ここでは、定量的なリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応ベースのプロトコルが、リポタンパク質粒子の天然マイクロ RNA 含量 (絶対/相対) の決定のために提示される。加えて、マイクロ RNA レベルを増加させるための方法、ならびにリポ蛋白質粒子の細胞取り込み速度を決定するための方法が、実証される。
リポタンパク質粒子は、主に血流中の脂質およびコレステロールのトランスポーターである。さらに、少量のノンコーディングマイクロ Rna (miRNA) を含有しています。一般に、miRNA は、メッセンジャー RNA (mRNA) との相互作用によりタンパク質発現プロファイルを変化させる。したがって、リポタンパク質粒子の相対および絶対 miRNA 含量の知識は、細胞粒子取り込みの生物学的効果を推定するために不可欠である。ここでは、定量的なリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応 (qPCR) ベースのプロトコルを用いて、天然および miRNA 濃縮リポタンパク質粒子について例示されたリポタンパク質粒子の絶対 miRNA 含有量を決定します。相対 miRNA 含有量は、マルチウェルマイクロ流体アレイ・カードを使用して定量化されます。さらに、このプロトコルは、科学者が細胞 miRNA を推定することを可能にし、したがって、リポタンパク質粒子取込み速度である。人為的に miRNA を装填した高密度リポタンパク質 (HDL) 粒子を使用する場合、細胞 miRNA レベルの有意な増加が観察されますが、天然の HDL 粒子とのインキュベーションは、それらのむしろ低い miRNA 含量のために有意な効果をもたらしません。対照的に、低密度リポタンパク質 (LDL) 粒子の細胞の取り込みは、ネイティブ miRNA と人工的にロードされていません-細胞 miRNA レベルを変化させませんでした。
リポタンパク質粒子は、コレステリルエステルエステルおよびトリグリセリド脂肪のコアを内包する両親媒性脂質およびコレステロールの単層から構成される。粒子全体は、粒子の生物学的機能を定義する膜埋め込まれた apolipoproteins によって安定化される。リポ蛋白粒子は、それぞれの増加密度に応じて区別することができ、したがって、サイズを減少させる、すなわち超低密度リポタンパク質 (VLDL)、中間密度リポタンパク質 (IDL)、LDL、および HDL 粒子として。血流中の水不溶性成分の輸送にもかかわらず、HDL 粒子が miRNA1,2の非コーディング鎖を運ぶことが実証されています。マイクロ rna は短い (通常2ダースヌクレオチドの) RNA 鎖のクラスであり、これは細胞内相補的 mRNA 鎖を分解し、それにより、ある種のタンパク質の発現プロファイルを変化させる3、4、5、 6さらに、miRNA プロファイルの改変が種々の疾患において見出され、従って、プロファイルは、診断および予後のためのバイオマーカーとして適用可能である。リポ蛋白粒子を介した細胞間の Mirna の細胞外輸送は、細胞間 mRNA レベル変調のための追加機構として機能し得る。生体効果を定量的に推定するためには、リポタンパク質粒子の絶対的および相対 miRNA 含量に関する知識が必要である。
定量的リアルタイム PCR は、この情報を取得するための適切で比較的迅速な方法です。したがって、相対定量化 (RQ) 値を計算することができ、異なるサンプルとリポ蛋白画分の間の相対差は推定可能である。マルチウェルマイクロ流体アレイカードは、サンプル中の Mirna の相対存在 (RQ 値に相当) を決定するための高速で使いやすい方法です。マルチウェルマイクロ流体アレイカードは、マイクロ流体デバイスに埋め込まれた個々の qPCR 反応のための96または384の個々の反応チャンバから成ります。各チャンバには、1つの個々の miRNA に必要な加水分解プローブおよび特異的 qPCR プライマーが含まれています。その利点は、標準化による短い処理時間、簡単なワークフロー、ピペット操作の回数の減少です。さらに、必要なサンプル容積は最小になる。相対定量とは対照的に、絶対 miRNA 含有量には、miRNA ストランドの既知の絶対数の標準曲線との qPCR サンプル結果の比較が必要です。そのため、miRNA 含量が比較的低く、標準であること、さらに、単一分子感受性イメージング技術でさえも実現可能でないということは、miRNA を用いたリポタンパク質粒子の人工的な濃縮は、細胞学を研究するために不可避であることに留意すべきであるリポタンパク質粒子相互作用および miRNA 転送。これに関して、HDL 粒子の delipidation はその後に続く relipidation7を用いて、miRNA ストランドを用いて濃縮することを可能にする。MiRNA を用いた LDL 粒子の同様の濃縮は、LDL 粒子の主な構成成分である apoB-100 タンパク質の疎水性のために実現可能ではない。しかしながら、極性溶媒を添加することによりジメチルスルホキシド (DMSO)、これは脂質膜を貫通することができ、LDL 粒子は同様に miRNA 鎖を人工的に装填することができる。
高速原子間力顕微鏡 (HS-AFM) は、subnanometer 空間的および subsecond 時間的分解能8を提供する生物学的標本の特徴付けのための強力なツールです。それ故に、それは、ネイティブ/再構成/標識リポタンパク質粒子が近生理的環境下で画像化することができるように変性リポタンパク質粒子の品質管理のための十分に適した技術である。
ここでは、qPCR ベースのプロトコルを段階的に提示して、リポタンパク質粒子および細胞サンプルの絶対/相対 miRNA 含有量を決定し、これにより細胞リポタンパク質粒子の取込み速度を推定することができます。さらに、miRNA を用いたリポ蛋白質粒子の濃縮のための方法が実証されている。この方法は、リポタンパク質含量の一般的な操作のために適合され得る、したがって、薬物送達のための標的としてのリポタンパク質粒子の適用性を実証する。
