7.3, чтобы добавить дополнительные области интереса вокруг каждой точки, подлежащей количественной оценке. Используйте сочетание клавиш Command + Shift + E для копирования выделенной области из шага 7.3 на каждую из последующих точек.
  6. Измерьте интегрированную плотность каждой из областей интереса.
  7. Разделите интенсивность сигнала S9.6 для каждого образца на измерение dsDNA, чтобы получить отношение сигнала S9.6/dsDNA. Проверьте результаты, повторив эксперименты (по крайней мере, в три раза для регистрации сигнала S9.6 и dsDNA). Стандартная ошибка среднего значения может быть рассчитана на основе отношения сигналов S9.6/dsDNA.

Results

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

Ферментативная терапия для оценки специфичности антител S9.6 (РНК-ДНК).
Были выращены первичные фибробласты кожи человека17. ДНК с гибридами РНК-ДНК была выделена и количественно определена. Два мкг образцов расщепляли с помощью РНКазы Т1, РНКазы Н или РНКазы III в течение 15 мин при 37 °С. Также был проанализирован макет образца для сравнения с образцами, обработанными РНКазой. Образцы (200, 100, 50, 25, 12,5 или 6,25 нг) промокали на двух разных мембранах, как описано в разделе 3. Мембраны были сшиты, заблокированы, и одну из них зондировали антителом S9.6 (рис. 1A).

Результаты показали, что сигнал S9.6 коррелирует с обилием загруженного образца. Лечение РНКазой H, но не РНКазой T1 или РНКазой III, приводит к снижению окрашивания S9.6.

Вторую мембрану зондировали с антителом к дцДНК (рис. 1B) для нормализации. Изображение J было использовано для анализа интенсивности сигнала. Образцы с концентрацией 50 нг были отобраны для количественного определения, поскольку интенсивность сигнала от антител к S9.6 и дцДНК находилась в динамическом диапазоне. Интенсивность сигнала была нормализована по сравнению с таковыми в имитационных образцах. Данные представлены на рисунке 2.

Дот-блоттинг антител S9.6 с использованием синтетических нуклеотидных контролей.
Для оценки специфичности антитела S9.6 мы использовали олигонуклеотиды, соответствующие дцРНК, дцДНК и РНК-ДНК, как описано в разделе 6. Серию разведения нуклеотидов РНК-ДНК, дцРНК и дцДНК готовили и промокали на нейлоновую мембрану, как описано в разделе 3. Мембрану зондировали антителом S9.6 (рис. 3). Результаты показали, что антитело S9.6 специфически связывается с гибридами РНК-ДНК дозозависимым образом и демонстрирует минимальную перекрестную реактивность к дцРНК и дцДНК.

Дот-блот-анализ гибридизации РНК-ДНК с ферментами РНКазы с анализом наличия нуклеиновых кислот.
Рисунок 1: Специфичность S9.6 по методу дот-блоттинга, загруженного нуклеиновыми кислотами из фибробластов человека. Образцы нуклеиновых кислот из фибробластов человека подвергали либо имитационной обработке, либо обработке РНКазой Т1, РНКазой Н или РНКазой III, а затем загружали на нейлоновые мембраны в серии разведения 200, 100, 50, 25, 12,5 и 6,25 нг на 2 мкл точки. Затем мембраны зондировали антителом S9.6 (A) или антителом dsDNA (B). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Гистограмма, показывающая влияние фермента РНКазы на нормализованный сигнал S9.6/dsDNA; сравнение макета с РНКазой III.
Рисунок 2: Количественное определение окрашивания R-петлей S9.6. Образцы массой 50 нг из рисунка 1 были выбраны для количественного определения с помощью ImageJ. Сигнал S9.6 делили на интенсивность сигнала дцДНК, а затем нормализовали до фиктивного образца в соответствии с шагами, описанными в разделе 7. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Результат электрофореза, показывающий обнаружение гибрида РНК/ДНК в различных концентрациях (от 10 до 0,1 мкМ).
Рисунок 3: S9.6 dot-blot с использованием олигонуклеотидного контроля. Антитела S9.6 дот-блоттинг против ряда разведенных синтетических олигонуклеотидов в виде дцРНК, дцДНК или гибрида РНК-ДНК. S9.6 специфически связывается с гибридами РНК-ДНК дозозависимым образом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Буфер для лизиса клетокДля 10 млДля 200 млФинальная кон.
Вода, без нуклеаз9 мл180 мл-
10% NP-400,5 мл10 мл0.5%
2М KCl0,4 мл8 мл80 мМ
ТРУБЫ 0,5 М (pH 8,0)100 мкл2 мл5 мМ
Буфер для ядерного лизисаДля 10 млДля 200 млФинальная кон.
Вода, без нуклеаз8,65 мл173 мл-
10% паспорта безопасности1 мл20 мл1%
1М Tris-HCl (pH 8,0)0,25 мл5 мл25 мМ
0,5 М ЭДТА100 мкл2 мл5 мМ
Элюирующий буферДля 10 млДля 200 млФинальная кон.
1М Tris-Cl, pH 8,50,1 мл2 мл10 мМ
Вода, без нуклеаз9,9 мл198 мл-

