概要

Étudier les Interactiens ARN de la protéine Kinase RNA-activé durant le Cycle cellulaire chez les mammifères

Published: March 05, 2019
doi:

概要

Nous présentons des approches expérimentales pour étudier RNA-Interactiens de bicaténaire RNA binding protéine kinase activée par RNA (PKR) durant le cycle cellulaire chez les mammifères, à l’aide de cellules HeLa. Cette méthode utilise le formaldéhyde pour crosslink RNA-PKR complexes et immunoprécipitation pour enrichir PKR lié aux ARN. Ces ARN peut être davantage analysé par séquençage haut-débit ou qRT-PCR.

Abstract

Protéine kinase activée par RNA (PKR) est membre des réponse immunitaire innée de protéines et reconnaît la double-brin structure secondaire de l’ARN viral. Lorsqu’elle est liée à l’ARN double brin (dsRNA) viral, PKR subit une dimérisation et autophosphorylation ultérieure. PKR phosphorylée (pPKR) devenue active et induit la phosphorylation de la sous-unité alpha du facteur d’initiation eucaryote 2 (eIF2α) pour supprimer la traduction globale. Augmentant la preuve suggère que la PKR peut être activé dans des conditions physiologiques tels que durant le cycle cellulaire ou dans diverses conditions de stress sans infection. Cependant, nos connaissances sur les activateurs de RNA de PKR est limitée en raison de l’absence d’une méthode expérimentale normalisée pour capturer et analyser PKR-interaction ARN doubles brins. Nous présentons ici un expérimental protocole d’enrichir et de les analyser PKR spécifiquement lié RNAs durant le cycle cellulaire en utilisant des cellules HeLa. Nous utilisons l’activité efficace de réticulation du formaldéhyde pour fixer les complexes ARN-PKR et isoler par immunoprécipitation. PKR co-immunoprécipitée ARN peut ensuite être transformés pour générer une bibliothèque de séquençage haut-débit. Une classe importante de PKR-interaction cellulaire ARN doubles brins est ARN mitochondrial (mtRNAs), qui peut prendre la forme intermoléculaire ARN doubles brins par interaction complémentaire entre le lourds-strand et la lumière-brin ARN. Afin d’étudier la présence de ces mtRNAs duplex, nous présentons également un protocole pour le volet spécifique qRT-PCR. Notre protocole est optimisé pour l’analyse de PKR lié aux ARN, mais il peut facilement être modifié afin d’étudier l’Arndb cellulaire ou RNA-Interactiens d’autres protéines de liaison des Arndb.

Introduction

Protéine kinase activée par RNA (PKR), kinase d’également connu sous le nom eucaryotes initiation factor 2-alpha 2 (EIF2AK2), est une kinase bien caractérisés qui transmet les informations fournies par les ARN. Il appartient à l’alpha de sous-unité d’initiation 2 traduction eucaryote (eIF2α) famille kinase et phosphoryle eIF2α à sérine 51 en réponse à l’infection pour supprimer la traduction globale1. Dans ce contexte, PKR est activé par l’ARN bicaténaire viral (ARN doubles brins), qui fournissent une plate-forme pour PKR dimérisation et autophosphorylation2. En plus d’eIF2α, PKR peut également phosphoryler p53, substrat de récepteur de l’insuline 1, inhibiteur κB et c-Jun N-terminal kinase (JNK) pour réguler l’activité de nombreux signal transduction pathways3,4,5, 6.

PKR a été initialement identifiée comme une kinase qui phosphorylé eIF2α au cours de l’infection par le poliovirus en reconnaissant ARN doubles brins7,8 des poliovirus. PKR se trouve de plus en plus à jouer un rôle aux multiples facettes au-delà de réponse immunitaire, et son activation aberrante ou le mauvais fonctionnement est impliqué dans nombreuses maladies humaines. Activé/Phosphorylated PKR (pPKR) est fréquemment observée au cours de l’apoptose et est une caractéristique commune des patients atteints de maladies dégénératives, en particulier les maladies neurodégénératives comme la maladie de Huntington, maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer9 ,10,11,12,13. En outre, PKR est activé dans diverses conditions de stress tels que le stress métabolique et chaleur choc14,15,16,17. En revanche, l’inhibition de la PKR entraîne la prolifération cellulaire accrue et une transformation maligne même18,19. Fonction PKR est également importante dans le fonctionnement normal du cerveau et durant le cycle cellulaire comme le niveau de pPKR est élevée au cours de la phase de M20,21,22. Dans ce contexte, pPKR supprime la traduction globale et fournit des repères pour des systèmes de signalisation mitotiques clés qui sont nécessaires à la division cellulaire appropriée20. En outre, l’activation prolongée de PKR a entraîné en phase G2/M, arrêt du cycle cellulaire dans les ovaires de hamster chinois cellules23. Par conséquent, la phosphorylation de PKR est réglementée par la boucle de rétroaction négative afin d’assurer une désactivation rapide pendant M/G1 transition21.

