Summary

एक ऐल्लि विशिष्ट जीन एक्सप्रेशन आनुवंशिक संघों के कार्यात्मक आधार टेस्ट परख

Published: November 03, 2010
doi:

Summary

आनुवंशिक संघों अक्सर एक कार्यात्मक स्तर पर अस्पष्टीकृत रहते हैं. इस विधि के लिए जीन अभिव्यक्ति पर लिखित SNPs के लिए विषमयुग्मजी कोशिकाओं का विश्लेषण करके phenotype – जुड़े आनुवंशिक मार्करों के प्रभाव का आकलन करना है. प्रौद्योगिकी MALDI-TOF मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा सटीक माप एलील विशिष्ट प्राइमर विस्तार उत्पादों यों की अनुमति देता है.

Abstract

The number of significant genetic associations with common complex traits is constantly increasing. However, most of these associations have not been understood at molecular level. One of the mechanisms mediating the effect of DNA variants on phenotypes is gene expression, which has been shown to be particularly relevant for complex traits1.

This method tests in a cellular context the effect of specific DNA sequences on gene expression. The principle is to measure the relative abundance of transcripts arising from the two alleles of a gene, analysing cells which carry one copy of the DNA sequences associated with disease (the risk variants)2,3. Therefore, the cells used for this method should meet two fundamental genotypic requirements: they have to be heterozygous both for DNA risk variants and for DNA markers, typically coding polymorphisms, which can distinguish transcripts based on their chromosomal origin (Figure 1). DNA risk variants and DNA markers do not need to have the same allele frequency but the phase (haplotypic) relationship of the genetic markers needs to be understood. It is also important to choose cell types which express the gene of interest. This protocol refers specifically to the procedure adopted to extract nucleic acids from fibroblasts but the method is equally applicable to other cells types including primary cells.

DNA and RNA are extracted from the selected cell lines and cDNA is generated. DNA and cDNA are analysed with a primer extension assay, designed to target the coding DNA markers4. The primer extension assay is carried out using the MassARRAY (Sequenom)5 platform according to the manufacturer’s specifications. Primer extension products are then analysed by matrix-assisted laser desorption/ionization time of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF/MS). Because the selected markers are heterozygous they will generate two peaks on the MS profiles. The area of each peak is proportional to the transcript abundance and can be measured with a function of the MassARRAY Typer software to generate an allelic ratio (allele 1: allele 2) calculation. The allelic ratio obtained for cDNA is normalized using that measured from genomic DNA, where the allelic ratio is expected to be 1:1 to correct for technical artifacts. Markers with a normalised allelic ratio significantly different to 1 indicate that the amount of transcript generated from the two chromosomes in the same cell is different, suggesting that the DNA variants associated with the phenotype have an effect on gene expression. Experimental controls should be used to confirm the results.