ここでは、ヒト血液からのリポ蛋白質粒子画分の単離とそれらの個々の miRNA 含量の決定について、段階的に説明する。単離および合成された miRNA を処理しながら、RNase フリーの環境で作業することが重要であり、粒子組込み miRNA は、酵素分解から明らかに守られる。天然リポタンパク質粒子の miRNA/粒子比がかなり低くなるにつれ、細胞のホロ粒子取り込みを研究するために miRNA による人工的な濃縮が必要となる。これにより、前述の7のような HDL 粒子の再構成が、miRNA ストランドを組み込むように修飾される。さらに、この手順の間の脂質およびタンパク質フラクションの分離は、科学者がリポ蛋白質粒子19の脂質およびタンパク質関連成分を調べることを可能にする。同様の方法で、LDL 粒子の標識手順が適合される。興味深いことに、スペルミンの添加 (ヌクレオチドの自然な安定剤) は、miRNA/粒子比に影響を与えませんでした。原理的には、この方法は、リポタンパク質粒子内の miRNA 以外の他の物質の infolding を可能にすることに留意すべきである。もちろん、HDL (直径: 5-12 nm) と LDL 粒子 (直径: 18-25 nm) の全体的なサイズに基づいて物質の物理的サイズに関して制限がある。
再構成/標識リポタンパク質粒子の品質管理に関して、HS − AFM は、単一の粒子レベルで HDL/LDL 粒子を特徴付けるのに適用可能な方法である。EM と比較して、それはより短い準備時間および近い生理学的な条件 (ぬれた、室温) を可能にする。
固有の感度と増幅により、qPCR は低 miRNA 濃度を検出するための選択方法です。あるいは、単一分子感受性蛍光顕微鏡は、個々の分子をも検出することができ、例えば、粒子当たりの蛍光標識された miRNA ストランドの低濃度のためには適さないであろう。したがって、天然リポタンパク質粒子当たりの miRNA 鎖の比は、10− 8であることが見出された。人工的な濃縮は、1万の係数によって比を増加させ、これは細胞リポタンパク質取り込み速度の推定を容易にする (天然のリポタンパク質粒子19を使用して有意な差は検出されない)。QPCR の高感度により、インキュベーション時間と miRNA/粒子比の後の miRNA 鎖の数を測定することでこの取込み速度を決定することができます。計算された値は、細胞の劣化および miRNA の放出を無視し、従って、リポタンパク質粒子取り込み比について少なくとも下限を表すことに留意すべきである。
将来的には、この方法は、医薬物質 (特に親油性のもの) を細胞内に移し、それらの生物学的効果と細胞内濃度を相関させることができる (リポ蛋白質粒子の取り込み速度によって決まる)。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、オーストリア科学基金プロジェクト P29110 ・ B21、「Hochschuljubiläumsstiftung ・デア・シュタット・ウィーン zur Förderung ・デア・ Wissenschaft」プロジェクト H-3065/2011、欧州地域開発基金 (EFRE、IWB2020)、連邦国家オーストリア、そして「陸 OÖ Basisfinanzierung」。
Ultracentrifuge | Beckman | Optima L-100 XP | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge rotor | Beckman | TI 55.2 | Lipoprotein isolation |
Vacutainer (EDTA) | Becton Dickinson | 366643 | Lipoprotein isolation |
Kaliumbromid | Sigma Aldrich | 2110 | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge tubes | Beckman | 342414 | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge tube sealer | Beckman | 342428 | Lipoprotein isolation |
Sodiumchlorid | Carl Roth GmbH | P029.2 | Lipoprotein isolation |
EDTA | Fisher Scientific | D/0650/50 | Lipoprotein isolation |
Dialysis tubes, MWCO 12 – 14k | Spectra | 132700 | Lipoprotein isolation |
synthetic miRNA | microSynth | – | synthetic miRNA |
TRIS buffer pH 7 | Ambion | AM9850G | synthetic miRNA |
TRIS buffer pH 8 | Ambion | AM9855G | synthetic miRNA |
sterile tubes | Carl Roth GmbH | ENE8.1 | synthetic miRNA |
Photometer | Eppendorf | Eppendorf Biophotometer | Bradford assay |
Cuvette | Carl Roth GmbH | XK20 | Bradford assay |
Coomassie G-250 Stain | BioRad GmbH | 161-0786 | Bradford assay |
Sodiumchlorid | Carl Roth GmbH | 3957.1 | Delipitation |
EDTA | Fluka Analytical | 03690-100ML | Delipitation |
TRIS buffer pH 8.0 | Ambion | AM9855G | Delipitation |
Ethanol 100% | AustrAlco | Ethanol Absolut 99.9% | Delipitation |
Diethyl ether | Carl Roth GmbH | 3942.1 | Delipitation |
Centrifuge | Thermo Scientific | Multifuge X3R | Delipitation |
Chloroform | Carl Roth GmbH | 3313.1 | Reconstitution |
Methanol | Carl Roth GmbH | 4627.1 | Reconstitution |
Phosphatidylcholine | Sigma Aldrich GmbH | P3556-25mg | Reconstitution |
Cholesterol oleate | Sigma Aldrich GmbH | C-9253-250mg | Reconstitution |
cholesterol | Sigma Aldrich GmbH | C8667-500mg | Reconstitution |
glass tubes | Carl Roth GmbH | K226.1 | Reconstitution |