Malgré la fonction du large éventail de PKR, notre compréhension de l’activation de PKR est limitée en raison de l’absence d’une approche expérimentale normalisée de haut-débit pour capturer et identifier les ARN doubles brins qui peut activer la PKR. Des études antérieures ont montré que la PKR peut interagir avec ARN doubles brins formé par deux inversée Alu répétitions (IRAlus)20,24, mais la possibilité de l’existence d’autres ARN doubles brins cellulaire qui peut activer la PKR durant le cycle cellulaire ou sous conditions de stress dans les cellules humaines était encore inexplorés. L’approche classique en identifiant RNA-Interactiens d’une protéine de liaison du RNA (RBP) utilise la lumière UV pour crosslink RNA-RBP complexes25,26,27. Une récente étude a appliqué cette approche de réticulation UV dans un système de souris et identifié que les petits ARN nucléolaires peut réguler activation de PKR lors de stress métabolique16. En utilisant la réticulation haute efficacité de formaldéhyde, nous avons présenté une méthode alternative pour identifier PKR-interacting RNAs durant le cycle cellulaire de cellules HeLa28. Une approche similaire a été appliquée à l’étude des autres dsRBPs telles que Staufen et Drosha29,30,31. Nous avons trouvé que PKR peut interagir avec différents types d’ARN non codants tels que court interspersed nuclear élément (sinus), long intercalés nucléaire élément (ligne), élément de rétrovirus endogènes (ERV) et même alpha-satellite RNAs. En outre, nous avons montré que la PKR peut interagir avec ARN mitochondrial (mtRNAs), qui forme intermoléculaire ARN doubles brins par interaction complémentaire entre les brins lourds et la lumière chapelet RNAs28. Une publication récente a aussi appuyé nos données que certains mtRNAs existent sous une forme recto verso et peut activer les capteurs de dsRNA comme protéine associée à la différenciation par mélanome 5 pour induire des interférons32. Plus important encore, l’expression et la localisation subcellulaire des mtRNAs sont modulés au cours du cycle cellulaire et de différents facteurs de stress, qui peut être important dans leur capacité à réguler la PKR activation28.

Dans cet article, nous présentons un protocole détaillé pour une réticulation formaldéhyde récemment mis au point et l’immunoprécipitation (fCLIP) méthode pour capturer et analyser PKR-interacting RNAs durant le cycle cellulaire. Nous démontrons la méthode pour préparer les échantillons d’arrestation cycle cellulaire à l’aide de la thymidine et la nocodazole. Puis, nous présentons le processus fCLIP pour isoler PKR lié aux ARN et une méthode pour préparer la bibliothèque de séquençage haut débit afin d’identifier ces ARN. En outre, nous définissent des procédures détaillées pour analyser PKR lié aux ARN par qRT-PCR. Plus précisément, nous présentons une procédure de transcription inverse brin spécifique pour analyser la présence de mtRNAs. Le protocole décrit est optimisé pour les cellules HeLa et PKR, mais des étapes clés tels que la préparation de l’échantillon du cycle cellulaire, fCLIP et analyse volet spécifique qRT-PCR peuvent être facilement modifiées pour étudier l’Arndb cellulaire ou d’identifier des Interactiens de RNA d’autres dsRBPs.

Protocol

1. solution et cellule de préparation Préparation de la solution Pour le milieu de culture cellulaire, préparer milieu de culture cellulaire HeLa en ajoutant 50 mL de sérum fœtal (SVF) dans 500 mL du moyen de l’aigle de la modification de Dulbecco (DMEM).Remarque : Les antibiotiques peuvent être ajoutés au milieu de culture cellulaire, mais nous n’utilisons pas d’antibiotiques. Pour le 0,1 % de paraformaldéhyde, dissoudre paraformaldéhyde à 4 % (p/v) dans 1 x Phosphate-Bu…

Representative Results

Un schéma pour le procédé à l’arrestation de cellules HeLa lors de la phase S ou M du cycle cellulaire est illustré à la Figure 1. Pour un échantillon de phase-arrêté M, nous pouvons visualiser clairement les ronds en forme cellules au microscope (Figure 2 a). Afin d’examiner l’efficacité de l’arrêt du cycle cellulaire, le contenu de la cellule en nucléaire peut être analysé à l’aide de FACS (Figure 2 b). …

Discussion

Le processus de préparation d’échantillons de phase-arrêté S ou M est illustré à la Figure 1. Pour arrêter les cellules en phase S, nous avons utilisé une méthode de double bloc de thymidine où nous avons traité des cellules avec de la thymidine deux fois avec une sortie de 9 h entre les deux pour assurer l’arrestation haute efficacité (Figure 1 a). Arrestation de phase M, nous avons traité les cellules une fois avec de la thymidine suivie d’u…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par la base Science Research Program grâce à la fondation de la recherche nationale de Corée (NRF) financé par le gouvernement coréen, ministère de la Science et de la TIC (fro-2016R1C1B2009886).

