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.
Ближнее (тандем) альтернативный сплайсинг, где альтернативные акцепторные или донорные участки находятся в непосредственной близости друг от друга, часто встречается у млекопитающих, беспозвоночных 1 2 и 3 растения. Подсчитано , что 20% генов млекопитающих содержат альтернативные сайты сплайсинга 2-12 нуклеотидов друг от друга 4. Многие из этих сайтов 3 нуклеотидов друг от друга и приводят к включению или исключению одного кодона. Существует дискуссия о характере регуляции сплайсинга в этих местах 5,6 с некоторыми утверждая , что различия сплайсинга мотив настолько тонки , что выбор является стохастической 7, в то время как другие сделать вывод , регулирование на основе тканевой специфичности 8.
Тандем выбор сайтов сплайсинга был проанализирован полуколичественно с использованием модифицированного капиллярного электрофореза 7 и гель – электрофореза с высоким разрешением 8. РНК-Seq (РНК секвенирования) считывает может быть использован для количественного определения коэффициентов сплайсинга на каждом сращиваниясайт. Таким образом, РНК-Seq данные дали представление о регулировании тандем сайтов сплайсинга 9. Он также позволил предсказать ожидаемые коэффициенты варианта сплайсинга на основе нуклеотидной мотива 10. Большинство акцент на сплайсинга, который включает или не включает один кодон на наиболее часто встречающихся сайтов сплайсинга тандем акцепторных, известный как NAGNAGs (где N = любой нуклеотид).
Тандем-доноров альтернативные сайты сплайсинга включая или исключая одну кодон (GYNGYN распознавания мотив, где Y = пиримидин) менее распространены, чем тандем акцепторов. Преобразователь сигнала и активатор транскрипции 3 (STAT3) является одним из ключевых генов претерпевает донорскую тандем альтернативный сплайсинг 1,11. Сайты доноров тандем сплайсинга присоединиться к экзонов 21 и 22 и привести к включению или исключению кодона для серина-701 (S или & Dgr ; S соответственно) 1,11. Downstream альтернативные сайты акцепторные (40 нуклеотидов друг от друга), соединяющего экзоны 22 и23A / результат б во включении либо 55 концевых остатков домена трансактивации (а) или усеченной домен трансактивации с 7 уникальных С-концевых остатков (& beta ; ) 11. Таким образом, четыре варианта сплайсинга возможны.
STAT3 белка является фактором транскрипции и основным интегратором сигнала во многих типах клеток 12 и когда мутировал его конститутивной активации способствует несколько фенотипов рака (обзор в ссылке 13). Синдром Иова, расстройство характеризуется иммунодефицит высоким уровнем IgE, также вызывается мутациями в STAT3 (обзор в ссылке 14). Четкие роли для STAT3 а и β сплайсинга вариантов белков были описаны ранее 15. Первоначально STAT3 β считалось действовать в доминантно-негативной манере 16, антагонистического транскрипционную активность STAT3 альфа, но последующие работы предполагают , что это имеет независимые гены – мишени 17 </sвверх>. Несмотря на тонкость тандем сплайсинга, есть основания полагать, отсутствие или наличие серин-701 функции (Ser701) влияет. Мало того, что Ser701 в непосредственной близости от тирозин-705 (остаток фосфорилирует в активации STAT3 18), но недавнее исследование показало, что STAT3 S и & Dgr ; S варианты сплайсинга являются необходимыми для жизнеспособности STAT3-зависимым диффузной B – клеточную лимфому (DLBLCL) 19 клетки. Биологическая значимость еще предстоит изучить. Учитывая, что сращивание вариант композиции может влиять на функцию, мы пытались обнаружить, был ли отношение возмущенные цитокина стимуляции эозинофилов.
Первоначально мы пытались исследовать связь между этими двумя сплайсинга событий с использованием ПЦР , специфичных к STAT3 а и вариантов β сплайсинга, с последующим отщеплением продуктов рестриктазой специфичным для вариантов S сплайсинга, AfeI. Денситометрия продуктов реакции показал включение Ser701 был гв десять раз тельно чаще , чем ее отсутствие (& Dgr ; S) в обоих STAT3 а и р (данные не показаны). Тем не менее, этот полуколичественный подход не был достаточно воспроизводимой, и не может быть эффективно использована для измерения всех четырех вариантов сплайсинга одновременно. Для анализа пропорции каждого из четырех вариантов сплайсинга, это было необходимо установить количественный ПЦР (КПЦР) протокол, поддались жесткие технические (несколько анализы данного образца) размножается.
