Ein Tandem RNA Isolierung (Reise) für die Verwertung von endogen gebildeten mRNA-Protein-komplexe Vorgehensweise wird. Speziell, RNA-Protein-komplexe sind vernetzt in VivoPolyadenylated RNAs sind isoliert aus Extrakten mit oligo(dT) Perlen und besonderen mRNAs werden mit modifizierten RNA antisense Oligonukleotide erfasst. Proteine gebunden, mRNAs werden vom Immunoblot Analyse erkannt.
RNA-bindende Proteine (RBPs) spielen eine wichtige Rolle bei der Posttranskriptionale Kontrolle der Genexpression. Biochemische Charakterisierung der mRNA-Protein-komplexe ist daher für das Verständnis der mRNA-Verordnung abgeleitet von interagierenden Proteine oder nicht-kodierende RNAs. Hier beschreiben wir ein Tandem RNA Isolierung Verfahren (Reise), das die Reinigung von endogen gebildeten mRNA-Protein-komplexe aus Zellextrakten ermöglicht. Das zweistufige Protokoll beinhaltet die Isolierung von Polyadenylated, die mRNAs mit antisense oligo(dT) Perlen und spätere eine mRNA des Interesses mit 3′ biotinylierte 2′-O-methyliert antisense RNA-Oligonukleotide, die dann mit isoliert werden können, zu erfassen Streptavidin-Perlen. Reise war wieder in Vivo querverbunden mRNA-Ribonucleoprotein (mRNP) komplexe aus Hefe, Nematoden und menschlichen Zellen für weitere RNA und Protein-Analyse verwendet. Reise ist ein vielseitiger Ansatz, der angepasst werden kann für alle Arten von Polyadenylated RNAs in Organismen, die dynamische Neuordnung der mRNPs auferlegten intrazelluläre oder ökologische Hinweise zu studieren.
Posttranskriptionelle Genregulation wird angetrieben durch die Wechselwirkungen zwischen RNA-bindende Proteine (RBPs), nicht-kodierende RNAs (NcRNAs) und mRNAs, die direkte Verarbeitung, Lokalisierung, Übersetzung und Zerfall von jedem Protokoll innerhalb von Zellen1 , 2. Ermittlung des RBPs und NcRNA Interaktion mit bestimmten mRNAs, Einrichtung, das sogenannte Ribonucleoprotein komplexe/Partikel (RNPs), ist daher Schlüssel zum Verständnis des Schicksals der mRNAs und gen-Expressions. Komplementäre Ansätze werden durchgeführt für Biochemische Charakterisierung von RNP-komplexe3,4: während der “Protein-centric” Ansatz auf die Reinigung von bestimmten RBPs basiert, der “RNA-centric” Ansatz beinhaltet die Isolation von Teilpopulationen oder einzelnen RNAs und anschließende Analyse der interagierenden Proteine oder RNA. Vor kurzem, eine RNA-orientierten Ansatz zur Identifizierung von Interaktion mit Polyadenylated RBP-Repertoire (poly(A)) RNAs5 zunehmend populär geworden durch den Einbau eines ultravioletten (UV) Licht Vernetzung Schritt, um Protein-RNA zu stabilisieren Interaktionen vor die Isolierung der mRNAs, die drastisch den Katalog der RBPs in menschlichen Zellen6,7,8,9,10,11 erweitert, Caenorhabditis elegans 12, Saccharomyces Cerevisiae12,13,14, und andere Organismen15,16,17,18, 19,20. Die Zuordnung von Proteinen und/oder NcRNAs montiert auf bestimmte Protokolle ist jedoch nach wie vor eine große Herausforderung. Zu diesem Zweck werden derzeit zwei Hauptansätze verwendet: auf der einen Seite RNA Aptamer Tags sind verschmolzen, die RNA von Interesse um Affinitätsreinigung zu ermöglichen. Dabei binden die RNA aptameren mit hoher Affinität, aminoglykosid-Antibiotika, einschließlich Tobramycin und Streptomycin21,22,23,24, oder Proteine, wie z.B. das Hüllprotein aus der R17/MS2 Bakteriophagen oder bakterielle Streptavidin S125,26,27,28,29. Obwohl dieser Ansatz gezeigt wurde, relativ robust und vielseitig sein, es erfordert Klonen Design der RNA untersucht und daher nicht verwendet werden, um natürliche mRNAs zu erfassen. Auf der anderen Seite antisense Oligonukleotide (ASOs) dienten schon früh für die Erholung und Charakterisierung von stark ausgedrückt, native RNPs30,31 und viralen RNAs32. In jüngerer Zeit, ASOs wurden eingesetzt, um lange nicht kodierende RNAs33,34,35 zu erfassen und in Vitro gebildet mRNPs36. Ein großer limitierender Faktor mit allen RNA zentrierten Ansätzen ist die Kopienzahl der RNA von Interesse, so dass die Erholung der niedrigen ausgedrückt mRNAs problematischer. Diese Einschränkung kann durch die Reaktion upscaling überwunden werden; Dies kann jedoch möglicherweise führen zur Steigerung der Hintergrund.