Materials

0.5 M EDTA, pH 8.0 Thermo Fisher Scientific AM9260G
1 M Tris, pH 7.0 Thermo Fisher Scientific AM9855G
1 M Tris, pH 8.0 Thermo Fisher Scientific AM9855G
1.7 mL microcentrifuge tube Axygen MCT-175-C
10% Nonidet-p40 (NP-40) Biosolution BN015
10% Urea-acrylamide gel solution 7 M (w/v) Urea and 0.5X TBE, stored protected from light at 4 °C
10X DNA loading buffer TaKaRa 9157
15 mL conical tube SPL 50015
3' adaptor 5'-rApp NN NNT GGA ATT CTC GGG TGC CAA GG/3ddC/-3'
3 M Sodium Acetate pH 5.5 Thermo Fisher Scientific AM9740
5' adaptor 5'-GUU CAG AGU UCU ACA GUC CGA CGA UCN NNN-3'
5 M NaCl Thermo Fisher Scientific AM9760G
50 mL conical tube SPL 50050
Acid-phenol chloroform, pH 4.5 Thermo Fisher Scientific AM9722
Agencourt AMPure XP Beckman Coulter A63881 Magnetic beads DNA/RNA clean up
Antarctic alkaline phosphatase New England Biolabs M0289S
Anti-DGCR8 Made in house
Anti-PKR (D7F7) Cell signaling technology 12297S
Anti-PKR (Milli) Millipore EMD 07-151
ATP (100 mM) GE Healthcare GE27-2056-01
Bromophenol blue sodium salt Sigma-aldrich B5525
Calf intestinal alkaline phosphatase TaKaRa 2250A
Cell scraper 25 cm 2-position Sarstedt 83.183
CMV promoter sequence 5'-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3'
Dulbecco's modified eagle medium Welgene LM001-05
dNTP mixture (2.5 mM) TaKaRa 4030
Ethanol, Absolute, ACS Grade Alfa-Aesar A9951
Fetal bovine serum Merck M-TMS-013-BKR
Formamide Merck 104008
Glycine Bio-basic GB0235
GlycoBlue coprecipitant (15 mg/mL) Thermo Fisher Scientific AM9516
Isopropanol Merck 8.18766.1000
NEBNext rRNA Depletion Kit New England Biolabs E6318 rRNA Depletion Kit
Nocodazole Sigma-Aldrich M1404
Normal rabbit IgG Cell signaling technology 2729S
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich 6148
PCR forward primer (RP1) 5'-AAT GAT ACG GCG ACC ACC GCG ATC TAC ACG TTC AGA GTT CTA CAG TCC GA-3'
PCR index reverse primer (RPI) 5'-CAA GCA GAA GAC GGC ATA CGA GAT NNN NNN GTG ACT GGA GTT CCT TGG CAC CCG AGA ATT CCA-3'
PCR tubes with flat cap, 0.2 mL Axygen PCR-02-C
Phosphate bufered saline (PBS) Tablet TaKaRa T9181
Phusion high-fidelity DNA polymerase New England Biolabs M0530 High-fidelity polymerase
PlateFuge microcentrifuge with swing-out rotor Benchmark c2000
Polynucleotide kinase (PNK) TaKaRa 2021A
Protease inhibitor cocktail set III Merck 535140-1MLCN
Proteinase K, recombinant, PCR Grade Sigma-Aldrich 3115879001
qPCR primer sequence: CO1 Heavy Forward/Reverse: 5′-GCCATAACCCAATACCAAACG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CO1 Light Forward/Reverse: 5′-TTGAGGTTGCGGTCTGTTAG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CO2 Heavy Forward/Reverse: 5′-CTAGTCCTGTATGCCCTTTTCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CO2 Light Forward/Reverse: 5′-GTAAAGGATGCGTAGGGATGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CO3 Heavy Forward/Reverse: 5′-CCTTTTACCACTCCAGCCTAG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CO3 Light Forward/Reverse: 5′-CTCCTGATGCGAGTAATACGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CYTB Heavy Forward/Reverse: 5′-CAATTATACCCTAGCCAACCCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: CYTB Light Forward/Reverse: 5′-GGATAGTAATAGGGCAAGGACG -3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: GAPDH Forward/Reverse: 5′-CAACGACCACTTTGTCAAGC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND1 Heavy Forward/Reverse: 5′-TCAAACTCAAACTACGCCCTG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND1 Light Forward/Reverse: 5′-GTTGTGATAAGGGTGGAGAGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND4 Heavy Forward/Reverse: 5′-CTCACACTCATTCTCAACCCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND4 Light Forward/Reverse: 5′-TGTTTGTCGTAGGCAGATGG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND5 Heavy Forward/Reverse: 5′-CTAGGCCTTCTTACGAGCC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND5 Light Forward/Reverse: 5′-TAGGGAGAGCTGGGTTGTTT-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND6 Heavy Forward/Reverse: 5′-TCATACTCTTTCACCCACAGC-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
