כאן, פרוטוקול כמותי בזמן אמת מבוסס על תגובת שרשרת פולימראז מוצגת לצורך קביעת התוכן המקורי מיקרו-RNA (מוחלט/יחסי) של חלקיקים ליפופרוטאין. בנוסף, שיטה להגברת רמת מיקרו RNA, כמו גם שיטה לקביעת שיעור ספיגת הסלולר של חלקיקים ליפופרוטאין, מומחש.
חלקיקי ליפופרוטאין הם מובילים ברובם של שומנים וכולסטרול במחזור הדם. יתר על כן, הם מכילים כמויות קטנות של קווצות שאינן מצפינה מיקרוקוד (miRNA). באופן כללי, miRNA משנה את פרופיל ביטוי החלבון עקב אינטראקציות עם messenger-RNA (mRNA). כך, הידע של התוכן הקרוב והמוחלט miRNA של חלקיקים ליפופרוטאין הוא חיוני כדי להעריך את ההשפעה הביולוגית של ספיגת חלקיקים סלולריים. כאן, תגובת שרשרת פולימראז כמותיים בזמן אמת (qPCR) הפרוטוקול מוצג כדי לקבוע את התוכן המוחלט miRNA של ליפופרוטאין חלקיקים — לדוגמה הראו מקורי ו-miRNA-מועשר ליפופרוטאין חלקיקים. התוכן היחסי של miRNA מכמת באמצעות כרטיסי מערך מיקרופלואידיג multiflu, יתר על כן, פרוטוקול זה מאפשר למדענים להעריך את miRNA הסלולר, ולכן, ליפופרוטאין שיעור ספיגת חלקיקים. גידול משמעותי של רמת miRNA הסלולר הוא הנצפה בעת שימוש ליפופרוטאין בצפיפות גבוהה (HDL) חלקיקים טעון באופן מלאכותי עם miRNA, בעוד דגירה עם חלקיקי HDL מקורי התשואות אין השפעה משמעותית בשל התוכן הנמוך שלהם miRNA נמוכה. לעומת זאת, הקליטה התאית של חלקיקי ה-LDL בעלי צפיפות נמוכה, לא משנה את רמת miRNA הסלולרית.
חלקיקי ליפופרוטאין מורכבים ממונאולייר של שומנים וכולסטרול אמפיפילי מתוחם ליבה של cholesteryl אסטרים ושומנים טריגליצרידים. החלקיק כולו מיוצב על ידי ממברנה מוטבע, המגדיר את הפונקציונליות הביולוגית של החלקיקים. ליפופרוטאין חלקיקים יכול להיות מכובד על פי הצפיפות ההולכת וגוברת שלהם, ולכן, גודל יורדת, כלומר כמו ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה מאוד (VLDL), ליפופרוטאין בצפיפות בינונית (IDL), LDL, ו-HDL. למרות התחבורה של מרכיבים מבוססי מים במחזור הדם, זה הוכיח כי חלקיקי HDL לשאת קווצות שאינן קידוד של mirna1,2. מיקרו rnas הם מחלקה של קצר (בדרך כלל שני תריסרים של נוקלאוטידים) גדילי רנ א, אשר לבזות intracellularly משלימים סיבי mrna, ובכך, לשנות את פרופיל הביטוי של חלבונים מסוימים3,4,5, . שישה מטרים יתר על כן, שינויים של פרופיל miRNA נמצאו במגוון של מחלות, ולכן, הפרופיל הוא ישים כסמנים ביונקר לאבחון ופרוגנוזה. התחבורה החילוץ של miRNAs בין תאים באמצעות ליפופרוטאין חלקיקים עשוי לשמש מנגנון נוסף עבור אפנון רמת mRNA ברמה הבין-תאית. כדי לאמוד את ההשפעה הביולוגית, הידע לגבי התוכן המוחלט והיחסי של מירופרוטאין הינו צורך.