Относительная КПЦР опирается на сравнение представляющего интерес гена к стандартной или домашнего хозяйства известный ген экспрессируется на определенном уровне 20 и подходит , когда представляющий интерес ген и ген домашнего хозяйства, усиливаются с одинаковой эффективностью. Двухцепочечной (DS) ДНК-связывающий флуоресцентный (цианин) красителем связывается с ПЦР – ампликонов 21, и после определенного количества циклов, достаточное усиление имеет место для флуоресценции , чтобы быть обнаружены. Чем выше начальный уровеньтранскрипта, тем ниже порогового цикла значение (Ct). Поскольку концентрация препаратов кДНК отличается, нужно сравнить концентрацию транскрипта с концентрацией стенограмме как известно, экспрессируются на постоянном уровне во всех образцах, как глюциронидазу-бета (GUSB) в эозинофилов 22.
Относительная КПЦР не представляется возможным для очень сходных последовательностей, как это видно в сплайс результате тандем сплайсинга. Строгие условия, необходимые для специфически амплифицировать варианты сплайсинга приводит к снижению эффективности. Вместо абсолютного Количественное необходимо использовать 23. Это влечет за собой подготовку стандартную кривую с известными концентрациями сращивания стенограмме интерес, и обеспечение условий ПЦР оптимизировать специфичность 24. Как было описано, абсолютные и относительные данные КПЦР для конкретного гена, могут быть объединены, чтобы сообщить понимание экспрессии гена этого в определенном типе клеток, вэтот случай STAT3 в по- разному стимулированных эозинофилов 25.
Здесь STAT3 сплайсинга вариант Количественное описывается с ожиданием , что этот метод может быть адаптирован к целевым исследованиям других тандем сплайсинга событий. Оптимизация представляет собой длительный процесс, в котором несколько пар праймеров в различных концентрациях и многочисленных итераций параметров велосипедного были протестированы в течение нескольких месяцев. Ключевыми особенностями протокола являются праймер специфичность проверки и количественное определение на основе стандартных кривых с известными концентрациями вариантов сплайсинга. Относительная КПЦР в сочетании оказались полезными для нашего приложения, но не является необходимым.
Мы разработали этот протокол для того, чтобы оценить уровень и пропорции STAT3 сплайсинга вариантов транскриптов в эозинофилов и клетках лимфомы и узнать, влияет ли стимуляция цитокина уровни и пропорции. STAT3 представляет особый интерес из – за его плейотропному и неопределенной функциональности, с противоречивые сообщения о действует ли она в качестве онкогена или опухолевый супрессор при раке (обзор в ссылке 33). Различия в STAT3 альфа и вариант β сплайсинга функции были охарактеризованы ранее 34,35, и наш протокол способствовал анализ нокдауна / повторного выражения , что предполагает необходимость оптимального соотношения S и стенограммы 19 & Dgr ; S.
Точная количественная оценка различных вариантов сплайсинга будет способствовать дальнейшие исследования, касающиеся гетерогенную функции STAT3 сращивание вариант композиции. Протокол интегрирует абсолютные и относительные данные КПЦР, сочетая способность ABрастворенного вещества КПЦР для расчета сплайсированный вариант пропорций, и относительная КПЦР для измерения изменений в общем выражении STAT3. Такой подход позволяет различать тонкие различия в последовательности и одновременно измерять коэффициенты сплайсинга на двух альтернативных сайтов сплайсинга более чем 50 нуклеотидов друг от друга. Определение соотношений сплайсинга событий по отдельности не дала бы замечательный вывод о том , что смещения со-сплайсинг существовали такие , что уровни ΔSβ выше , чем ожидалось , если использование двух сайтов случайным образом сращены 25.
Чрезвычайно важно, абсолютная КПЦР с использованием калибровочных кривых плазмидных позволяет количественно оценить (при субоптимальной эффективности) вариаций сплайсинга, что приводит к весьма сходных последовательностей. Мы ожидаем, что роман тонкий сплайсинга КПЦР анализ должен занять около двух месяцев, чтобы оптимизировать. Основные этапы разработки анализа являются создание STAT3 плазмид , используемых при генерации стандартных кривых для абсолютного кПЦР; опытным путемопределения оптимальных последовательностей праймеров и параметров задействуя для обеспечения специфичности и воспроизводимости; а интегрирование относительных данных КПЦР происходит от количественной оценки пан-STAT3 экспрессии по отношению к экспрессии GAPDH. Соотношение числа копий количественно с помощью панкреатической STAT3 в сравнении с совокупной количественной оценке (Sα + ΔSα + Sβ + ΔSβ) показывает , что протокол дает надежные результаты.
Протест методики является обширный процесс проверки. Необходимо оценить изменчивость внутри анализа (воспроизводимости), межпробная изменчивость (воспроизводимость) и специфичность. Протокол описывает способы получения цифровых выходов для этих параметров. Мы посчитали эффективность указанных ≥75%, коэффициент специфичности ≥4, коэффициент вариации (воспроизводимости) ≤10% и Ct стандартное отклонение (повторяемость) ≤0.2 в качестве подходящих порогов 30. Мутации или делеции в последовательности STAT3 аминокислот 1-690 не будет discoveкрасный этим протоколом, хотя они могут повлиять на коэффициенты сплайсинга. Стенографический пропорции не может быть пропорциональна proteoform пропорции 36.