Protocol

1) सेल संस्कृति सेल प्रकार व्यक्त हित के जीन का चयन करें. डीएनए जोखिम वेरिएंट और ब्याज की जीन (चित्रा 1) के भीतर लिखित कोडन बहुरूपता के लिए दोनों विषमयुग्मजी सेल लाइनों का चयन करें. संस्कृति आपूर्तिकर्ता विनिर्देशों और डीएनए और आरएनए की निकासी के लिए क्रमश: 2 x 10 सेमी पेट्री डिश तैयार अनुसार चयनित सेल लाइनों है. जब कोशिकाओं तक पहुँचने के 80% संगम फसल कोशिकाओं के लिए प्रक्रिया शुरू करने के लिए और या तो नीचे वर्णित की प्रक्रिया के बाद या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध किट का उपयोग कर अलग डीएनए और आरएनए. 2) डीएनए निष्कर्षण पकवान से मीडिया निकालें, Pbs के साथ धोने और lysis समाधान (0.6% एसडीएस, 100 मिमी NaCl, 50 मिमी Tris, 20 मिमी EDTA और 50 μg / एमएल RNase एक) का पकवान 500 μL जोड़ें. कमरे के तापमान पर 20 मिनट के लिए थाली धीरे रॉक. एक microcentrifuge ट्यूब और सेते में 37 डिग्री सेल्सियस रातोंरात पर सेल lysate परिमार्जन. 100 μg / एमएल के एक अंतिम एकाग्रता proteinase कश्मीर जोड़ें और 37 ° रातोंरात सी पर सेते हैं. Phenol के क्लोरोफॉर्म 8 पीएच, दोहराने के एक समान मात्रा के साथ डीएनए निकालें, तो क्लोरोफॉर्म / isoamyl शराब की एक समान मात्रा के साथ निकाल सकते हैं. 1 / 10 वें मात्रा 3 एम NaCl और 100% इथेनॉल 2.5 संस्करणों के साथ डीएनए वेग . 5 मिनट के लिए बर्फ पर छोड़ दो और फिर 4 बजे 30 मिनट के लिए 13,000 rpm पर स्पिन डिग्री सेल्सियस 70% इथेनॉल के साथ डीएनए धो, हवा शुष्क और ते के 200 μL में resuspend अनुमति देते हैं. 65 में सेते डिग्री सेल्सियस 10 मिनट और फिर कमरे के तापमान पर 2 दिनों के लिए छुट्टी के लिए. 4 में स्टोर डिग्री सेल्सियस या दीर्घकालिक -20 डिग्री सेल्सियस 3) शाही सेना निकालना पकवान से मीडिया निकालें, Pbs के साथ धोने, कमरे के तापमान पर 10 मिनट के लिए TRIzol और सेते के 1 एमएल जोड़ने. परिमार्जन कोशिकाओं, एक microcentrifuge ट्यूब में एक बार कुछ हस्तांतरण, पिपेट और 5 मिनट के लिए सेते हैं. 4 में 10,000 rpm पर 10 मिनट के लिए स्पिन डिग्री सेल्सियस एक ताजा ट्यूब में स्थानांतरण सतह पर तैरनेवाला और क्लोरोफॉर्म की 200 μL जोड़ने. हिलाएँ और 4 पर 10,000 rpm पर 10 मिनट के लिए स्पिन डिग्री सेल्सियस एक ताजा ट्यूब में जलीय चरण स्थानांतरण और 70% इथेनॉल एक बराबर मात्रा में जोड़ें. 1 या 2 (मात्रा के आधार पर) RNeasy और अधिकतम गति से 30 सेकंड के लिए स्तंभ स्पिन करने के लिए समाधान लोड. यहाँ से RNeasy किट (Qiagen) के अनुदेश का पालन करें. 4) न्यूक्लिक एसिड नमूना तैयार डीएनए और आरएनए एकाग्रता एक NanoDrop स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (थर्मो वैज्ञानिक) का उपयोग कर यों. निर्माता के निर्देशों के अनुसार यादृच्छिक decamers और सुपरस्क्रिप्ट III रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस (Invitrogen) का उपयोग शाही सेना के 500-1000 एनजी से सीडीएनए तैयार करें. 