PCR כמותי בזמן אמת היא שיטה מתאימה ומהירה יחסית להשגת מידע זה. לפיכך, ערך הקוונפיקציה היחסי (RQ) ניתן לחישוב, והבדלים יחסיים בין דגימות שונות ליפופרוטאין שברים מעריכים. כרטיסי מערך מיקרופלואידיג multiflu, הם שיטה מהירה וקלה לשימוש כדי לקבוע את הנוכחות היחסית (משווה לערך ה-RQ) של miRNAs במדגם. כרטיסי מערך multifluאידיג מורכבים של 96 או 384 חדרי התגובה הבודדים של התגובות qPCR בודדים מוטבע במכשיר microfluidic. כל תא מכיל את המחקר ההידרוליזה הנדרש ומדויק qPCR התחל עבור מירנה יחיד. היתרונות הם זמן הטיפול הקצר עקב סטנדרטיזציה, זרימת עבודה פשוטה, ומספר מופחת של שלבי פיליטוף. יתר על כן, נפח המדגם הנדרש הוא ממוזער. בניגוד לקוונפיקציה יחסית, התוכן miRNA המוחלט דורש השוואה של תוצאות לדוגמה qPCR עם עקומות סטנדרטיות של מספרים מוחלטים הידוע של קווצות miRNA. יש לציין כי, בשל התוכן הנמוך יחסית miRNA שלהם, סטנדרטי, יתר על כן, אפילו מולקולה אחת ושיטות הדמיה רגיש לא ריאלי – העשרה מלאכותית של חלקיקים ליפופרוטאין עם miRNA הוא בלתי נמנע ללמוד סלולרי ליפופרוטאין אינטראקציה חלקיקים ו miRNA העברה. לגבי זה, מדליזציה של חלקיק ה-HDL ואחריו עם משוב הבאים7 מאפשר התאגדות של, ובכך, העשרה עם קווצות mirna. העשרה דומים של חלקיקי LDL עם miRNA לא ניתן בשל הידרופוטביניטי של חלבון apoB-100, שהוא המרכיבים העיקריים של החלקיקים LDL. עם זאת, על ידי תוספת של הממס diמתיל סולפוקסיד (DMSO), אשר מסוגל לחדור ממברנות השומנים, חלקיקי LDL ניתן לטעון באופן מלאכותי עם קווצות miRNA גם.
מיקרוסקופ כוח אטומי במהירות גבוהה (HS-AFM) הוא כלי רב עוצמה לאפיון של דגימות ביולוגיות המציעות מרחבית תת-שנייה וברזולוציה של הזמן השני8. מכאן, היא טכניקה מתאים היטב עבור בקרת איכות של חלקיקים שונה ליפופרוטאין כמו יליד/reconstituted/התווית חלקיקים ליפופרוטאין ניתן לדימות תחת סביבה כמעט פיסיולוגיים.
כאן, פרוטוקול qPCR מוצג צעד אחר צעד כדי לקבוע את התוכן המוחלט/יחסי miRNA של ליפופרוטאין חלקיקים ודגימות תאים, אשר מאפשר הערכה של שיעור ספיגת חלקיקים ליפופרוטאין הסלולר. יתר על כן, שיטה להעשרה של חלקיקים ליפופרוטאין עם miRNA מומחש. שיטה זו עשויה להיות מותאמת עבור מניפולציה כללית של תוכן ליפופרוטאין, ומכאן, מדגים את תחולתן של חלקיקים ליפופרוטאין כמטרות לאספקת סמים.
כאן, הבידוד של ליפופרוטאין שברים חלקיק מהדם האנושי וקביעת תוכן miRNA הפרט שלהם מתואר צעד אחר צעד. זה קריטי לעבוד בסביבה RNase-free תוך טיפול מבודדים מסונתז miRNA-חלקיק מוטבע miRNA מוגן ללא ספק מהשפלה אנזימטית. כמו היחס של mirna/חלקיק של חלקיקים יליד ליפופרוטאין הוא נמוך למדי, העשרה מלאכותית עם mirna נדרש כדי ללמוד את קליטת חלקיקים הולוגרפי של תאים. ובכך, את החוקה של חלקיקי ה-HDL כפי שמתואר בעבר7 הוא שונה כדי לשלב קווצות mirna. בנוסף, את ההפרדה של שבר השומנים והחלבון במהלך הליך זה מאפשר למדענים לבחון את השומנים-ואת החומרים הקשורים חלבון של ליפופרוטאין חלקיק19. באופן דומה, את ההליך תיוג של חלקיקי LDL מותאם. מעניין, תוספת של הספרמינה-מייצב טבעי של נוקלאוטידים-לא השפיעו על יחס miRNA/חלקיקים. יצוין כי, בעיקרון, השיטה מאפשרת את חוסר קיפול של חומרים אחרים מאשר miRNA בתוך חלקיק ליפופרוטאין. כמובן, יש גבול ביחס לגודל הפיזי של החומר המבוסס על הגודל הכולל של ה-HDL (קוטר: 5-12 ננומטר) ו-LDL חלקיקים (קוטר: 18-25 nm).