Hier beschreiben wir unsere neu entwickelte ASO-basierten Tandem RNA Isolierung Verfahren (Reise) zu isolieren, native mRNA-Protein-komplexe mit hoher Selektivität37 (Abbildung 1). Das Protokoll beinhaltet zwei sequentielle ASO-basierte Reinigungsschritte, nämlich die Isolation von poly(A) mRNAs mit handelsüblichen oligo(dT) Perlen, gefolgt von der Erfassung der spezifischen mRNAs mit speziell gestalteten kurze biotinylierte 2′-Methoxy gekoppelt RNA ASOs. Dieses zweistufige Verfahren hilft beseitigen kontaminierende Proteine und Möglichkeiten zur Anpassung und Optimierung. In diesem Fall Reise wurde auf ausgewählte mRNAs aus Hefe, Nematoden, angewendet und menschliche Zellen in Vivo bestätigen gebildet mRNA-Protein-komplexe.
Reise erlaubt die Analyse von Proteinen, die an bestimmten mRNAs in Vivo mit biochemischen Mitteln gebunden. Während wir die Methode verwendet haben, um das Zusammenspiel von bestimmten RBPs mit mRNA Ziele aus verschiedenen Organismen/Zellen zu überprüfen, könnte Reise auch auf andere Arten von poly(A) RNAs, wie z. B. zytoplasmatischen lange NcRNAs studieren anwendbar. Darüber hinaus könnte die systematische Analyse der gebundenen Proteine und/oder RNAs mit MS oder RNA Sequenzierung durch ein Up-scaling des Verfahrens erreicht werden. In diesem Zusammenhang zufolge unsere vorläufigen Daten 1 L von Hefekulturen und mindestens 100 Millionen menschlicher HEK293 Zellen ausreichend Ausgangsmaterial, um zuverlässige MS Daten für gut ausgedrückt mRNAs (unveröffentlichte Ergebnisse) bieten könnte.
Die beschriebene Reise-Protokoll beinhaltet die Bestrahlung von Zellen mit UV-Licht bei 254 nm Crosslink RNS-Protein-Interaktionen. Dies ermöglicht die Umsetzung der strengen waschen Bedingungen während der Reinigung. Dennoch, obwohl nicht explizit getestet, wir möchten beachten, dass Vernetzung optional ist und aktive RNPs auch mit physiologischen Puffer wiederhergestellt werden können. Allerdings sollte in diesem Fall die mögliche Neuordnung von Proteinen und RNAs auf der Ziel-RNA in Lysates berücksichtigt werden. Umgekehrt, wenn UV- oder andere Vernetzung Verfahren angewendet (z.B.Formaldehyd) sind, sollte die Integrität der RNA bewertet werden, da RNA-Abbau zu verminderten Erholung der mRNPs führen kann. Darüber hinaus UV-Vernetzung ist eher ineffizient (~ 5 %) und schon gar nicht für Proteine interagieren mit doppelsträngige RNA, die Neigung zum Nachweis bestimmter Klassen von RBPs12einführen könnte. Schließlich kann UV-Bestrahlung auch Protein-Protein und Protein-DNA Querverbindungen induzieren, die für Daten Auslegung45,46berücksichtigt werden sollten. Daher könnte alternative Vernetzung Verfahren, z. B. mit Formaldehyd, auch für größere Protein-Assemblys auf mRNAs erfassen von besonderem Interesse sein.
Ein wesentliches Merkmal der Reise ist die zweistufige ASO-basierte Reinigungsprozedur zu bestimmten RNAs, wodurch Selektivität und verringern die Wahrscheinlichkeit Co reinigen Verunreinigungen zu erholen. Beispielsweise betrifft ein Anliegen direkt hinzufügen biotinylierte ASOs zellextrakte, die zu CO Reinigung von Biotin-bindende Proteine führen könnten. Dies wird umgangen, in Reise durch die Implementierung einer ersten Runde der Reinigung von poly(A) RNAs mit kovalent gekoppelten oligo-(dT)25 magnetischen Beads, ermöglicht eine stringente Reinigung Bedingungen wie für RNS-Protein Interaktom Fang getan. Darüber hinaus poly(A) RNA Auswahl sehr reichlich NcRNAs wie ribosomalen RNAs und tRNAs, entfernt und daher reduziert die Komplexität der Probe und potentielle Quellen für Kreuz-Hybridisierung und Verschmutzung. Im zweiten Schritt bestimmten mRNAs mit biotinylierte zurückgewonnen und ASOs, die mit den Regionen auf der mRNA-Ziele Tempern geändert. Alternativ könnte modifizierte ASOs auch direkt kovalent magnetische Beads über ein Amin-Linker beizufügen Verringerung der Neigung zu Biotin-bindende Proteine zu erfassen. Allerdings erholte sich nach unserer Erfahrung die Inkubation von poly(A) RNA Bruchteil mit ASOs vor der Zugabe von Streptavidin Perlen mRNPs effizienter als direkte Zugabe von ASO-gekoppelten Perlen. Gegebenenfalls sind kostenlose Oligos kinetisch mit besseren Zugang zu Sequenzen in strukturierten RNA verglichen mit immobilisierten Oligos begünstigt. Daher die kovalente Kopplung von ASOs, Perlen vor die Inkubation mit der Probe für die Wiederherstellung der RNA Ziel abträglich sein könnte und empirisch überprüft werden.