Таблица 1. Подготовка буферов

ШагПроблемаВозможная причинаРешение
1.9Н/ДПроверка фракционирования клетокКачество ядерного и цитоплазматического разделения можно оценить путем добавления в клетку стандартных коктейлей ингибиторов протеазы и буферов для лизиса ядра (табл. 1).  Цитоплазматические и ядерные фракции могут быть оценены с помощью вестерн-блоттинга, чтобы подтвердить адекватное ограничение мечения цитоплазматическими маркерами (например, GAPDH или HSP90) в цитоплазматических фракциях и мечение ядерными маркерами (например, HDAC1 или Histon H3) в ядерных фракциях. Вклад митохондриального загрязнения в ядерную фракцию может быть оценен с помощью количественного ПЦР-анализа с использованием зондов, специфичных для митохондриальной ДНК.
2.1Проба слишком вязкаяСлишком большое количество ячеек.Уменьшите ДНК вдвое и перейдите к шагу ультразвуковой обработки 2.1
2.12Нет видимых гранулНедостаточное количество исходного материала или потери при экстракции.Начните с самого начала, используя больше ячеек.
2.13Низкая концентрация ДНК
3.1Недостаточно ДНК для разведения
3.4Образец не будет насыщаться мембранойЗамочите мембрану в 1x TBST. Дайте лишнему буферу высохнуть и начните с шага 3.4
4.6Обнаружен пятнистый или крапчатый рисунокДобавьте в образец 0,1% додецилсульфата натрия (SDS) и продолжайте на шаге 3.1
4.6Точки имеют вид «кофейного кольца»Добавьте в образец 0,01% саркозила и продолжайте с шага 3.1
5.2Контроль RNaseH не показывает снижения сигналаПереваривание рибонуклеазы неполное.Увеличьте инкубацию или увеличьте концентрацию ферментов.
6.5Нет сигнала для олигорегуляторовДуплекс не был сформирован. Олигонуклеотиды не были должным образом отожжены.Проверьте соотношение олигонуклеотидов и буфера для отжига.
6.5Сигнал S9.6 не специфичен для гибридовПартия антител S9.6 имеет неспецифическое связываниеВалидация чувствительности и специфичности новых партий антител S9.6 с использованием ферментов РНКазы или анализа синтетических олигонуклеотидов.