spermine | Sigma Aldrich GmbH | S3256-1G | Reconstitution |
Thermomixer | Eppendorf | Thermomixer comfort | Reconstitution |
Sodium deoxycholate | Sigma Aldrich GmbH | 3097-25G | Reconstitution |
Magnetic stir bar | Carl Roth GmbH | 0955.2 | Reconstitution |
100µL micropipettes | Carl Roth GmbH | A762.1 | Reconstitution |
PBS | Carl Roth GmbH | 9143.2 | Dialysis |
Amberlite XAD-2 beads | Sigma Aldrich GmbH | 10357 | Dialysis |
Slide-A-Lyzer casette (cut-off 20 kDa) | Thermo Scientific | 66003 | Dialysis |
Syringe | Braun | 9161406V | Dialysis |
Syringe needle | Braun | 465 76 83 | Dialysis |
EGTA | Carl Roth GmbH | 3054.2 | Labeling of LDL particles |
DMSO | life technologies | D12345 | Labeling of LDL particles |
Atomic Force Microscope | RIBM | SS-NEX | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Muscovite Mica (V-1 Grade) | Christine Gröpl | G250-1/V1 | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
AFM Cantilever | Nanoworld | USC-F1.2-k0.15 | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Gwyddion 2.49 | Czech Metrology Institute | http://gwyddion.net | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Chamber slides, Nunc Lab-Tek | VWR | 734-2122 | Cell culture |
HBSS | Carl Roth GmbH | 9117.1 | Cell culture |
Cell counter | Omni Life Science GmbH | Casy | Cell culture |
miRNeasy Mini Kit | QIAGEN | 217004 | miRNA extraction |
Centrifuge | Eppendorf | 5415R | miRNA extraction |
20G needle | Braun | Sterican 465 75 19 | miRNA extraction |
5ml syringe | Becton Dickinson | 309050 | miRNA extraction |
PCR cabinet | Esco | PCR-3A1 | Reverse Transcription |
TaqMan Reverse Transcription Kit | Thermo Scientific | 4366596 | Reverse Transcription |
Rnase-free water | Carl Roth GmbH | T143 | Reverse Transcription |
0.2 ml tubes | Brand | 781305 | Reverse Transcription |
Centrifuge | Carl Roth GmbH | Microcentrifuge AL | Reverse Transcription |
Thermocycler | Sensoquest | Labcycler | Reverse Transcription |
TaqMan Primer | Thermo Scientific | – | qPCR |
iTaq Universal probe supermix | BioRad GmbH | 1725131 | qPCR |
PCR machine | Corbett | Rotor-Gene RG-6000 | qPCR |
TaqMan MicroRNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4366596 | TaqMan Array |
Megaplex RT Primers, Human Pool A v2.1 | Applied Biosystems | 4399966 | TaqMan Array |
TaqMan PreAmp Master Mix | Applied Biosystems | 4391128 | TaqMan Array |
Megaplex PreAmp Primers, Human Pool A v2.1 | Applied Biosystems | 4399933 | TaqMan Array |
TaqMan Universal Master Mix II, no UNG | Applied Biosystems | 4440040 | TaqMan Array |
TaqMan Advanced miRNA Human A Cards | Applied Biosystems | A31805 | TaqMan Array |
Nuclease-free water | Thermo Scientific | R0581 | TaqMan Array |
MgCl2 (25mM) | Thermo Scientific | R0971 | TaqMan Array |
TE, pH 8.0 | Invitrogen | AM9849 | TaqMan Array |
7900HT Fast Real-Time PCR System | Applied Biosystems | 4351405 | TaqMan Array |
TaqMan Array Card Sealer | Applied Biosystems | – | TaqMan Array |