This protocol describes a high-throughput qRT-PCR assay for the analysis of type I and III IFN expression signatures. The assay discriminates single base pair differences between the highly similar transcripts of these genes. Through batch assembly and robotic pipetting, the assays are consistent and reproducible.
Described in this report is a qRT-PCR assay for the analysis of seventeen human IFN subtypes in a 384-well plate format that incorporates highly specific locked nucleic acid (LNA) and molecular beacon (MB) probes, transcript standards, automated multichannel pipetting, and plate drying. Determining expression among the type I interferons (IFN), especially the twelve IFN-α subtypes, is limited by their shared sequence identity; likewise, the sequences of the type III IFN, especially IFN-λ2 and -λ3, are highly similar. This assay provides a reliable, reproducible, and relatively inexpensive means to analyze the expression of the seventeen interferon subtype transcripts.
I和III型干扰素(IFN)是在所有脊椎动物1病毒等病原刺激和存在的免疫反应的关键。免疫和非免疫细胞表达和分泌,以及响应于,干扰素2。在检测到相关联的病原体分子模式(PAMP)3,4-先天免疫传感器,如Toll样受体(TLR),刺痛和RIG-I,诱导I型和III干扰素的表达。在人类中,I型干扰素包括IFN-β,-ω,-κ和12亚型IFN-α,并绑定到IFNAR1 / IFNAR2受体复合物2,5。 III型干扰素包括IFN-λ1,-λ2和-λ3并绑定到IL10RB / IL28RA受体复合物2。经典地,I型和III干扰素结合到它们各自的受体复合物,然后招募STAT1 / STAT2异二聚体和引发的干扰素刺激的基因(ISG)6转录。 ISG参与功能的多元化,从抗病毒和抗增殖活性来激活适应性免疫应答7。
病原体已经进化逃避,颠覆,并劫持干扰素信号传导途径的元件的许多机制表明干扰素在先天免疫应答8的重要性。例如,牛痘病毒表达与IFNAR1同源螯合I型IFN 9而雅巴样疾病的病毒分泌的一种糖蛋白,抑制I型和III干扰素蛋白10诱饵受体。除了 其在宿主防御作用,干扰素也牵连在癌症的监视和一些自身炎症性疾病:在乳腺癌细胞中的IFN表达沉默限制免疫监视11,IFN-α的过量生产是在全身的发展机制红斑狼疮12和STING的错误的活化导致造成的STING相关血管病过量IFN的全身炎症反应13。在治疗上,干扰素被用于治疗多发性硬化症14,慢性病毒感染,如HBV 15和HCV 16,17,和癌症,例如多毛细胞白血病18和慢性髓细胞性白血病19。关于干扰素在特定的生理过程的相关问题,连续揭示了该细胞因子家族的普遍存在的性质。
I型干扰素,尤其是IFN-α亚型,通常被认为是作为一个实体20-23,而不是作为一组密切相关的,但明显的,蛋白质。的存在和多种干扰素物种包括IFN-α亚型的持久性,在整个脊椎动物进化24表明,这些亚型中的至少一个子集具有特定或特有的功能。这是可能的干扰素表达的定义的模式将破译并帮助表征1亚型17的一个或多个的特定的功能。研究T的挑战他I型和III干扰素亚型是基于他们共享的序列同一性:所述12的IFN-α亚型共享> 50%25和IFN-λ亚型共享它们的氨基酸序列的81-96%26。在描述的定量RT-PCR检测,分子信标(MB)和锁核酸(LNA)荧光探针区分高度相似的IFN亚型序列之间的单碱基对差异,并允许IFN表达签名的表征。该测定的384-孔板格式包括定量(转录标准)和半定量(持家基因(HKG))的措施,允许通过分别转录拷贝数和ΔCq分析。批量组装,通过干燥该引物/探针(PR / Pb)的促进了自动化多通道移液,和长期存储,可能设置在板上,提高再现性,实用性和实用性测定的。
本协议描述的过程制备384孔的qRT-PCR测定板( 图1)与靶向人IFN亚型( 表1)多达17个不同镨/铅套。 PR /铅设定的工作库存源板( 图2)被用来制备多384孔测定板中,可以使用机器人多道移液器进行自动化的方法。虽然最初的重点是创造一个协议,用于研究人类干扰素表达的签名,这种方法已应用于恒河猴也是如此。虽然该板布局略有不同和镨/铅集( 表2)是不同的,用于创建人和恒河猴板整体制备方法是相同的。与协议的最小的修改,该方法可以被执行,以允许测定的发展,研究其他组密切相关的基因。
参见图1和2下面
见表1和表2贝尔流
这份报告介绍了设计,批量生产,以及对一个实验来衡量一个研究实验室设置了一组高度相似的基因的转录分析的方法。这里报道的高通量定量RT-PCR测定测量IFN- 和- λ亚型具有高特异性。该方法包括两个主要方面,对同源基因家族的成员和一个生产平台的发展,为创造预装镨/铅套可靠和一致的384孔检测板之间的区分镨/铅套设计。的定量RT-PCR探针结合的结构(MB)或化学(LNA),朝提高其特异性29的方法。为2的引物组,在恒河猴测定( 表2)中,扩增阻滞突变系统(ARMS)被掺入引物的序列,以进一步提高特异性30。虽然一般来说,最好针对外显子 – 外显子路口ENHA一个QRT-PCR反应的NCE特异性,这是不可能的,因为I型IFN基因缺乏内含子。因此,基因组DNA将在PCR反应中被扩增,并且必须由DNA酶处理RNA提取后降解。
用于Pr /铅套的目标区域被限制在成熟肽的每个干扰素的编码区。由于IFN-α亚型,特别是成熟肽区域之间的高序列相似性,这是有时需要妥协的敏感性,以确保特异性。这是特别用IFN-α17,其中当针对其他的IFN-α亚型相比成熟肽转录只有四个独特碱基的情况。靶向的IFN-α17需要结合多个亚型的转录的引物,限制特异性探针。其结果是,在PCR反应将扩增亚型以外的IFN-α17,从而消耗的PCR试剂和loweri的一个相当大的比例纳克来自特定探针的IFN-α17的荧光信号的幅度。朝向为高度相似的基因,如干扰素设计敏感和特异镨/铅套一个额外的挑战是的可能性,即在GenBank数据库中注释的序列可以是不完整的或全面的在设计的时间。再次,这是对于IFN-α17是一个挑战,在这种新注释的序列不完全一致的序列的数据库中,在设计时的版本。因此,在设计时,镨/铅设置为尚未深入研究基因,这是明智的定期检查靶基因的最新注解序列。最后,这是必要的,以确保镨/铅集不扩增可被转录但不被翻译的假基因。
