Tandem splicing events occur at sites less than 12 nucleotides apart. Quantifying ratios of such splice variants is feasible using an absolute quantitative PCR approach. This manuscript describes how splice variants of the gene STAT3, in which two splicing events results in Serine-701 inclusion/exclusion and α/β C-termini, can be quantified.
Human signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) is one of many genes containing a tandem splicing site. Alternative donor splice sites 3 nucleotides apart result in either the inclusion (S) or exclusion (ΔS) of a single residue, Serine-701. Further downstream, splicing at a pair of alternative acceptor splice sites result in transcripts encoding either the 55 terminal residues of the transactivation domain (α) or a truncated transactivation domain with 7 unique residues (β). As outlined in this manuscript, measuring the proportions of STAT3‘s four spliced transcripts (Sα, Sβ, ΔSα and ΔSβ) was possible using absolute qPCR (quantitative polymerase chain reaction). The protocol therefore distinguishes and measures highly similar splice variants. Absolute qPCR makes use of calibrator plasmids and thus specificity of detection is not compromised for the sake of efficiency. The protocol necessitates primer validation and optimization of cycling parameters. A combination of absolute qPCR and efficiency-dependent relative qPCR of total STAT3 transcripts allowed a description of the fluctuations of STAT3 splice variants’ levels in eosinophils treated with cytokines. The protocol also provided evidence of a co-splicing interdependence between the two STAT3 splicing events. The strategy based on a combination of the two qPCR techniques should be readily adaptable to investigation of co-splicing at other tandem splicing sites.
短距離代替アクセプタまたはドナー部位が互いに近接している(タンデム)選択的スプライシングは、哺乳動物1、脊椎動物2植物3で一般的です。哺乳動物遺伝子の20%が2~12ヌクレオチド離れ4の代替スプライス部位を含有すると推定されます。これらのサイトの多くは、3ヌクレオチド離れており、単一のコドンの包含または除外になります。いくつかは他の人が組織特異8に基づいて規制を推測しながら、スプライシングモチーフ違いは、選択が確率的7になるように微妙であることを主張してこれらのサイト5,6でスプライシング調節の性質についての議論があります。
タンデムスプライス部位の選択が変更されたキャピラリー電気泳動7、及び高分解能ゲル電気泳動8を用いて半定量的に分析しました。 RNA-SEQ(RNA配列)の各スプライスでスプライシング比率を定量化するために使用することができる読み出しサイト。このように、RNA-のSeqデータは、タンデムスプライス部位9の規制への洞察を提供してきました。それはまた、ヌクレオチドモチーフ10に基づいて予想されるスプライスバリアント比の予測を可能にしました。単一コドンを含むか、または除外スプライシングを重視のほとんどは、より一般的に(Nは任意のヌクレオチドを=)NAGNAGsとして知られているタンデムアクセプタースプライス部位を、発生にされています。
(Yはピリミジン= GYNGYN認識モチーフを、)を含む、または単一のコドンを除くタンデムドナー代替スプライス部位は、タンデム受容体よりも一般的です。転写因子3(STAT3)のシグナルトランスデューサーおよび活性化剤は、タンデムドナーオルタナティブスプライシング1,11を受けるキー遺伝子です。タンデムドナースプライス部位は、エクソン21と22を結合し、セリン-701(SまたはΔSそれぞれ)1,11のコドンの包含または除外になります。エクソン22を接合し、下流の代替アクセプター部位(互いに離れた40ヌクレオチド)とトランス活性化ドメイン(α)または7ユニークなC末端残基と切り捨てられたトランス活性化ドメイン(β)11の55末端残基のいずれかを含めることで23A / Bの結果。したがって4つのスプライスバリアントが可能です。