Таблица 2: Устранение неполадок

ssRNA, верхняя цепь5'-UGGGGGCUCGUCCGGGAUAUGGGAACCACUGAUCCC-3'
ssDNA, верхняя прядь5'-TGGGGGCTCGTCCGGGATATGGGAACCACTGATCCC-3'
ssRNA, нижняя цепь5'-GGGAUCAGUGGUUCCCAUCGGACGAGCCCCCA-3'
ssDNA, нижняя цепь5'-GGGATCAGTGGTTCCCATATCCCGGACGAGCCCCCA-3'

Таблица 3. Контроль олигонуклеотидных последовательностей

Discussion

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

3-цепочечные нуклеиновые кислоты, R-петли, образуются на разных стадиях жизненного цикла РНК и все чаще регулируют клеточные процессы. Чтобы полностью понять R-петли, необходимы надежные методы обнаружения R-петель. В данной статье мы описываем подход к исследованию обилия R-петель с использованием антителаS9.6 8,23,24. Этот метод позволяет быстро оценить распространенность R-петли из клеток и образцов тканевых культур. Для этого не требуется специальное оборудование, или большое количество исходного материала. Он обеспечивает специфические и воспроизводимые результаты с помощью комбинации РНКазных методов лечения.

Некоторые сообщали об опасениях по поводу специфичности антитела S9.6. Как и в случае с любым реагентом, в отношении антитела S9.6 может наблюдаться вариабельность от партии к партии. Наш протокол включает в себя РНКазу H, РНКазу T1 и РНКазу III для проверки специфичности сигнала. Кроме того, мы используем синтетические олигонуклеотиды для обеспечения специфичности каждой партии антител к S9.6.

Биология R-петли — это растущая область; Разработка надежных методов обнаружения и количественной оценки, подобных представленному здесь, облегчит механистические исследования для выяснения того, когда образуются R-петли, как они регулируются и что они регулируют. При наличии соответствующего контроля этот дот-блоттинг является простым методом скрининга распространенности R-петли в клинических и исследовательских условиях.

Disclosures

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

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Медицинским институтом Говарда Хьюза и внутренними исследованиями в Национальном институте неврологических расстройств и инсульта.

Мы благодарим доктора Стивена Леппла за предоставление партий антител к S9.6 для анализа. Мы также благодарим доктора Донгцзюнь Ли за его помощь в лечении рибонуклеазой.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Антитело против дцДНКAbcamab27156
Гибридное антитело против РНК-ДНК (S9.6)KerafastENH001
Ультразвуковой аппарат BiorupterDiagenodeUCD-200
EB BufferQiagen19086
EDTA (0.5M)InvitrogenAM9261
Hybond N+ нейлоновая мембранаGE healthcare Life НаукиRPN203B
KCl (2M)InvitrogenAM9640G
NP-40 (Igepal CA-630)SigmaI8896
PBSInvitrogen10010-023
Фенол:хлороформ:изоамиловый спиртInvitrogen15593031
ТРУБКИ (0,5M, pH 8,0)VWRAAJ61406-AE
Proteinase KQiagen19131
РНКаза IIIInvitrogenAM2290
РНКаза HNew England BiolabsM0297
РНКаза T1ThermoFisher Sci.EN0541
SDS (10%)Invitrogen15553027
ацетат натрия (3M, pH 5,2)InvitrogenAM9740
Tris-buffered (10X)Corning46-012-CM
Tris-HCl (1M, pH 8,0)KD MedicalRGF-3360
TrypLEInvitrogen12605010
Tween-20SigmaP9416
UV Stratalinker 2400StratageneStratalinker 2400
Ватман маркерная ручкаSigmaWHA10499001