qPCR primer sequence: ND6 Light Forward/Reverse: 5′-TGCTGTGGGTGAAAGAGTATG-3′/5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTG-3′
Random hexamer Thermo Fisher Scientific SO142
Recombinant Dnase I (Rnase-free) (5 U/μL) TaKaRa 2270A
Recombinant Rnase inhibitor (40 U/μL) TaKaRa 2313A
Ribo-Zero rRNA Removal Kit Illumina MRZH116 rRNA Removal Kit
Rotator FINEPCR, ROTATOR AG D1.5-32
RT primer sequence: CO1 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTTGAGGTTGCGGTCTGTTAG-3′
RT primer sequence: CO1 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGCCATAACCCAATACCAAACG-3′
RT primer sequence: CO2 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGTAAAGGATGCGTAGGGATGG-3′
RT primer sequence: CO2 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCTAGTCCTGTATGCCCTTTTCC-3′
RT primer sequence: CO3 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCTCCTGATGCGAGTAATACGG-3′
RT primer sequence: CO3 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCCTTTTACCACTCCAGCCTAG-3′
RT primer sequence: CYTB Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGGATAGTAATAGGGCAAGGACG-3′
RT primer sequence: CYTB Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCAATTATACCCTAGCCAACCCC-3′
RT primer sequence: GAPDH 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTGAGCGATGTGGCTCGGCT-3′
RT primer sequence: ND1 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGTTGTGATAAGGGTGGAGAGG-3′
RT primer sequence: ND1 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTCAAACTCAAACTACGCCCTG-3′
RT primer sequence: ND4 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTGTTTGTCGTAGGCAGATGG-3′
RT primer sequence: ND4 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCCTCACACTCATTCTCAACCC-3′
RT primer sequence: ND5 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTTTGGGTTGAGGTGATGATG-3′
RT primer sequence: ND5 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCATTGTCGCATCCACCTTTA-3′
RT primer sequence: ND6 Heavy 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGGGTTGAGGTCTTGGTGAGTG-3′
RT primer sequence: ND6 Light 5′-CGCAAATGGGCGGTAGGCGTGCCCATAATCATACAAAGCCCC-3′
Siliconized polypropylene 1.5 mL G-tube Bio Plas 4167SLS50
Sodium dedecyl sulfate Biosesang S1010
Sodium deoxycholate Sigma-Aldrich D6750
SUPERase In Rnase inhibitor Thermo Fisher Scientific AM2694
SuperScript III reverse transcriptase Thermo Fisher Scientific 18080093 Reverse transcriptase for library preparation
SuperScript IV reverse transcriptase Thermo Fisher Scientific 18090010 Reverse transcriptase for qRT-PCR
SYBR gold nucleic acid gl stain Thermo Fisher Scientific S11494
T4 polynucleotide kinase New England Biolabs M0201S
T4 RNA ligase 1 (ssRNA Ligase) New England Biolabs M0204
T4 RNA ligase 2, truncated KQ New England Biolabs M0373
Thermomixer Eppendorf ThermoMixer C with ThermoTop
Thymidine Sigma-Aldrich T9250
Tris-borate-EDTA buffer (TBE) TaKara T9122
Triton X-100 Promega H5142
Ultralink Protein A sepharose beads Thermo Fisher Scientific 22810 Protein A beads
Ultrasonicator Bioruptor
Urea Bio-basic UB0148
Vortex mixer DAIHAN Scientific VM-10
Xylene cyanol Sigma-Aldrich X4126
γ-32P-ATP (10 μCi/μL, 3.3 μM) PerkinElmer BLU502A100UC

参考文献

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記事を引用
Kim, S., Kang, M., Kim, Y. Studying RNA Interactors of Protein Kinase RNA-Activated during the Mammalian Cell Cycle. J. Vis. Exp. (145), e59215, doi:10.3791/59215 (2019).

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