STAT3タンパク質は、多数の細胞型12の転写因子と主要な信号積分器であり、変異した場合、その構成的活性化は、(参照13に概説)は、いくつかの癌表現型に寄与する。ヨブ症候群、IgEの高レベルによって特徴付けられる免疫不全障害は、また、STAT3(参照14で検討)の変異によって引き起こされます。 STAT3のαおよびβスプライスバリアントタンパク質のための明確な役割は、以前に15を説明してきました。最初は、STAT3βは、STAT3のαの転写活性を拮抗、ドミナントネガティブ様式16に作用すると考えられたが、その後の仕事は、それが独立した標的遺伝子17を有していることが示唆されました</s>アップ。タンデムスプライシングの繊細さにもかかわらず、セリン701(Ser701)の影響機能の有無を信じる理由があります。だけでなく、Ser701は、チロシン705(STAT3活性化18においてリン酸化残基)に近接しているが、最近の研究では、STAT3 SとΔSスプライスバリアントは、STAT3-中毒びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(DLBLCL)の生存能力の両方が必要であることを示唆しています細胞19。生物学的関連性が検討されていません。スプライスバリアント組成物は機能に影響を与える可能性があることを考えると、我々は比は、好酸球にサイトカイン刺激によって乱されたかどうかを発見するために努めました。
私たちは、最初にSのスプライスバリアント、AfeIのための特定の制限酵素での製品の切断に続いて、STAT3の αとβのスプライスバリアントのためのPCRの特定を使用して、2つのスプライシング事象間の連携を模索しようとしました。製品のデンシトメトリーは、Ser701の包含をrであることを示しましたoughly 10倍、より一般的なSTAT3の αとβの両方でその不作為(ΔS)よりも(データは示さず)。しかし、この半定量的アプローチは十分に再現性がなかったし、同時に4つのすべてのスプライス変異体を測定するために効果的に使用することができませんでした。 4スプライス変異体の各々の割合を分析するためには、厳しい技術的(所定のサンプルのいくつかのアッセイ)を得た定量的PCR(定量PCR)プロトコル複製を確立する必要がありました。
相対定量PCRは、特定のレベル20で発現することが知られている標準またはハウスキーピング遺伝子を目的の遺伝子の比較に依存し、関心とハウスキーピング遺伝子の遺伝子が同様の効率で増幅されるときに適切です。ダブル本鎖(ds)DNA結合蛍光(シアニン)染料は、PCRアンプリコン21に結合し、サイクルの特定の番号の後に、十分な増幅が検出可能で蛍光を発生しました。初期レベルが高いです転写産物のより低い閾値サイクル(Ct)値。 cDNA調製物の濃度が異なるので、一つは好酸球22内グルクロニダーゼβ(GUSB)のように、全てのサンプルで一貫したレベルで発現することが知られている転写産物の濃度のトランスクリプトの濃度を比較する必要があります。
相対定量PCRは、タンデムスプライシングから生じるスプライス変異体に見られるように、非常に類似する配列のために不可能です。具体的スプライス変異体を増幅するために必要なストリンジェントな条件は、効率低下をもたらします。その代わりに、絶対的定量は、23を使用する必要があります。これは、関心のスプライスされた転写物の既知濃度の標準曲線を作成し、PCR条件は、特異性24を最適化確保伴います。説明したように、特定の遺伝子の絶対及び相対定量PCRデータはで、特定の細胞型における遺伝子の発現の理解を通知するためにマージすることができこの場合、種々の刺激好酸球におけるSTAT3 25。
本明細書において、STAT3スプライス変異体の定量は、方法は、他のタンデムスプライシング事象の標的研究に適合させることができることを期待して説明します。最適化は、様々な濃度とサイクリングパラメータの多数の反復でいくつかのプライマー対は、数ヶ月にわたって試験した長いプロセスでした。プロトコルの主な機能は、スプライスバリアントの既知濃度の標準曲線に基づいて、プライマー特異性の検証と定量化されています。一緒に相対定量PCRは、我々のアプリケーションのために有用証明したが、必要はありません。
私たちは、好酸球およびリンパ腫細胞におけるSTAT3のスプライスバリアントの転写物のレベルおよび比率を評価し、サイトカイン刺激がレベル及び割合に影響を与えたかどうかを学ぶためにこのプロトコルを開発しました。 STAT3は、それが癌における腫瘍性タンパク質または腫瘍抑制因子として機能するかどうかについてのレポートを矛盾すると、理由は、その多面的かつ不確実な機能性の特に重要である(参照33に概説されています)。 STAT3のαとβのスプライスバリアント機能の違いは、以前に34,35を特徴としていた、と私たちのプロトコルは、Sの最適な比率の必要性を示唆しているノックダウン/再発現解析を容易にし、ΔSは19を転写産物。
異なるスプライス変異体の正確な定量化は、変異体組成物をスプライスする異種のSTAT3の機能に関連するさらなる調査を容易にします。プロトコルは、ABの能力を組み合わせて、絶対と相対のqPCRデータを統合します溶質のqPCRは、スプライスバリアントの割合を計算し、相対定量PCRは、全体的なSTAT3発現の変化を測定します。このアプローチは、1シーケンスの微妙な違いを区別し、同時に50以上のヌクレオチド離れた二つの代替スプライス部位でのスプライシング比を測定することができます。個別スプライシング事象の比率を決定することは、共同スプライシングバイアスがΔSβレベル2つのサイトの使用は、ランダムに25をスプライスされた場合に予想されるよりも高いことなど存在していた驚くべき知見が得られていないだろう。