Поскольку образцы имеют различные исходные количества общей кДНК, абсолютным КПЦР подходит для сравнения числа копий вариантов сплайсинга в образце, но не для сравнения между образцом, если не в сочетании с относительной кПЦР с использованием установленного гена домашнего хозяйства. Метод , описанный соответствует руководящим принципам MIQE КПЦР для воспроизводимости 30. Параметры велосипедных ПЦР и концентрации праймеров может потребоваться быть модифицирован для получения воспроизводимых данных, если используется другое оборудование. Идеальная специфичность невозможно без резко снижает эффективность, но цель была амплифицирована более эффективно, чем больше четырех порядков.
Линейная ДНК более легко, чем усиливается круговой. Если альтернативный плазмида не обеспечивает удовлетворительные стандартные кривые (R 2 <; 0,95), рассмотрим линеаризацию плазмиды с помощью одного сайта рестрикции до количественной оценки. Оптимизация КПЦР имеет решающее значение для получения качественных данных (Рисунок 1). Большинство протоколов КПЦР полагаются на двухступенчатой езда на велосипеде, и машины оптимизированы соответствующим образом. Неравномерный нагрев нагревательного блока может быть усилено в трехступенчатой езды на велосипеде, что способствует плохой воспроизводимости. Анализы должны быть установлены в стерильных условиях с фильтром пипеток и сверхчистой воды, в идеале в специальном колпаке с ламинарным потоком. Поскольку загрязняющие вещества могут привести к противоречивым результатам, анализы должны быть установлены в стерильных условиях с фильтром пипеток и сверхчистой воды, в идеале в специальном колпаке с ламинарным потоком. Дополнительные сведения об оптимизации КПЦР, обратитесь к Bustin и др. 32
Количественная STAT3 может привести к более глубокое понимание в ряде контекстов. STAT3 автоматически регулирует свое собственное выражение 37, и протокол , описанный выше , может помочьчтобы выяснить , является ли вклад соотношения вариантов STAT3 сплайсинга для регулирования этой положительной петли обратной связи. Протокол может быть использован для изучения сдвигов в соотношениях вариантных сплайсинга , как наблюдалось в клетках при различных плотностях 38 или в течение развития: известно , что STAT3 изменения / соотношение & beta ; & alpha ; на уровне белка в процессе гемопоэза 16. Сундин и др. обнаружили , что интронного полиморфизм единичного нуклеотида предвзятым сплайсинга экзона 12 в STAT3 пациента с синдромом Иова 39. Вполне возможно, что один из многих полиморфизмов, присутствующих в интронов между экзонов 21 и 22, или экзона 22 и 23 могут способствовать сплайсинга отношений & Dgr; S / S и а / р соответственно. Анализ может быть использован для количественного STAT3 – транскриптов в раковых клетках, где мутации или изменения в регуляции сплайсинга могут уклон к введению процесса 40 сплайсинга. Мутации факторов сплайсинга (как SF3B1), а Observред в МДС синдромов 41 также может привести к изменениям , которые могут быть измерены с помощью этого протокола.
В более широком плане, этот подход конкретно определяет совместное объединение в сплайсинга, что не представляется возможным с обычными РНК-Seq, ни стандартного кПЦР. В то время как феномен взаимоисключающего экзона сплайсинга демонстрирует координацию сращивания решений, совместное объединение других сплайсинга событий не был хорошо изучен. Недавно описан альтернативный способ, в котором РНК-Seq была изменена таким образом , чтобы допросить кДНК полной длины, предполагает отдаленная сплайсинга события более взаимозависимы , чем считалось ранее 42.
STAT3 содержит сайт сплайсинга донора тандем. Акцепторные сайты сплайсинга тандем чаще 43 и принципы наметившейся протокола могли бы послужить отправной точкой для разработки анализов для обнаружения совпадений NAGNAG сплайсинга и других сплайсинга событий в пределах 200 нуклеотидов. Другое POTENренциальные применения включают в себя количественную оценку совпадения других тонких различий последовательности, как вставкам или двойной / тройной нуклеотидных полиморфизмов 44.
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы отметить Национальные институты здоровья-NHLBI для грантовой программы проекта о роли эозинофилов в дыхательных путях Воспаление и ремоделирования: P01HL088584 (PI: Н. Jarjour), и Университета штата Висконсин Carbone онкологического центра и отдела медицины для очного финансирования. Мы благодарим Дуглас Annis для клонирования четыре варианта STAT3.
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) |