Ein Nachteil mit ASO basierten Methoden ist ineffizient Rückgewinnung von einigen Ziel mRNAs. Wir empfehlen daher die Bewertung von mehreren ASOs das Tempern in verschiedenen Regionen der Abschrift. Insbesondere empfehlen wir das Design von 2-3 ASOs, die mit Sequenzen in der 3′ UTR Tempern oder die CDS der mRNA von Interesse. Jedes ASO eine unterschiedliche Effizienz für die Wiederherstellung des jeweiligen Ziels mRNA aufweisen kann und sollte empirisch getestet (Abb. 2A, B, Daten nicht gezeigt). Am Ende fanden wir, dass ASOs glühen, die 3′ wo bessere Leistungen im Vergleich zu den CDs glühen. Dies könnte durch erhöhte Zugänglichkeit der Bindungsstellen im wo wegen des Fehlens des Übersetzens Ribosomen, während Ribosomen effiziente Hybridisierung in CDS behindern können. Wir haben auch erlebt, die Kombination von mehreren ASOs könnte zu erhöhten Kontamination von reichlich Nichtziel-mRNAs und Pulldown-Effizienz reduziert. In jedem Fall die Selektivität der gewählten Oligos Wettbewerb Experimente gesteuert werden (zB., Zugabe von konkurrierenden Oligos).
Eine weitere Sorge bezieht sich auf mögliche Kreuz-Hybridisierung mit unabhängigen RNAs, wie wir, dass auch teilweise die Hybridisierung mit anderen mRNAs beobachten kann zur Wiederherstellung eines dieser mRNA (Abbildung 2) führen. Um die Eignung des gestalteten ASOs zu bewerten, empfehlen wir daher, Durchführung von ersten in-vitro- Tests mit insgesamt RNAs Salzkonzentrationen und Waschtemperatur von Puffern zu optimieren. In unsere Hände waschen von Streptavidin-gekoppelten magnetischen Beads in Puffern mit 150 mM NaCl bei 55 ° C am besten durchgeführt, aber wir empfehlen unabhängige Tests der Bedingungen für jedes gestaltete ASO. Bemerkenswert fanden wir, dass alle ASOs ausgewählt aus in-vitro- Experimenten (Bild 2D) geeignet für die Erfassung der jeweiligen mRNA Ziel von querverbunden zellextrakte (Abbildung 3), weiter untermauern die Gültigkeit des waren in Vitro testen. Neben geeigneten ASOs für mRNA-Capture, könnten zusätzliche Faktoren Auswirkungen auf Selektivität. Daher können umfassende blockierende Verfahren mit BSA/tRNA oder Spezifikationen Typ Perle unspezifische Bindung an Perlen verhindern. Um unspezifische Absorption von Proteinen weiter zu verringern, empfehlen wir auch den Einsatz von Lo-Bind Rohren, besonders beim Arbeiten mit geringen Mengen an Proben.
Im Allgemeinen kann Reise vorher festgelegten Ansätze zum Erfassen von RNAs mit ASOs ergänzen. Zum Beispiel wurde die nicht-kodierende RNA Xist isoliert mit gebundenen Proteine aus nuklearen Extrakten aus 200 Millionen UV querverbunden Zellen abgeleitet werden, indem mit einem Array von lang (90-Mer) biotinylierte DNA Oligonukleotide, die die gesamte Transkript abgedeckt 34,35. Jedoch der gewählten Fliesen Ansatz könnte problematisch im Hinblick auf das große Potenzial für Kreuz-Hybridisierung mit unabhängigen RNAs werden, und es kann nicht verwendet werden, um bestimmte Abschrift, z.B.wählen., alternativ gespleißt Formen. Vor kurzem, speziell die verschlossene Nukleinsäure (LNA) oder DNA ASO Mixmers waren kovalent an einem magnetischen Harz zur in Vitro Transkript oder stark exprimierten ribosomalen RNAs Wiederherstellung zellfreie Extrakte befestigt; jedoch war es nicht für die Verwertung von in Vivo gebildet mRNA-Protein-komplexe36getestet. Im Hinblick auf die zunehmende Anerkennung der posttranskriptionelle gen Kontrolle durch RBPs und NcRNA glauben wir, dass die Reise ist eine nützliche Methode, die Zusammensetzung und Dynamik der RNP-komplexe in den Zellen nach Umwelt- und intrazelluläre Signale und seine Auswirkungen zu untersuchen in Gesundheit und Krankheit.