5) पीसीआर और प्राइमर विस्तार परख प्रत्येक डीएनए मार्कर के लिए पीसीआर प्राइमरों, जीनोमिक डीएनए प्रवर्धन के लिए एक जोड़ी और सीडीएनए प्रवर्धन के लिए अन्य जोड़ी (चित्र 2) के दो जोड़े के डिजाइन. आगे प्लेस और जीनोमिक संक्रमण से बचने के लिए सीडीएनए प्रवर्धन के लिए विभिन्न exons में प्राइमर रिवर्स. डिजाइन के लिए 100-500 बीपी लंबाई की सीमा में एक पीसीआर उत्पाद प्राप्त प्राइमर. एक 10 μL पीसीआर प्रतिक्रिया सहित 0.5 यू Immolase (Bioline) Taq 0.8 मिमी dNTPs, 2 मिमी 2 MgCl, 0.2 एम प्रत्येक प्राइमर और या तो सीडीएनए या डीएनए के 20 एनजी तैयार. चार स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं में प्रत्येक नमूना बढ़ाना. प्रत्येक प्राइमर जोड़ी प्रवर्धन के रैखिक चरण में चक्र संख्या रखने के लिए अनुकूलित की शर्तों के तहत पीसीआर प्रतिक्रिया चलाएँ. Exonuclease साथ पीसीआर उत्पाद incubating पीसीआर प्राइमर और dNTPs अतिरिक्त निकालें और चिंराट 37 alkaline फॉस्फेट (एसएपी) ° सी 20 मिनट के लिए. प्रत्येक पीसीआर उत्पाद 384 अच्छी तरह से थाली पर दो बार स्पॉट है, इसलिए है कि 8 माप प्रत्येक नमूना के लिए उपलब्ध हो जाएगा. परख डिजाइन सॉफ्टवेयर (Sequenom) के साथ विस्तार प्राइमर दोनों जीनोमिक और सीडीएनए पीसीआर उत्पादों के लिए इतना है कि एक ही प्राइमर इस्तेमाल किया जा सकता है डिज़ाइन. 14-18 बीपी 3ddNTPs के संयोजन (चित्र 2) सहित और विस्तार मिश्रण की रेंज में प्राइमर लंबाई निर्दिष्ट करें. कैर्री बाहर प्राइमर विस्तार प्रतिक्रिया और MALDI-TOF/MS विश्लेषण निर्माता अनुदेश के अनुसार MassARRAY प्रणाली (Sequenom) का उपयोग कर. एक ठेठ प्राइमर विस्तार प्रतिक्रिया 94 पर 2 मिनट के लिए शुरू ° कदम सी, 5 एस के लिए 5, 52 डिग्री सेल्सियस के लिए 5 एस और 72 डिग्री सेल्सियस के लिए 94 ° सी के 40 चक्रों द्वारा पीछा शामिल प्राइमर विस्तार उत्पादों SpectroCLEAN राल के साथ साफ कर रहे हैं और SpectroPOINT nanolitre निकालने की मशीन द्वारा माइक्रोएरे (चिप) पर स्थानांतरित हैं. विस्तारित oligonucleotides एक SpectroREADER मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग MALDI-TOF द्वारा मात्रा निर्धारित कर रहे हैं. 6) सांख्यिकी विश्लेषण MassARRAY टाइपकर्ता सॉफ्टवेयर के साथ प्रयोग के सामान्य गुणवत्ता के लिए MALDI-TOF/MS परिणाम की जाँच करें. Allelotyping रिपोर्ट जो पीक क्षेत्र डेटा शामिल निकालें. के लिए प्रत्येक व्यक्ति के स्पेक्ट्रम की गणनाएलील 1 और 2 एलील (चोटी क्षेत्र अनुपात) के शिखर क्षेत्र के बीच का अनुपात. प्रत्येक सीडीएनए का नमूना के लिए एक चोटी क्षेत्र अनुपात मतलब है और मानक विचलन निकाले जाते हैं, Excel में इसी समारोह 8 माप भर का उपयोग करते हुए. जीनोमिक डीएनए के लिए 8 measurments भर में एक ही मतलब चोटी क्षेत्र अनुपात निकाले जाते हैं. जीनोमिक मतलब अनुपात उम्मीद 1:1 के अनुपात में विचलन का आकलन द्वारा सीडीएनए मतलब अनुपात फूट डालो. 7) प्रायोगिक नियंत्रण प्रयोगात्मक कलाकृतियों शासन करने के लिए, प्रयोग कम से कम तीन बार दोहराएँ. संभव है, जब भी अतिरिक्त डीएनए मार्कर के लिए डिजाइन assays. कई पीसीआर प्राइमर जोड़े और विस्तार दोनों आगे और रिवर्स किस्में करने के लिए annealing प्राइमरों डिजाइन. जब भी नकारात्मक नियंत्रण सेल लाइनों है कि डीएनए मार्कर के लिए विषमयुग्मजी हैं लेकिन डीएनए जोखिम phenotype के साथ जुड़े वेरिएंट नहीं ले के रूप में संभव परीक्षण (1 छवि और छवि 3.) 