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. RNA displacement pathways during transcription from synthetic RNA-DNA bubble duplexes. Biochemistry. 33 (1), 340-347 (1994).">Daube, S. S., von Hippel, P. H. RNA displacement pathways during transcription from synthetic RNA-DNA bubble duplexes. Biochemistry. 33 (1), 340-347 (1994).
  2. Structural basis of transcription: separation of RNA from DNA by RNA polymerase II. Science. 303 (5660), 1014-1016 (2004).">Westover, K. D., Buschnell, D. A., Kornberg, R. D. Structural basis of transcription: separation of RNA from DNA by RNA polymerase II. Science. 303 (5660), 1014-1016 (2004).
  3. Formation of an RNA primer for initiation of replication of ColE1 DNA by ribonuclease H. Proceedings of the National Academy of Science USA. 77 (5), 2450-2454 (1980).">Itoh, T., Tomizawa, J. Formation of an RNA primer for initiation of replication of ColE1 DNA by ribonuclease H. Proceedings of the National Academy of Science USA. 77 (5), 2450-2454 (1980).
  4. Transcription-replication conflict orientation modulates R-loop levels and activates distinct DNA damage responses. Cell. 170 (4), 774-786 (2017).">Hamperl, S., Bocek, M. J., Saldivar, J. C., Swigut, T., Cimprich, K. A. Transcription-replication conflict orientation modulates R-loop levels and activates distinct DNA damage responses. Cell. 170 (4), 774-786 (2017).
  5. R-loops induce repressive chromatin marks over mammalian gene terminators. Nature. 516 (7531), 436-439 (2014).">Skourti-Stathaki, K., Kamieniarz-Gdula, K., Proudfoot, N. J. R-loops induce repressive chromatin marks over mammalian gene terminators. Nature. 516 (7531), 436-439 (2014).
  6. conserved R-loop structures associate with specific epigenomic signatures in mammals. Molecular Cell. 63 (1), 167-178 (2016).">Sanz, L. A., et al. conserved R-loop structures associate with specific epigenomic signatures in mammals. Molecular Cell. 63 (1), 167-178 (2016).
  7. R-ChIP using inactive RNase H reveals dynamic coupling of R-loops with transcriptional pausing at gene promoters. Molecular Cell. 68 (4), 745-757 (2017).">Chen, L., et al. R-ChIP using inactive RNase H reveals dynamic coupling of R-loops with transcriptional pausing at gene promoters. Molecular Cell. 68 (4), 745-757 (2017).
  8. Loss of topoisomerase I leads to R-loop mediated transcriptional blocks during ribosomal RNA synthesis. Genes and Development. 24 (14), 1546-1558 (2010).">El Hage, A., French, S. L., Beyer, A. L., Tollervey, D. Loss of topoisomerase I leads to R-loop mediated transcriptional blocks during ribosomal RNA synthesis. Genes and Development. 24 (14), 1546-1558 (2010).
  9. PIF1 family DNA helicases suppress R-loop mediated genome instability at tRNA genes. Nature Communication. 8, 15025(2017).">Tran, P., et al. PIF1 family DNA helicases suppress R-loop mediated genome instability at tRNA genes. Nature Communication. 8, 15025(2017).
  10. R-loop formation is a distinctive characteristic of unmethylated human CpG island promoters. Molecular Cell. 45 (6), 814-825 (2012).">Ginno, P. A., Lott, P. L., Christensen, H. C., Korf, I., Chedin, F. R-loop formation is a distinctive characteristic of unmethylated human CpG island promoters. Molecular Cell. 45 (6), 814-825 (2012).
  11. Promoter-bound trinucleotide repeat mRNA drives epigenetic silencing in fragile X syndrome. Science. 343 (6174), 1002-1005 (2014).">Colak, D., et al. Promoter-bound trinucleotide repeat mRNA drives epigenetic silencing in fragile X syndrome. Science. 343 (6174), 1002-1005 (2014).