בנוגע לבקרת איכות של חלקיקי ליפופרוטאין, HS-AFM היא שיטה ישימה לאפיון חלקיקי HDL/LDL ברמת החלקיק הבודד. בהשוואה ל-EM, היא מאפשרת זמני הכנה קצרים יותר ותנאים כמעט פיזיולוגיים (רטוב, טמפרטורת החדר).
בשל הרגישות הפנימית שלה הגברה, qPCR היא שיטת הבחירה כדי לזהות ריכוזי miRNA נמוכה. לחילופין, מיקרוסקופ חד-מולקולה רגיש מיקרוסקופית הזריחה, אשר מסוגל לזהות אפילו מולקולות בודדות, לא יהיה מתאים בשל ריכוזים נמוכים של, למשל, מסומן ברצועות מירונה לכל חלקיק. כך, את היחס של קווצות miRNA לכל ליפופרוטאין החלקיקים נמצא 10-8. העשרה מלאכותית מגבירה את היחס על ידי גורם של 10,000, אשר מקלה על הערכה של שיעור ספיגת ליפופרוטאין הסלולר (אין הבדל משמעותי מזוהה באמצעות חלקיקים ליפופרוטאין טבעי 19). רגישות גבוהה של qPCR מאפשר לקבוע את קצב ספיגת זה על ידי מדידת מספר קווצות miRNA לאחר הזמן הדגירה ואת יחס miRNA/חלקיק. יצוין כי הערך המחושב מתעלם השפלה סלולרית ושחרורו של miRNA, ולכן, מייצג לפחות מגבלה נמוכה יותר עבור היחס ספיגת חלקיקים ליפופרוטאין.
בעתיד, השיטה יכולה להיות מותאמת להעברת חומרים התרופות (בעיקר גם ליפופילית) בתאים ולהתאים את ההשפעה הביולוגית שלהם לריכוז תאיים (נקבע באמצעות שיעור ספיגת חלקיקים ליפופרוטאין).
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכת על ידי פרויקט קרן המדע האוסטרי P29110-B21, “פרויקט H-3065/2011, הקרן האירופית לפיתוח האזור (EFRE, IWB2020), המדינה הפדרלית של החלק העליון של הבנק הלאומי” אוסטריה, והאדמה. “
Ultracentrifuge | Beckman | Optima L-100 XP | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge rotor | Beckman | TI 55.2 | Lipoprotein isolation |
Vacutainer (EDTA) | Becton Dickinson | 366643 | Lipoprotein isolation |
Kaliumbromid | Sigma Aldrich | 2110 | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge tubes | Beckman | 342414 | Lipoprotein isolation |
Ultracentrifuge tube sealer | Beckman | 342428 | Lipoprotein isolation |
Sodiumchlorid | Carl Roth GmbH | P029.2 | Lipoprotein isolation |
EDTA | Fisher Scientific | D/0650/50 | Lipoprotein isolation |
Dialysis tubes, MWCO 12 – 14k | Spectra | 132700 | Lipoprotein isolation |
synthetic miRNA | microSynth | – | synthetic miRNA |
TRIS buffer pH 7 | Ambion | AM9850G | synthetic miRNA |
TRIS buffer pH 8 | Ambion | AM9855G | synthetic miRNA |
sterile tubes | Carl Roth GmbH | ENE8.1 | synthetic miRNA |
Photometer | Eppendorf | Eppendorf Biophotometer | Bradford assay |
Cuvette | Carl Roth GmbH | XK20 | Bradford assay |
Coomassie G-250 Stain | BioRad GmbH | 161-0786 | Bradford assay |
Sodiumchlorid | Carl Roth GmbH | 3957.1 | Delipitation |
EDTA | Fluka Analytical | 03690-100ML | Delipitation |
TRIS buffer pH 8.0 | Ambion | AM9855G | Delipitation |
Ethanol 100% | AustrAlco | Ethanol Absolut 99.9% | Delipitation |
Diethyl ether | Carl Roth GmbH | 3942.1 | Delipitation |
Centrifuge | Thermo Scientific | Multifuge X3R | Delipitation |
Chloroform | Carl Roth GmbH | 3313.1 | Reconstitution |
Methanol | Carl Roth GmbH | 4627.1 | Reconstitution |
Phosphatidylcholine | Sigma Aldrich GmbH | P3556-25mg | Reconstitution |
Cholesterol oleate | Sigma Aldrich GmbH | C-9253-250mg | Reconstitution |
cholesterol | Sigma Aldrich GmbH | C8667-500mg | Reconstitution |