8) प्रतिनिधि परिणाम एलील विशिष्ट अभिव्यक्ति विश्लेषण का एक उदाहरण मास स्पेक्ट्रोमेट्री निशान के उदाहरण के साथ चित्रा 3 में दिखाया गया है. आंकड़ा 4 एलील विशिष्ट प्राइमर विस्तार 4 अलग टेम्पलेट्स पर बाहर किए गए उत्पादों के विश्लेषण से परिणाम से पता चलता है है. शीर्ष रेखांकन दो अलग अलग सेल लाइनों, जो एक लिखित कोडन बहुरूपता के लिए दोनों विषमयुग्मजी के जीनोमिक डीएनए के विश्लेषण से प्राप्त परिणामों का प्रतिनिधित्व करते हैं. हालांकि, केवल सेल लाइन जोखिम डीएनए संस्करण (चित्रा 1) के लिए विषमयुग्मजी है. कम रेखांकन एक ही सेल लाइनों से उत्पन्न सीडीएनए के विश्लेषण से प्राप्त परिणामों का प्रतिनिधित्व करते हैं. प्रयोगात्मक artifact के एक परिणाम के रूप में पहली शिखर हमेशा जीनोमिक विश्लेषण में भी दूसरी चोटी की तुलना में अधिक है. इसलिए, जीनोमिक विश्लेषण से परिणाम सीडीएनए डेटा मानक के अनुसार किया जाता है. सामान्यीकरण के बाद, एलील अनुपात 1 से सेल लाइन में काफी अलग है (जहां दूसरा शिखर अन्य स्पेक्ट्रा की तुलना में कम दिखाई देता है), जबकि यह बहुत सेल लाइन में 1 के लिए करीब बी डेटा है कि सेल लाइन का सुझाव एक वहन दूसरा चोटी है, जो विश्लेषण के तहत जीन की अभिव्यक्ति को कम कर देता है के द्वारा मापा एलील के साथ चरण में डीएनए संस्करण. सेल लाइन बी के एक बहुत ही सुविधाजनक नकारात्मक नियंत्रण प्रदान करता है. चित्रा 1. सेल लाइन चयन रणनीति सेल लाइनों ए और बी एक लिखित कोडन मार्कर (त्रिकोण) के लिए विषमयुग्मजी लेकिन केवल सेल लाइन एक जोखिम डीएनए संस्करण (चक्र) के लिए विषमयुग्मजी है. जोखिम संस्करण के नीले एलील (या तो एक प्रत्यक्ष प्रभाव के साथ या वास्तविक कार्यात्मक संस्करण के साथ घनिष्ठ संबंध में क्योंकि) प्रतिलेखन के एक निचले स्तर के साथ जुड़ा हुआ है. चित्रा 2. ऐल्लि विशिष्ट प्राइमर विस्तार परख. यह आंकड़ा प्रयोगात्मक दोनों सीडीएनए (बाएं) और जीनोमिक डीएनए (दाएं) टेम्पलेट्स के लिए किया प्रक्रिया का काम प्रवाह दिखा . पीसीआर प्राइमरों (धूसर आयत) को एक विषमयुग्मजी कोडन बहुरूपता (त्रिकोण) बढ़ाना करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं. से बचने के जीनोमिक संदूषण पीसीआर प्राइमरों दृश्यों अलग (हल्के नीले सलाखों) exons जब प्रवर्धन सीडीएनए टेम्पलेट पर किया जाता है में रखा पानी रखना. पीसीआर उत्पाद तो एक विस्तार प्राइमर के साथ बाहर ले एक किताब विस्तार प्रतिक्रिया के लिए टेम्पलेट के रूप में इस्तेमाल किया, एक बहुरूपता के लिए अगले आधार annealing, और तीन dideoxynucleotide का उचित मिश्रण (ddNTPs) terminators (वर्ग) और एक deoxynucleotide (चक्र) का विस्तार करने के लिए क्रमश: एक या दो के आधार प्राइमर. परिणामस्वरूप प्राइमर विस्तार उत्पादों अलग जनता जो जुदाई और MALDI-TOF मास स्पेक्ट्रोमेट्री से मात्रा का ठहराव की अनुमति है. डीएनए मार्कर के नीले एलील इसी उत्पाद की मात्रा अपेक्षाकृत लाल एलील के लिए कम है. चित्रा 3. एक एलील विशिष्ट अभिव्यक्ति परख परिणाम आंकड़ा विश्लेषण से मास स्पेक्ट्रोमेट्री परिणाम जीनोमिक डीएनए पर बाहर किए गए और सेल लाइन के सीडीएनए दिखाने के एक और सेल लाइन बी (चित्रा 1) .

