ここでは、RNAのDNAzyme依存性切断に関するプロトコルを提示する。これにより、RNA 2′-O-メチル化の迅速かつ部位依存性の分析が可能になります。このアプローチは、snoRNA活性の予備的または主要な評価に使用することができる。
ガイドボックスC/D小型核RNA(snoRNA)は、リボソームおよび小核RNAの2′-O-メチル化を触媒する。しかしながら、高い真核生物における多数のsnoRNAは、他のRNA種および2′-O-メチル酸複数の標的を無差別に認識してもよい。ここでは、DNAzymesと呼ばれる短いDNAオリゴヌクレオチドを用いた確立された方法を用いたサイト特異的2′-O-メチル化の高速かつ非高価な分析のためのステップバイステップガイドを提供する。これらのDNA断片には、特定のコンセンサス位置でRNAを切断する触媒配列と、そのRNA標的にDNAzymeを導く可変相同性アームが含まれています。DNAzyme活性は、RNAにおける切断部位に隣接するヌクレオチドの2-O-メチル化によって阻害される。したがって、DNAzymesは、切断された配列のコンセンサスによってのみ制限され、snoRNA媒介RNA 2′-O-メチル化の迅速な分析のための完璧なツールです。サッカロマイセスセレビシエにおける25SリボソームRNAのsnR13誘導2′-O-メチル化を分析し、この技術の簡略性を実証し、DNAzyme依存性アッセイの詳細なプロトコルを提供した。
RNA修飾は、遺伝子発現の調節において重要な役割を果たす。RNA 2′-O-メチル化および擬似性酸化は、それぞれボックスC/DおよびボックスH/ACA小型核RNA(snoRNA)によって導かれ、RNAを分解から保護し、より高次構造1、2、3を安定化させる.SnoRNA標的は、主にリボソームRNA(rRNA)および小型核RNA(snRNA)で同定されている。しかし、より高い真核生物では、割り当てられた機能を持たない何百ものsnoRNAが存在する可能性があり、そのうちのいくつかは複数のRNA1、4、5、6、7を認識する可能性があります。したがって、snoRNA誘導修飾の同定と分析を可能にする方法は、細胞プロセスを支配するメカニズムを明らかにする上で重要なツールである。
ボックスC/D snoRNA誘導性2′-O-メチル化部位は、RNase H指向切断、または逆転転写を採用する部位特異的およびゲノム全体の方法を含む多くの技術によって生物学的に生物学的に同定され、実験的に確認することができる。低ヌクレオチド(dNTP)濃度アプローチ8、9、10、11で。これらの技術は非常に敏感であるが、また、手間がかかり、高価であるため、初期または迅速なテストには適していない可能性があります。2′-O-メチル化部位を同定する最も簡単で低コストな方法の1つは、DNAzyme依存性RNA切断12である。DNAzymesは、特定の位置でRNAの内核溶解切断が可能な短い、一本鎖および触媒活性DNA分子です。それらは、保存され、触媒的に活性なコア配列と、ワトソン・クリックベース対化によってRNA標的にハイブリダイズするように設計された可変配列からなる5’および3’結合アームで構成される(図1)。したがって、5’および3’腕は、特定のRNA部位に触媒配列を提供する。DNAzyme依存性切断は、切断部位12、13の直接上流に位置するヌクレオチドの2′-O-メチル化によって阻害される。これにより、DNAzymesは、置換または既知のRNA 2′-O-メチル化部位の分析のための非常に実用的なツールになります。
RNA修飾解析には2種類のDNAzymesが使用されています12.10-23 DNAzyme(図1A)の活性配列は、標的RNAプリンピリミジン(RY)ジヌクレオチドの周りにループを形成し、これら2つのヌクレオチド間の切断を触媒する15ヌクレオチド(5’RGGCTAGCTACAACGA3′)から構成される。RNAプリン(R)はDNAzymeと塩基対化されず、DNAzyme上の2′-O-メチル化は切断を阻害する。10-23 DNAzymesの結合アームは、通常、長い10〜15ヌクレオチドである。第2のDNAzymeクラス、8-17 DNAzymes(図1B)は、14ヌクレオチド触媒配列(5’TCCGAGCCGGACGA3′)を含む。ヌクレオチドC2、C3およびG4対C9G10およびG11を伴い、短いステムループ構造を形成する。 8-17 DNAzymesは、DNAzyme活性配列からの最初のチミンと不完全に組み合わされた任意のグアニンの上流のRNAを切り開く。グアニンの上流のRNAヌクレオチドはDNAzymeと塩基対化されず、その2′-O-メチル化は切断を損なう。8-17 DNAzymesは、その特定の配列にDNAzymeを導くために約20ヌクレオチドのより長い相同性腕を必要とする。
ここでは、10-23および8-17 DNAzyme依存アプローチ12、13(図1C)を用いてサッカロマイセスセレビシエにおけるrRNAの2′-O-メチル化の分析のためのステップバイステッププロトコルを提供する。このプロトコルは、他の生物およびRNA種に容易に適合し、部位特異的RNA 2′-O-メチル化の高速、予備または主要な分析のために使用することができる。
DNAzyme依存性消化は、サイト特異的RNA2′-O-メチル化12、13を分析するための簡単かつ迅速な方法として使用することができる。DNAzymesは、切断部位の上流にあるヌクレオチドがメチル化されていない場合にRNAを切断する。RNase H指向消化を含む他のアプローチとは対照的に、低ヌクレオチド濃度におけるアルカリ分解または逆転転写、定量的PCRまたはシーケンシング8、10、11を含む,16, DNAzyme アプローチは、任意の分子生物学研究室に存在する単純なDNAオリゴヌクレオチドおよび塩基試薬を必要とします。さらに、DNAzymesは、ボックスH/ACA snoRNA12によって媒介されるRNA疑似化を分析する同様の方法で使用することができ、これはsnoRNA標的を研究する上で汎用性の高いツールとなる。