批判的に、プラスミド較正曲線を用いた絶対定量PCRは非常に類似した配列を生じるスプライスバリエーションの(サブ最適な効率で)定量化を可能にします。我々は微妙なスプライシングのqPCRアッセイを最適化するために、およそ2ヶ月かかるべき小説を期待しています。アッセイ開発における重要なステップは、絶対定量PCRのための標準曲線を生成する際に使用されるSTAT3プラスミドの作成です。実験特異性および再現性を保証するために、最適なプライマー配列とサイクリングパラメータを決定します。そして、相対定量PCRデータの統合は、GAPDH発現にパン-STAT3の発現の相対定量由来します。累積定量対STAT3をパンすることによって定量コピー数の相関(Sα+ΔSα+Sβ+ΔSβ)プロトコルは、信頼性のある結果をもたらすことを示しています。
技術の注意点は、大規模な検証プロセスです。アッセイ内変動性(再現性)、アッセイ間変動性(再現性)および特異性を評価する必要があります。プロトコルは、これらのパラメータの数値の出力を取得する方法の概要を説明します。私たちは、効率性を≥75%、特異性因子≥4、変動係数(再現性)≤10%とCT標準偏差(再現)≤0.2などの適切なしきい値30とみなします。 STAT3配列のアミノ酸1から690における突然変異または欠失はdiscoveではありませんこれらはスプライシング率に影響を与えるかもしれないが、このプロトコルによって赤。トランスクリプトの割合は比率36を proteoformに比例していない可能性があります。
サンプルは全cDNAの量を開始異なっているため、絶対的な定量PCRは、確立されたハウスキーピング遺伝子を使用して相対的定量PCRに結合されていない限り、サンプル内ではなく、サンプル間の比較のためのスプライス変異体のコピー数を比較するのに適しています。この方法は、再現性30 MIQEのqPCRガイドラインに準拠します。 PCRサイクリングパラメータおよびプライマー濃度は、他の機器が使用される場合、再現データを取得するように変更される必要があるかもしれません。パーフェクト特異性は大幅に効率を犠牲にすることなく可能ではありませんが、ターゲットは桁違いの4以上のことにより、より効率的に増幅しました。
線状DNAは、より容易に、円形よりも増幅されます。代替プラスミドが良好標準曲線を提供していない場合(R 2 <; 0.95)、前定量化への単一のサイトの制限によりプラスミドを線形化することを検討してください。定量PCRを最適化する( 図1)は、良好な品質のデータを得るために重要です。ほとんどの定量PCRプロトコルは、2ステップサイクリングに依存している、そしてマシンはそれに応じて最適化されています。加熱ブロックの不均一な加熱は、乏しい再現性に寄与する、三段階サイクルで悪化してもよいです。アッセイは、理想的には、専用の層流フード内で、フィルターピペットチップと超純水で無菌条件下で設定する必要があります。汚染物質が一貫性のない結果につながる可能性があるため、アッセイは、理想的には、専用の層流フード内で、フィルターピペットチップと超純水で無菌条件下で設定する必要があります。定量PCRの最適化の詳細については、バスティンらを参照してください。32
STAT3を定量化するコンテキストの数でより深い洞察につながる可能性があります。 STAT3の独自の表現37を自動調節し、上記のプロトコルが役立つことがありますSTAT3スプライス変異体の比率は、この正のフィードバックループを規制に貢献するかどうかを解明します。密度38または開発の過程で異なるの細胞において観察されたようなプロトコルは、スプライス変異体比の変化を研究するために使用することができる。それは、造血16中のタンパク質レベルでのSTAT3α/β比が変化することが知られています。サンディンら 。ヨブ症候群39患者のSTAT3におけるエクソン12のイントロンの単一塩基多型バイアスされたスプライシングことがわかりました。エキソン21および22、またはエクソン22と23の間のイントロン中に存在する多くのSNPのいずれかがそれぞれΔS/ Sのスプライシング比およびα/βに寄与し得ると考えられます。アッセイは、スプライシングの調節における突然変異または変化はスプライシングプロセス40にバイアスを導入することができる癌細胞におけるSTAT3の転写を定量化するために使用することができます。 observとして(SF3B1のような)スプライシング因子の変異は、骨髄異形成症候群でのED 41は、また、このプロトコルによって測定することができる変化をもたらすことができます。
より広くは、このアプローチは、具体的には、従来のRNA-のSeq、また標準的な定量PCRと現実的ではありませんスプライシングにおける共同関連を検出します。相互排他的エクソンスプライシングの現象は、スプライシングの決定の調整を示しているが、他のスプライシング事象の同時会合は、よく研究されていません。完全長cDNAを調べるように、RNAのSeqが変更された最近記載された別の方法は、以前に42思ったより遠くのスプライシング事象が複数の共依存している示唆しています。
STAT3は、ドナータンデムスプライス部位が含まれています。アクセプタータンデムスプライス部位は、43より頻繁であり、概説したプロトコルの原理はNAGNAGスプライシングと200ヌクレオチド内の他のスプライシング事象の同時検出のためのアッセイを開発するための出発点として役立つことができます。その他potenシャルアプリケーションはインデルまたはダブル/トリプル塩基多型44のような他の微妙な配列の違い、の一致の定量化を含みます。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、気道炎症とリモデリングにおける好酸球の役割にプログラムプロジェクト助成のための健康NHLBIの国立研究所を承認したいと思います:P01HL088584(PI:N. Jarjour)、およびウィスコンシン大学のカーボンがんセンター医学科学内資金調達のために。私たちは4 STAT3変異体をクローニングするためのダグラスアニスに感謝します。
