Протокол описывает эффективный и надежный метод количественной оценки длины поли(А) интересующего гена из нервной системы дрозофилы , который может быть легко адаптирован к тканям или типам клеток других видов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Протокол описывает эффективный и надежный метод количественной оценки длины поли(А) интересующего гена из нервной системы дрозофилы , который может быть легко адаптирован к тканям или типам клеток других видов.
Полиаденилирование является важнейшей посттранскрипционной модификацией, которая добавляет поли(А)-хвосты к 3'-концу молекул мРНК. Длина поли(А)-хвоста жестко регулируется клеточными процессами. Дисрегуляция полиаденилирования мРНК связана с аномальной экспрессией генов и различными заболеваниями, включая рак, неврологические расстройства и аномалии развития. Таким образом, понимание динамики полиаденилирования имеет жизненно важное значение для разгадки сложностей процессинга мРНК и посттранскрипционной регуляции генов.
В данной работе представлен метод измерения длины поли(А)-хвоста в образцах РНК, выделенных из головного мозга личинок дрозофилы и клеток S2 Drosophila Schneider. Мы использовали подход гуанозин/инозин (G/I), который включает ферментативное добавление остатков G/I на 3'-конце мРНК с использованием дрожжевой поли(А)-полимеразы. Эта модификация защищает 3'-конец РНК от ферментативной деградации. Защищенные полноразмерные поли(А)-хвосты затем ретранскрибируются с помощью универсального антисмыслового праймера. Впоследствии ПЦР-амплификация выполняется с использованием ген-специфического олиго, нацеленного на интересующий ген, а также олиго универсальной последовательности, используемого для обратной транскрипции.
В результате образуются ПЦР-продукты, охватывающие поли(А)-хвосты интересующего гена. Поскольку полиаденилирование не является однородной модификацией и приводит к образованию хвостов различной длины, продукты ПЦР имеют диапазон размеров, что приводит к образованию мазка на агарозном геле. Наконец, продукты ПЦР подвергают электрофорезу в капиллярном геле высокого разрешения с последующим количественным определением с использованием размеров продуктов поли(А) ПЦР и ген-специфического продукта ПЦР. Этот метод предлагает простой и надежный инструмент для анализа длины поли(А)-хвоста, что позволяет нам получить более глубокое представление о сложных механизмах, управляющих регуляцией мРНК.
Большинство эукариотических мРНК посттранскрипционно полиаденилированы на своем 3'-конце в ядре путем добавления нематричных аденозинов каноническими поли(А)-полимеразами. Неповрежденный поли(А)-хвост имеет решающее значение на протяжении всего жизненного цикла мРНК, поскольку он необходим для ядерного экспорта мРНК1, облегчает взаимодействие с поли(А)-связывающими белками для повышения трансляционной эффективности2 и придает устойчивость к деградации3. В некоторых случаях поли(А)-хвост также может подвергаться удлинению в цитоплазме, чему способствуют неканонические поли(А)полимеразы4. В цитоплазме длина поли(А)-хвоста динамически изменяется и влияет на продолжительность жизни молекулы мРНК. Известны многочисленные полимеразы и деаденилазы, модулирующие длину хвоста 5,6,7. Например, укорочение поли(А)-хвостов коррелирует с трансляционным подавлением, тогда как удлинение поли(А)-хвостов усиливает трансляцию 8,9.
Накопление геномных исследований продемонстрировало фундаментальное значение длины поли(А)-хвоста в различных аспектах биологии эукариот. Это включает в себя роль в развитии зародышевых клеток, раннем эмбриональном развитии, синаптической пластичности нейронов для обучения и памяти, а также воспалительной реакции10. Было разработано множество методов и анализов для измерения длины поли(А)-хвоста. Например, анализ РНКазы H/oligo(dT) использует преимущества РНКазы H в присутствии или отсутствии олиго(dT) для изучения длины поли(A) хвоста11,12. Другие методы изучения поли(А)-хвоста включают ПЦР-амплификацию 3'-концов, такую как экспресс-амплификация поли(А) концов кДНК (RACE-PAT)12,13 и лигаз-опосредованный поли(А) тест (LM-PAT)14. Дальнейшие модификации анализа PAT включают ePAT15 и sPAT16. Ферментативный G-хвост17,18 или G/I-хвост 3'-конца являются другими вариантами анализа PAT. Дальнейшая модификация этих методов включает использование флуоресцентно меченных праймеров вместе с электрофорезом в капиллярном геле для анализа с высоким разрешением, называемым поли(А) тестом высокого разрешения (Hire-PAT)19. Эти ПЦР-анализы позволяют быстро и высокочувствительно количественно определить длину поли(А).
С развитием секвенирования нового поколения высокопроизводительный метод секвенирования, такой как PAL-seq20 и TAIL-seq21, позволяет проводить анализ полиаденилирования в масштабе транскриптома. Однако эти методы обеспечивают только короткие считывания 36-51 нуклеотидов. Поэтому FLAM-Seq22 был разработан для глобального профилирования длины хвоста полноразмерной мРНК и обеспечивает длинные чтения. Технология нанопор23 обеспечивает независимое от ПЦР прямое секвенирование РНК или прямой кДНК для оценки длины хвоста поли(А). Однако эти высокопроизводительные методы не лишены ограничений. Они требуют большого количества исходных материалов, являются дорогостоящими и трудоемкими. Кроме того, анализ редких транскриптов может быть чрезвычайно сложным при использовании высокопроизводительных методов, а низкопроизводительные методы, основанные на ПЦР, по-прежнему дают преимущество, когда необходимо проанализировать небольшое количество транскриптов, для пилотных экспериментов и валидации других методов.
Недавно мы продемонстрировали, что мРНК Dscam1 содержат короткие поли(А)-хвосты у дрозофилы, что обуславливает необходимость неканонического связывания цитоплазматического поли(А)-связывающего белка на Dscam1 3'UTR с использованием метода хвостов G/I24. Здесь мы предлагаем оптимизированную процедуру подготовки тканей и количественной оценки длины поли(А) мРНК из нервной системы дрозофилы и клеток Drosophila S2.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Выращивание и отбор личинок дрозофилы
2. Выделение мозга из личинок дрозофилы (рис. 1)