The authors have nothing to disclose.
Wir sind dankbar, Dr. Jonathan Hall und Mauro Zimmermann (ETH Zürich) für die Synthese von PFK2 und KEP-1 ASOs, Dr. Maikel Wouters für die Gestaltung von ASOs p27/CDKN1B und Dr. Rafal Ciosk (Friedrich Miescher Institut für biomedizinische Forschung Basel) für Anti-GLD-1 Antikörper. Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Biotechnologie und biologische Wissenschaften Research Council (BB/K009303/1) und eine Royal Society Wolfson Research Merit Award (WM170036), A.P.G.
MaxQ 5000 Large Incubated and Refrigerated Orbital Shaker | Thermo Fisher Scientific | SHKE5000-8CE | Floor shaker to grow yeast cells |
BBD 6220 | Thermo Fisher Scientific | CO2 incubator to grow human cells | |
Sonicator Soniprep150 | MSE | MSS150.CX4.5 | Sonicator/cell disruptor. Used to shear DNA in human cell lysates |
Stratalinker 1800 | Stratagene | Stratalinker to expose cells to UV light at 254 nm | |
Tissue Lyser | Qiagen | RETSCH MM200 | Device to mechanically disrupt yeast cells |
Refrigerated Centrifuge | Eppendorf | 5810R | Centrifuge to spin down cells, lysates |
Shaking incubator, Thriller | Peqlab | Thermoshaker for 1.5 mL tubes | |
Glass beads 0.5mm | Stratech Scientific Limited | 11079105 | Lysis of yeast cells |
Nylon Filter, 0.41 μm | Millipore | NY4104700 | Collection of yeast cells |
Millex-HA Filter, 0.45 µm | EMD Millipore | SLHA02510 | Filter to clear nematode lysate |
Eppendorf LoBind microcentrifuge tubes Protein 1.5 mL | Sigma-Aldrich | 22431081 | Minimise protein loss |
2 mL microfuge tube | Ambion | AM12425 | Yeast extract preparation and other applications |
5 mL tube | Thermo Fisher Scientific | 129A | Collection of HEK293 cell lysate |
15 mL tube | Sarstedt | 62.547.254 | Collection C. elegans |
50 mL plastic tube | Sarstedt | 62.554.502 | Collection yeast cells |
DMEM, high glucose, pyruvate | Thermo Fisher Scientific | 41966 | Media for culturing HEK293 cells |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | Used to supplement cell culture media to control bacterial contamination |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F7524 | Used to supplement cell culture media |
Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher Scientific | 11668027 | Transfection reagent |
RQ1 RNase-Free DNase | Promega | M6101 | DNAse I to degrade DNA from cell lysate |
RNasin Plus RNase Inhibitor | Promega | N2611 | RNase inhibitor to avoid RNA degradation |
cOmplete, Mini, EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836170001 | Protease inhibitor cocktail to avoid protein degradation |
Dynabeads Oligo (dT)25 | Thermo Fisher Scientific | 61011 | Magnetic beads required for the first step of mRNA-protein complex purification |
Dynabeads M-280 Streptavidin | Thermo Fisher Scientific | 11205D | Magnetic beads required for the second step of mRNA-protein complex purification |
E. coli tRNA | Sigma-Aldrich | 10109550001 | transfer RNA from E. coli used for blocking streptavidin beads and avoid unsepecific interactions |
Quick Start Bradford 1x Dye Reagent | BioRad | 5000205 | To determine protein concentration within lysates, using BSA as reference |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A7906-100G | Used to perform the standard curve that will be used as reference for protein concentration determination |
mouse anti-Act1 | MP Biomedicals | 869100 | Antibody for detection of yeast actin in Western blot (1:2,500) |
mouse anti-Act1 | Sigma | A1978 | Antibody for detection of human actin in Western blot (1:2,000) |
mouse anti-HuR | Santa Cruz | sc-5261 | Antibody for detection of HuR in Western blot (1:500) |
mouse anti–CYC-1 | Invitrogen | 456100 | Antibody for detection of Cyc-1 in Western blot (1:1,000) |
peroxidase anti-peroxidase soluble complex | Sigma | P1291 | Detection of Pfk2:TAP in Western blot (1:5,000) |
HRP-conjugated sheep anti-mouse IgG | Amersham | NXA931 | HRP-coupled secondary antibody |