glass tubes | Carl Roth GmbH | K226.1 | Reconstitution |
spermine | Sigma Aldrich GmbH | S3256-1G | Reconstitution |
Thermomixer | Eppendorf | Thermomixer comfort | Reconstitution |
Sodium deoxycholate | Sigma Aldrich GmbH | 3097-25G | Reconstitution |
Magnetic stir bar | Carl Roth GmbH | 0955.2 | Reconstitution |
100µL micropipettes | Carl Roth GmbH | A762.1 | Reconstitution |
PBS | Carl Roth GmbH | 9143.2 | Dialysis |
Amberlite XAD-2 beads | Sigma Aldrich GmbH | 10357 | Dialysis |
Slide-A-Lyzer casette (cut-off 20 kDa) | Thermo Scientific | 66003 | Dialysis |
Syringe | Braun | 9161406V | Dialysis |
Syringe needle | Braun | 465 76 83 | Dialysis |
EGTA | Carl Roth GmbH | 3054.2 | Labeling of LDL particles |
DMSO | life technologies | D12345 | Labeling of LDL particles |
Atomic Force Microscope | RIBM | SS-NEX | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Muscovite Mica (V-1 Grade) | Christine Gröpl | G250-1/V1 | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
AFM Cantilever | Nanoworld | USC-F1.2-k0.15 | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Gwyddion 2.49 | Czech Metrology Institute | http://gwyddion.net | Quality control of reconstituted/labeled lipoprotein particles |
Chamber slides, Nunc Lab-Tek | VWR | 734-2122 | Cell culture |
HBSS | Carl Roth GmbH | 9117.1 | Cell culture |
Cell counter | Omni Life Science GmbH | Casy | Cell culture |
miRNeasy Mini Kit | QIAGEN | 217004 | miRNA extraction |
Centrifuge | Eppendorf | 5415R | miRNA extraction |
20G needle | Braun | Sterican 465 75 19 | miRNA extraction |
5ml syringe | Becton Dickinson | 309050 | miRNA extraction |
PCR cabinet | Esco | PCR-3A1 | Reverse Transcription |
TaqMan Reverse Transcription Kit | Thermo Scientific | 4366596 | Reverse Transcription |
Rnase-free water | Carl Roth GmbH | T143 | Reverse Transcription |
0.2 ml tubes | Brand | 781305 | Reverse Transcription |
Centrifuge | Carl Roth GmbH | Microcentrifuge AL | Reverse Transcription |
Thermocycler | Sensoquest | Labcycler | Reverse Transcription |
TaqMan Primer | Thermo Scientific | – | qPCR |
iTaq Universal probe supermix | BioRad GmbH | 1725131 | qPCR |
PCR machine | Corbett | Rotor-Gene RG-6000 | qPCR |
TaqMan MicroRNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4366596 | TaqMan Array |
Megaplex RT Primers, Human Pool A v2.1 | Applied Biosystems | 4399966 | TaqMan Array |
TaqMan PreAmp Master Mix | Applied Biosystems | 4391128 | TaqMan Array |
Megaplex PreAmp Primers, Human Pool A v2.1 | Applied Biosystems | 4399933 | TaqMan Array |
TaqMan Universal Master Mix II, no UNG | Applied Biosystems | 4440040 | TaqMan Array |
TaqMan Advanced miRNA Human A Cards | Applied Biosystems | A31805 | TaqMan Array |
Nuclease-free water | Thermo Scientific | R0581 | TaqMan Array |
MgCl2 (25mM) | Thermo Scientific | R0971 | TaqMan Array |
TE, pH 8.0 | Invitrogen | AM9849 | TaqMan Array |
7900HT Fast Real-Time PCR System | Applied Biosystems | 4351405 | TaqMan Array |
TaqMan Array Card Sealer | Applied Biosystems | – | TaqMan Array |