Discussion

इस विधि प्रतिलेख स्तर में vivo एलील विशेष अंतर का आकलन करके रोग से जुड़े जीन की अभिव्यक्ति पर डीएनए वेरिएंट के प्रभाव के मूल्यांकन के लिए सक्षम बनाता है. इस प्रोटोकॉल में रिश्तेदार प्रतिलेख बहुतायत MALDI-TOF लेकिन अन्य एलील विशिष्ट ऐसे 6,7 TaqMan के रूप में मात्रा का ठहराव, की अनुमति प्रौद्योगिकियों के द्वारा मापा जाता है, इस्तेमाल किया जा सकता है. इस दृष्टिकोण के प्रमुख सीमा कोडन लिखित मार्करों की उपलब्धता है. सिद्धांत पर आधारित तरीके यहाँ वर्णित है, लेकिन बहुरूपताओं के विभिन्न वर्गों के लाभ लेने, वर्णित किया गया है. haploChip परख एलील विशेष transcriptional शुरू करने या एक जीन जो chromatin immunoprecipitated द्वितीय 8 पोलीमरेज़ आरएनए विशिष्ट एंटीबॉडी के साथ अलग सामग्री में मौजूद होगा के अंत साइट के 1 केबी के भीतर स्थित मार्कर का उपयोग कर अभिव्यक्ति के उपाय. वैकल्पिक रूप से, intronic SNPs जब टेम्पलेट heteronuclear 9 शाही सेना इस्तेमाल किया जा सकता है .

विशिष्ट प्रोटोकॉल यहाँ वर्णित है, haploChip परख के साथ संयोजन में सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है डिस्लेक्सिया (या पढ़ने विकलांगता) के लिए एक उम्मीदवार जीन की पहचान. शुरू में एक आनुवंशिक संघ अध्ययन एक डीएनए डिस्लेक्सिया और जो तीन 10 जीनों फैले था के साथ जुड़े अनुक्रम की पहचान की . एलील विशिष्ट जीन की अभिव्यक्ति परख से पता चला है कि डिस्लेक्सिया जुड़े डीएनए वेरिएंट अभिव्यक्ति भिन्नता की उपस्थिति में केवल तीन जीनों के एक लिए मनाया था, लेकिन दो अन्य नहीं 11.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

के लिए अनुदान के माध्यम से इस काम के लिए वेलकम ट्रस्ट द्वारा वित्त पोषित किया गया था एपीएम [076566/Z/05/Z], JCK [074318] और ह्यूमन जेनेटिक्स के लिए एक कोर वेलकम ट्रस्ट सेंटर पुरस्कार [075491/Z/04].

Materials

Material Name Type Company Catalogue Number Comment
PBS   Sigma P-4417-100TAB  
SDS   Biorad 161-0416  
NaCl   VWR 27788.366  
Tris   Sigma T1503-1KG  
EDTA   Sigma E5134-500G  
RNase A   Qiagen 19101  
Proteinase K   Sigma P2308-500MG  
Phenol: chloroform   Sigma 77617  
Chloroform   VWR 100777C  
Ethanol   Sigma 32221-2.5L  
Trizol   Invitrogen 15596-018  
RNeasy kit   Qiagen 74104  
SuperScript III Reverse Transcriptase   Invitrogen 18080-044  
Immolase Taq   Bioline BIO-21048  
dNTP   Sigma DNTP100A  
Exonuclease 1   NEB M0293S  
Shrimp Alkaline Phosphatase   GE Healthcare E70092Z  
SpectroCLEAN resin   Sequenom 10053  
MassEXTEND ddNTP/dNTP mix   Sequenom   Varies according to assay design
MassEXTEND thermosequenase   Sequenom 10052  
Equipment        
Chilled microcentrifuge   Eppendorf    
NanoDrop Spectrophotometer   Thermo Scientific    
SpectroPOINT nanolitre dispenser   Sequenom    
SpectroREADER mass spectrometer   Sequenom    

References

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Cite This Article
Paracchini, S., Monaco, A. P., Knight, J. C. An Allele-specific Gene Expression Assay to Test the Functional Basis of Genetic Associations. J. Vis. Exp. (45), e2279, doi:10.3791/2279 (2010).

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