  12. R-loops at immunoglobulin class switch regions in the chromosomes of stimulated B cells. Nature Immunology. 4 (5), 442-451 (2003).">Yu, K., Chedin, F., Hsieh, C., Wilson, T. E., Lieber, M. R. R-loops at immunoglobulin class switch regions in the chromosomes of stimulated B cells. Nature Immunology. 4 (5), 442-451 (2003).
  13. Cas9-crRNA ribonucleotide complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunity in bacteria. Proceedings of the National Academy of Science USA. 109 (39), 2579-2586 (2012).">Gasiunas, G., Barrangou, R., Horvath, P., Siksnys, V. Cas9-crRNA ribonucleotide complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunity in bacteria. Proceedings of the National Academy of Science USA. 109 (39), 2579-2586 (2012).
  14. CRISPR immunity relies on the consecutive binding and degradation of negatively supercoiled invader DNA by Cascade and Cas3. Molecular Cell. 46 (5), 595-605 (2012).">Westra, E. R., et al. CRISPR immunity relies on the consecutive binding and degradation of negatively supercoiled invader DNA by Cascade and Cas3. Molecular Cell. 46 (5), 595-605 (2012).
  15. Structures of a CRISPR-Cas9 R-loop complex primed for DNA cleavage. Science. 351 (6275), 867-871 (2016).">Jiang, F., et al. Structures of a CRISPR-Cas9 R-loop complex primed for DNA cleavage. Science. 351 (6275), 867-871 (2016).
  16. Cotranscriptionally formed DNA:RNA hybrids mediate transcription elongation impairment and transcription-associated recombination. Molecular Cell. 12 (3), 711-721 (2003).">Huertas, P., Aguilera, A. Cotranscriptionally formed DNA:RNA hybrids mediate transcription elongation impairment and transcription-associated recombination. Molecular Cell. 12 (3), 711-721 (2003).
  17. Senataxin mutation reveals how R-loops promote transcription by blocking DNA methylation at gene promoters. Molecular Cell. 69 (3), 426-437 (2018).">Grunseich, C., et al. Senataxin mutation reveals how R-loops promote transcription by blocking DNA methylation at gene promoters. Molecular Cell. 69 (3), 426-437 (2018).
  18. The sen1(+) gene of Schizosaccharomyces pombe, a homologue of budding yeast SEN1, encodes an RNA and DNA helicase. Biochemistry. 38 (44), 14697-14710 (1999).">Kim, H. D., Choe, J., Seo, Y. S. The sen1(+) gene of Schizosaccharomyces pombe, a homologue of budding yeast SEN1, encodes an RNA and DNA helicase. Biochemistry. 38 (44), 14697-14710 (1999).
  19. Enzyme from calf thymus degrading the RNA moiety of DNA-RNA hybrids: effect on DNA-dependent RNA polymerase. Science. 166 (3903), 393-395 (1969).">Stein, H., Hausen, P. Enzyme from calf thymus degrading the RNA moiety of DNA-RNA hybrids: effect on DNA-dependent RNA polymerase. Science. 166 (3903), 393-395 (1969).
  20. Ribonuclease H: the enzymes in eukaryotes. FEBS Journal. 276 (6), 1494-1505 (2009).">Cerritelli, S. M., Crouch, R. J. Ribonuclease H: the enzymes in eukaryotes. FEBS Journal. 276 (6), 1494-1505 (2009).
  21. RNases H: Structure and mechanism. DNA Repair. 84, 102672(2019).">Hyjek, M., Figiel, M., Nowotny, M. RNases H: Structure and mechanism. DNA Repair. 84, 102672(2019).
  22. Pif1 family DNA helicases: A helpmate to RNase H. DNA Repair. 84, 102633(2019).">Pohl, T. J., Zakian, V. A. Pif1 family DNA helicases: A helpmate to RNase H. DNA Repair. 84, 102633(2019).
  23. Mammalian mitochondrial DNA replication intermediates are essentially duplex but contain extensive tracts of RNA/DNA hybrid. Journal of Molecular Biology. 397 (5), 1144-1155 (2010).">Pohjoismaki, J. L., et al. Mammalian mitochondrial DNA replication intermediates are essentially duplex but contain extensive tracts of RNA/DNA hybrid. Journal of Molecular Biology. 397 (5), 1144-1155 (2010).
