Einzelne Nukleotidvarianten (SNVs) in genomischer RNA, einschließlich A-zu-I-, C-zu-U- und U-zu-C-Varianten, können auf RNA-Editierereignisse hinweisen. Der Nachweis von SNVs in RNA bleibt jedoch eine technisch anspruchsvolle Aufgabe. Herkömmlicherweise wird das Verhältnis von editierter zu nicht editierter RNA durch direkte Sequenzierung, allelspezifische Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder denaturierende Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) bestimmt, diesich 1,2,3,4,5,6 nähert. Diese Ansätze sind jedoch nicht besonders zeit- oder kosteneffizient, und ihre geringen Genauigkeiten, die durch hohe Geräuschpegel verursacht werden, stellen technologische Engpässe für den RNA-basierten SNV-Nachweis dar 7,8. Hier beschreiben wir ein Protokoll, das auf der Temperaturgradientengelelektrophorese (TGGE) basiert, um einzelne Nukleotidpolymorphismen (SNPs) als alternative Methode zu identifizieren, die die Notwendigkeit direkter RNA-Sequenzierungsansätze für RNA-Editing-Analysen eliminiert.
Die Elektrophorese ist eine bevorzugte Methode zur Trennung und Analyse von Biomolekülen in Life-Science-Labors. TGGE ermöglicht die Trennung von doppelsträngigen DNA-Fragmenten, die gleich groß sind, aber unterschiedliche Sequenzen haben. Die Technik beruht auf sequenzbezogenen Unterschieden in den Schmelztemperaturen von DNA-Fragmenten und nachfolgenden Veränderungen ihrer Beweglichkeiten in porösen Gelen mit einem linearen Temperaturgradienten 9,10. Durch das Schmelzen von DNA-Fragmenten entstehen spezifische Schmelzprofile. Sobald die Domäne mit der niedrigsten Schmelztemperatur die entsprechende Temperatur an einer bestimmten Position im Gel erreicht, erfolgt der Übergang von einer helikalen Struktur zu einer teilweise geschmolzenen Struktur, und die Migration des Moleküls wird praktisch gestoppt. Daher nutzt TGGE sowohl Mobilität (Größeninformation) als auch temperaturinduzierte strukturelle Übergänge von DNA-Fragmenten (sequenzabhängige Information) und ist damit ein leistungsfähiger Ansatz zur Charakterisierung von DNA-Fragmenten. Die Merkmalspunkte in einem TGGE-Schmelzmuster, die drei strukturellen Übergängen des DNA-Moleküls entsprechen, sind der Stranginitialdissoziationspunkt, der Strangmitteldissoziationspunkt und der Strangenddissoziationspunkt (Abbildung 1). Sequenzvariationen innerhalb von Domänen, sogar Unterschiede bei Einzelbasen, beeinflussen die Schmelztemperatur, daher zeigen Moleküle mit unterschiedlichen Sequenzen diskrete Schmelzmuster (Denaturierungsmuster) in TGGE-Analysen. Daher kann TGGE zur Analyse von SNVs in genomischer RNA verwendet werden und kann eine unschätzbare Hochdurchsatzmethode zum Nachweis der RNA-Editierung sein. Dieser hohe Durchsatzgewinn geht verloren, wenn herkömmliches TGGE auf Gelelektrophoresebasis verwendet wird. Eine miniaturisierte Version von TGGE, genannt microTGGE (μTGGE), kann jedoch verwendet werden, um die gelelektrophoretische Zeit zu verkürzen und die Analyse mit einer 100-fachen Produktivitätssteigerungzu beschleunigen 11. Die Einfachheit und Kompaktheit der μTGGE-Methode wurde durch die Einführung von PalmPAGE12, einem praxistauglichen, tragbaren und erschwinglichen Gelelektrophoresesystem, verbessert.
Hier wird ein neues TGGE-basiertes Protokoll verwendet, um drei Arten von RNA-Editierstellen (A-zu-I, C-zu-U und U-zu-C) in vier Genen zu untersuchen, darunter zwei aus Arabidopsis thaliana-Geweben und zwei in HEK293-Zellen von Säugetieren exprimiert (Abbildung 1A). Das Protokoll integriert die Verwendung von PalmPAGE (Hardware), einem tragbaren System zur schnellen Detektion von RNA-Editierung, und uMelt (Software)13. Mit einer durchschnittlichen Laufzeit von 15-30 min ermöglicht dieses Protokoll eine schnelle, zuverlässige und einfache Identifizierung der RNA-Bearbeitung, ohne dass direkte RNA-Sequenzierungsansätze erforderlich sind.