Рисунок 1: Вскрытие головного мозга личинки дрозофилы из блуждающей стадии3-го возраста. (А) Схематические рисунки личинки дрозофилы. (Б-Г) Вскрытие личинок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
3. Клетки Шнайдера дрозофилы S2
4. Выделение общей РНК из головного мозга личинок дрозофилы и клеток S2
5. Приготовление РНК-геля и электрофорез
6. Измерение длины хвоста Poly (A)

Рисунок 2: Подготовка образца РНК и анализ поли(А)-хвоста. (A) Изображения РНК-геля показывают общую РНК из мозга личинки дрозофилы (слева) и клеток S2 (справа) на 1,5% агарозном геле формальдегида. Размеры лестницы одноцепочечной РНК показаны в нуклеотидах на полосе M. Обратите внимание на основную полосу РНК при ~600 нт, которая исходит от рРНК. (Б) Схема поли(А)-хвостового анализа. Аббревиатура: G/I = гуанозин/инозин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
7. ПЦР-анализ продукта методом электрофореза в агарозном геле
8. Капиллярный электрофорез
9. Анализ данных: измерение длины поли (А) хвоста (Рисунок 3)

Рисунок 3: Измерение длины хвоста Poly(A) и пикового значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
10. Визуализация распределения длины хвоста poly(A)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В данной работе мы проанализировали длину поли(А)-хвоста Dscam1 и GAPDH из головного мозга личинок дрозофилы (рис. 4). Выделенные РНК визуализировали на агарозном геле для контроля качества. Одна полоса РНК размером около 600 нуклеотидов указывает на интактную подготовку РНК (рис. 2А). РНК подвергали хвостоотделению G/I и капиллярному электрофорезу высокого разрешения с использованием биоанализатора Agilent 2100. Изображения геля были ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе мы описываем технику вскрытия мозга личинки дрозофилы из блуждающей стадии3-го возраста, а также подготовку образца из клеток Drosophila S2. Из-за лабильного характера мРНК сбор образцов требует особой осторожности. При вскрытии головного мозга личинок мозг не должен быть поврежден во время изоляции и не должен храниться в растворе в течение длительного времени. Очень важно, чтобы время вскрытия не превышало 8-10 минут. Также может быть полезно дополнить раствор для диссекции...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Это исследование было поддержано Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта R01NS116463 Дж.К., а также Центром клеточной и молекулярной визуализации в Университете Невады в Рино, который был поддержан грантом Национальных институтов здравоохранения P20GM103650 и использовался для исследований, представленных в этом исследовании.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 3-(N-морфолино) пропансульфоновая кислота (MOPS) | Исследовательский продукт Internation (RPI) | M92020 | |
| Agilent Высокочувствительный набор ДНК | Agilent Technologies | 5067-4626 | |
| Agilent программное обеспечение 2100 эксперт скачать бесплатно демо | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-software/2100-expert-software-228259 | |
| Apex 100 bp-Low DNA Ladder | Genesee Scientific | 19-109 | |
| Биоанализатор | Agilent 2100 Биоанализатор G2938C | ||
| Диэтилпирокарбонат (DEPC)Исследовательский | продукт Internation (RPI) | D43060 | |
| ДНК-краситель (Gel Loading Dye, фиолетовый (6x) | Биолаборатории Новой Англии | B7024S | |
| Drosophila S2 клеточная линия | Drosophila Genomics Resource Center сток #181 | ||
| Drosophila Schneider' s Medium | Thermo Fisher Scientific | 21720024 | |
| Ehidium bromide | Genesee scientific | 20-276 | |
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | |
| Щипцы Dumont 5 | Инструменты Fine Science | 11254-20 | |
| Вода без нуклеаз | Thermo Fisher Scientific | AM9932 | |
| PBS 10x | Международный исследовательский продукт (RPI) | P32200 | |
| Набор для анализа длины хвоста Poly(A) | Thermo Fisher Scientific | 764551KT | |
| RiboRuler Лестница для РНК низкого диапазона | Thermo Fisher Scientific | SM1833 | |
| Гелевый краситель для загрузки РНК (2x) | Thermo Fisher Scientific | R0641 | |
| Набор для микроподготовки РНК | Zymoresearch | Р1050 | |
| Набор для мини-подготовки РНК | Zymoresearch | R1055 | |
| Ножницы-Ванна Пружинные ножницы - 2,5 мм Режущая кромка | Инструменты для тонкой науки | 15000-08 | |
| TopVision Agarose Tablets | Thermo Fisher Scientific | R2802 | |
| Трис-ацетат-ЭДТА (TAE) | Thermo Fisher Scientific | B49 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.