MJ Research PTC-200 Thermal Cycler | GMI | N/A | Used for standard PCR |
7500 Real-Time PCR System | Applied Biosystems | N/A | qPCR machine |
GS-6R | Beckman Coulter | N/A | centrifuge for 96-well plates |
Nanodrop 2000 sprectrophotometer | ThermoFisher Scientific | N/A | |
RPMI-1640 medium | Sigma Aldrich | R8758 | cell culture medium |
PfuTurbo DNA Polymerase | Agilent Technologies | 600410 | DNA polymerase for standard PCR |
KpnI | New England Biosciences | R0142S | |
NheI | New England Biosciences | R0131S | |
SYBR Green PCR Master Mix | Qiagen | 330523 | qPCR, DNA polymerase/dsDNA-binding dye mix |
Rneasy Mini Kit | Qiagen | 74204 | RNA extraction kit |
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen (ThermoFisher Scientific) | 18080-044 | cDNA synthesis kit |
Primers | Integrated DNA Technology | N/A | |
NEBuffer 1.1 | New England Biosciences | B7201S | |
GenePure LE Agarose | ISC BioExpress | E-3120-500 | component of TAE gel |
Pipettors | Major lab suppliers (MLS) | N/A | |
Filter pipette tips | Neptune Scientific | BT10XL, BT20, BT200 | |
EU One Piece Thin Wall Plate | MidSci | ABI7501 | |
ThermalSeal A Sealing Film | MidSci | TSA-100 | 96 well plate seal |
pET-Elmer (variant of pET-28a) | Novagen; modified in Mosher lab | N/A | Details in PMID: 20947497 |
Wizard Plus SV Minipreps DNA purification system | Promega | A1460 | Plasmid purification |
BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit | ThermoFisher Scientific | 4337455 | Sequencing kit |
QIAEX II Gel Extraction kit | Qiagen | 20021 | Amplicon purification |
DH5α competent cells | ThermoFisher Scientific | 18265-017 | available from several providers, see PMID: 2162051 |
kanamycin | Research Products International Corp. | K22000-5.0 | |
Tris base | ThermoFisher Scientific | BP152-5 | component of TAE buffer |
Acetic acid, glacial | ThermoFisher Scientific | A38C-212 | component of TAE buffer |
EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) | Sigma Chemical Company (Sigma Aldrich) | E-5134 | component of TAE buffer |
Bacto Tryptone | BD Biosciences | 211705 | component of Luria Broth |
Bacto Yeast extract, technical | BD Biosciences | 288620 | component of Luria Broth |
Sodium chloride | ThermoFisher Scientific | S271-10 | component of Luria Broth |
Sodium hydroxide | ThermoFisher Scientific | SS255-1 | component of Luria Broth |
Bacto Agar | BD Biosciences | 214010 | component of Luria Broth plate |
Lasergene SeqBuilder | DNASTAR | Figure 1 generated using Lasergene SeqBuilder software version 12.2.0 (DNASTAR) |