DNAzyme依存的アプローチは、切断部位コンセンサス配列17によってのみ制限される。10-23 DNAzymesは、RYジヌクレオチドの位置Rでのみ2′-O-メチル化を分析するために使用することができ、一方、8-17 DNAzymesはグアニンの上流に位置するヌクレオチドの修飾を認識する。その結果、ジヌクレオチド中の第1ヌクレオチドの2′-O-メチル化のような修飾は、グアニンアデニン(GA)、アデニン-アデニン(AA)、ピリミジンアデニン(YA)およびピリミジン-ピリミジン(YY)を分析することができない。また、DNAzyme依存性切断12の低効率を考慮すべきである。一部のDNAzymesはRNAをほぼ完全に包むが(図3B)、多くのDNAzymesは標的を部分的にしか消化しない(図3B)。効率は、切断部位を取り巻く配列に依存してもよい。例えば、同じヌクレオチドの伸びを有するRNA領域は、DNAzyme活性配列の正しい位置決まりに影響を与えうる。さらに、強い二次構造を形成するRNA領域は、標的配列へのDNAzyme結合を再ハイブリダイズおよび抑制してもよい。これらの問題を克服するために、10-23 DNAzymeおよびそのRNA基板の加熱および冷却のサイクルを18に適用することができる。
我々は、DNAzymeアプローチを用して、rRNAの2′-O-メチル化を調べた。1つは、N6-メチルラデノシン19などの他のRNA修飾を分析するために、この技術を使用することができます。リボソームRNAは、その豊富さのために、電気泳動によって分析することができ、切断産物は、紫外線の下で可視化することができます。しかし、これはRNAポリメラーゼII生成コードRNA(mRNA)および非コードRNA(ncRNA)のようなあまり豊富なRNAには適用されません。これらのRNAは、通常、アガロースまたはポリアクリルアミドゲル中のRNA染色によって直接検出することはできません。このような場合、DNAzyme依存性切断は、ノーザンブロッティングによって可視化することができ、PCR/定量PCRによって間接的に検出されるか、またはポリメラーゼ(例えば、クレンタクDNAポリメラーゼ)を用いて定量的PCRによって分析され、2′-O-メチル化RNAを判別することができる。非メチル化RNA20,21.
The authors have nothing to disclose.
マヤ・ウィルソンとアネイカ・レニーに原稿を批判的に読んでくれたことに感謝します。この作品は、ウェルカム・トラストとロイヤル・ソサエティ(200473/Z/16/Z)が共同出資するヘンリー・デール・フェローシップによって支援されました。
Chemicals | |||
Acid phenol | SIGMA | P4682 | |
Agarose | VWR | A2114 | |
Ammonium acetate | SIGMA | A1542 | |
Chlorophorm | Fisher scientific | 10293850 | |
DNase/RNase free water | Fischer Scientific | 10526945 | |
DNAzyme | Integrated DNA Technology | Custom oligo DNA | |
EDTA | SIGMA | E9884 | |
Ethanol Absolute | Fisher scientific | 10437341 | |
Formaldehyde | Sigma | F8775 | |
Formamide | sigma | F9037 | |
Galactose | SIGMA | G0750 | |
Gel Loading Dye | Thermo Fisher Scientific | R0611 | |
Glucose | SIGMA | G7021 | |
Glycogen | Thermo Fisher Scientific | R0561 | |
HEPES | SIGMA | H3375 | |
Isoamyl | SIGMA | W205702 | |
KCl | SIGMA | P9333 | |
MgCl2 | SIGMA | M8266 | |
MnCl2 | SIGMA | 244589 | |
MOPS | SIGMA | M1254 | |
NaCl | SIGMA | S7653 | |
Oxoid Peptone Bacteriological | Thermo Fisher Scientific | LP0037 | |
Oxoid Yeast Extract Powder | Thermo Fisher Scientific | LP0021 | |
RiboLock RNase Inhibitor (40 U/µL) | Thermo Fisher Scientific | EO0382 | |
SDS | SIGMA | 74255 | |
Sodium acetate trihydrate | SIGMA | S8625 | |
SYBR Safe DNA Gel Stain | Thermo Fisher Scientific | S33102 | |
Tris base | SIGMA | TRIS-RO | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
1.5 mL microtubes | Sarstedt | ||
152VR5C01M -80°C freezer | Thermo Fisher Scientific | ||
250 mL Erlenmeyer flasks | Cole-Parmer | ||
50 mL conical tubes | Sarstedt | ||
Combicup VX200 vortex | Appleton Woods | ||
DS-11 microspectrophotometer | Denovix | ||
Electrophoresis chamber (20 cm tray) | SIGMA | ||
FiveEasy F20 pH meter | Appleton Woods | ||
Gel documentation system | Syngene | ||
Heraeus Fresco 21 micro centrifuge | Fisher Scientific | ||
Megafuge 8R centrifuge with rotator suitable for 50 mL conical tubes | Fisher Scientific | ||
Mini Fuge Plus mini centrifuge | Starlab | ||
Mixer HC thermal block | Starlab | ||
OLS26 Shaking Water Bath | Grant | ||
PowerPac power supplier | BioRad |