  24. High-resolution, strand-specific R-loop mapping via S9.6-based DNA-RNA immunoprecipitation and high-throughput sequencing. Nature Protocols. 14 (6), 1734-1755 (2019).">Sanz, L. A., Chedin, F. High-resolution, strand-specific R-loop mapping via S9.6-based DNA-RNA immunoprecipitation and high-throughput sequencing. Nature Protocols. 14 (6), 1734-1755 (2019).
  25. S1-DRIP-seq identifies high expression and polyA tracts as major contributors to R-loop formation. Genes and Development. 30 (11), 1327-1338 (2016).">Wahba, L., Costantino, L., Tan, F. J., Zimmer, A., Koshland, D. S1-DRIP-seq identifies high expression and polyA tracts as major contributors to R-loop formation. Genes and Development. 30 (11), 1327-1338 (2016).
  26. Mapping native r-loops genome-wide using a targeted nuclease approach. Cell Reports. 29 (5), 1369-1380 (2019).">Yan, Q., Shields, E. J., Bonasio, R., Sarma, K. Mapping native r-loops genome-wide using a targeted nuclease approach. Cell Reports. 29 (5), 1369-1380 (2019).
  27. An antibody-based microarray assay for small RNA detection. Nucleic Acids Research. 34 (7), 52(2006).">Hu, Z., Zhang, A., Storz, G., Gottesman, S., Leppla, S. H. An antibody-based microarray assay for small RNA detection. Nucleic Acids Research. 34 (7), 52(2006).
  28. Crystal structures of RNase H bound to an RNA/DNA hybrid: substrate specificity and metal-dependent catalysis. Cell. 121 (7), 1005-1016 (2005).">Nowotny, M., Gaidamakov, S. A., Crouch, R. J., Yang, W. Crystal structures of RNase H bound to an RNA/DNA hybrid: substrate specificity and metal-dependent catalysis. Cell. 121 (7), 1005-1016 (2005).
  29. Studies on ribonucleases in takadiastase. Journal of Biochemistry. 44 (11), Tokyo. 753-767 (1957).">Sato, K., Egami, F. Studies on ribonucleases in takadiastase. Journal of Biochemistry. 44 (11), Tokyo. 753-767 (1957).
  30. Ribonuclease T1. Enzymes. 15, 435-468 (1982).">Takahashi, K., Moore, S. Ribonuclease T1. Enzymes. 15, 435-468 (1982).
  31. RNase III cleavage of single-stranded RNA: Effect of ionic strength in the fidelity of cleavage. Journal of Biological Chemistry. 251 (12), 3807-3814 (1976).">Dunn, J. J. RNase III cleavage of single-stranded RNA: Effect of ionic strength in the fidelity of cleavage. Journal of Biological Chemistry. 251 (12), 3807-3814 (1976).
  32. Characterization of RNA sequence determinants and antideterminants of processing reactivity for a minimal substrate of Escherichia coli ribonuclease III. Nucleic Acids Research. 34 (13), 3708-3721 (2006).">Pertzev, A., Nicholson, A. W. Characterization of RNA sequence determinants and antideterminants of processing reactivity for a minimal substrate of Escherichia coli ribonuclease III. Nucleic Acids Research. 34 (13), 3708-3721 (2006).
  33. The sub-nanomolar binding of DNA-RNA hybrids by the single chain Fv fragment of antibody S9.6. Journal of Molecular Recognition. 26 (8), 376-381 (2013).">Phillips, D. D., et al. The sub-nanomolar binding of DNA-RNA hybrids by the single chain Fv fragment of antibody S9.6. Journal of Molecular Recognition. 26 (8), 376-381 (2013).
  34. Kinetic and stoichiometric analysis for the binding of Escherichia coli ribonuclease H1 to RNA-DNA hybrids using surface plasmon resonance. Journal of Biological Chemistry. 272 (35), 22015-22022 (1997).">Haruki, M., Noguchi, E., Kanaya, S., Crouch, R. J. Kinetic and stoichiometric analysis for the binding of Escherichia coli ribonuclease H1 to RNA-DNA hybrids using surface plasmon resonance. Journal of Biological Chemistry. 272 (35), 22015-22022 (1997).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

R Loop AnalysisDot Blot AssayRNA DNA HybridsS9 6 AntibodyR Loop QuantificationRNase HRNase T1RNase IIIGene RegulationSenataxin Mutation
Video Coming Soon

Related Articles