设计镨/铅套后,接下来的挑战是优化的17个不同镨/铅的PCR条件设置上的一个384孔板。成绩单标准是祁门功夫,功夫坦在测试镨/铅集的特殊性,成为协调众多不同的PCR反应的定量RT-PCR条件是必不可少的。测试镨/铅盘对阵成绩单标准制定的效率和灵敏度;表达高度类似的假基因的质粒可能是必要的,以确保镨/铅设置可选择性地测量的功能性基因的转录。转录标准也提供分析的定量装置(转录物数目),除了相对于管家基因(ΔCq)的半定量分析。
从96孔源板分成多个384孔测定板的机器人移液多信道提高了精度和板间结果的一致性。鲑鱼精子DNA(单链DNA)被用作载体,可以稳定并保留镨/铅套长期贮存,象晒分配到板中的试剂。干燥该板也降低了反应的体积必要可重复的结果,这反过来又保留珍贵样品,并降低了使用昂贵的试剂。通过这些步骤,板批量组装提供精度和一致性超过六个月。
以下板制备,质量控制措施是至关重要的检查批次板的一致性。为了这个目的,一个附加的四组的标准,是一个盘运行。在“5倍标准”板块跟踪性能,并创建一个数据集到一个单独板的标准进行比较。同时测定法设计过程中使用的每个标准的10的10倍稀释液,空间考虑要求四个点被用于在每个测定板的标准曲线,并为5倍的标准板。另外,阳性对照应包括在每个板以使该板的有效性。
通常情况下,需要3-4个小时,从一个镨/铅s准备6检测板环境允许的板;这是准备12板在一个研究实验室的单日可行的。由于每个人的IFN亚型检测板检查17镨/铅套,可容纳15实验样品,一天组装生产了一批板带产生高达3,060实验数据点的能力。从定量RT-PCR技术平台的原始数据可以被处理,并在电子表格应用程序软件用编程脚本自动填充预先设计的分析模板组装。此方法最大程度地减少实际操作的数据输入,从而防止了复制错误,并允许研究者专注于数据分析,而不是数据集。如这里所述,该高通量定量RT-PCR测定可以应用于测量干扰素亚型的人或猕猴样品中的表达,并且可以适用于使用其他种类或同源基因集。板布局的灵活性允许用户改变引物/探针组定制的基因兴趣朝向特定的细胞类型或模型系统。该测定可用于测量IFN表达签名在细胞培养模型学习病原体或疾病模型的上下文患者样品中阐明参与免疫应答的信令机制。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由CBER / FDA-NIAID / NIH间协议YI-AI-6153-01,FDA / CBER壁间的资金,以及FDA医疗对策倡议的支持。 TCT,MNB,VPM,LMS和KDK被任命为研究参与计划的中心生物制品评价和研究,通过美国能源Departmen和美国之间的间协议给予了美国橡树岭研究所的科学教育支持食品和药物管理局。
0.2mL PCR Tube Strips | Eppendorf (Westbury, NY, USA) | E0030 124 286 | |
12-channel 384 Equalizer Electronic Pipette, 0.5-12.5uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-139 | *Discontinued |
12-channel 384 Equalizer Electronic Pipette, 1-30uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-137 | *Discontinued |
12-channel Electronic Pipette, 5-250uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-118 | *Discontinued |
2.0mL Micro Centrifuge tube, sterile | Celltreat Scientific Products (Shirley, MA, USA) | 229446 | |
8-channel Electronic Pipette, 15-1250uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-115 | *Discontinued |
Disposable Reagent Reservoirs | VWR International (Radnor, PA, USA) | 89094-668 | 25mL reservoirs with 2 dividers |
E-Centrifuge | Wealtec Corp. (Sparks, NV, USA) | 1090003 | |
Eukaryotic 18S rRNA (18S) | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | Hs99999901_s1 | Rhesus HKG Primer/probe set |
Fixed Speed Mini Vortexer | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 02-215-360 | |
Gas Permeable Adhesive Plate Seal | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | AB-0580 | Disposable plate seal used during the plate preparation process |
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) | FBR (Silver Spring, MD, USA) | Custom Order | Human HKG Primer/probe set |
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | Rh02621745_g1 | Rhesus HKG Primer/probe set |
Hudson Solo automated multichannel pipettor | Hudson Robotics (Springfield, NJ, USA) | 800200 | Modified with a 384-well cooling nest |
Linearized plasmids (IFN genes) | Aldevron (Fargo, ND, USA) | Custom Order | Item 3000, 3580; used for assay standards |
LNA inhibitors | Exiqon (Woburn, MA, USA) | Custom Order | Item 500100 |
LNA Probes | Sigma-Proligo (St. Louis, MO, USA) | Custom Order | Material number VC00023 |
Matrix Filtered Pipet Tips, 12.5uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-193 | |
Matrix Filtered Pipet Tips, 30uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-196 | |
Matrix TallTip Extended Length Pipet Tips, 1250uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-160 | |
Matrix TallTip Extended Length Pipet Tips, 250uL | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | 14-387-152 | |
MicroAmp Optical 384-Well Reaction Plate with Barcode | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | 4309849 | |
MicroAmp Optical 96-Well Reaction Plate | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | N8010560 | |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | 4311971 | Adhesive film used for sealing the plate prior to the qRT-PCR run |
Microsoft Excel 2010 Spreadsheet | Microsoft (Redmond, WA, USA) | Office 2010 | Visual Basic programming language |
MixMate Vortex Mixer | Eppendorf (Westbury, NY, USA) | 5353 000.014 | 2 dimensional plate vortex apparatus |
Molecular Beacon Probes | FBR (Silver Spring, MD, USA) | Custom Order | |
PCR Cooler, iceless cold storage system for 96 well plates and PCR tubes | Eppendorf (Westbury, NY, USA) | Z606634-1EA | |
Plate Dryer (manifold) | Mechanical and Electrical Design Fabrications, NIH Office of Research Services (Bethesda, MD, USA) | Custom Order | |
Primer sets | FBR (Silver Spring, MD, USA) | Custom Order | |
pUC57 plasmid DNA | Genescript (Piscataway, NJ, USA) | SD1176 | |
Rnase-Free 1.5mL Microfuge Tubes | Life Technologies (Grand Island, NY, USA) | AM12400 | |
RNase-free DNase Set (50) | Qiagen (Valencia, CA, USA) | 79254 | |
RNase H | New England Biolabs (Ipswitch, MA, USA) | M0297L | |
RNeasy Mini Kit (250) | Qiagen (Valencia, CA, USA) | 74106 | |
Robot Tips (clear tip pre-sterilized pipet tips) | Hudson Robotics (Springfield, NJ, USA) | 800350-S | |
Salmon Sperm DNA Solution | Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) | 15632-011 | |
SoftLinx Version V | Hudson Robotics (Springfield, NJ, USA) | Custom Order | Software for programming pipetting steps |
TaqMan Fast Universal PCR Master Mix (2x), no AmpErase UNG | Life Technologies (Grand Island, NY, USA) | 4352042 | |
ABgene Adhesive Plate Seals | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | AB0580 | |
Ubiquitin C (UBC) | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | Hs01871556_s1 | Human HKG Primer/probe set |
Verso cDNA synthesis Kit | Thermo-Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) | AB1453B | |
ViiA 7 Real-Time PCR System | Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) | 4453536 | |
Water-Ultra Pure | Quality Biological, INC. (Gaithersburg, MD, USA) | 351-029-101 | |
Zipvap 384 (plate dryer heating element) | Glas-Col LLC (Terre Haute, IN, USA) | 384-109A | Plate Dryer |