Summary

Analyse quantitative de l’épissage alternatif pré-ARNm dans les Sections de cerveau de souris à l’aide de RNA essai In Situ hybridation avec

Published: August 26, 2018
doi:

Summary

Un protocole in situ (ISH) de l’hybridation qui utilise courts oligonucléotides antisens pour détecter les modes épissage alternatif pré-ARNm dans les sections de cerveau de souris est décrite.

Abstract

Épissage alternatif (AS) se produit dans plus de 90 % des gènes humains. Le modèle d’expression d’un exon épissé alternativement est souvent réglementé de manière spécifique au type de cellule. COMME expression patterns sont généralement analysés par RT-PCR et RNA-seq en utilisant des échantillons d’ARN isolé d’une population de cellules. In situ examen de comme modèles d’expression d’une structure biologique particulière peut être effectué par RNA in situ hybridation (ISH) à l’aide de sondes spécifiques exon. Toutefois, cet usage particulier de l’ISH a été limité, car l’alternatives exons sont généralement trop courtes pour la conception des sondes spécifiques exon. Dans ce rapport, l’utilisation de BaseScope, une technologie récemment développée qui emploie courts oligonucléotides antisens dans RNA ISH, est décrite pour analyser comme modèles d’expression dans les sections de cerveau de souris. Exon 23 a de la neurofibromatose de type 1 (Nf1) est utilisé comme un exemple pour illustrer que sondes jonction exon-exon courte pièce signaux d’hybridation robuste avec une spécificité élevée dans l’analyse des ARN ISH sur des coupes de cerveau de souris. Plus important encore, signaux détectés avec des sondes spécifiques inclusion et sautant exon peuvent servir à calculer fiablement le pourcentage épissé dans les valeurs de Nf1 exon 23 a expression dans différentes zones anatomiques d’un cerveau de souris. Le protocole expérimental et la méthode de calcul pour analyse sont présentés. Les résultats indiquent que BaseScope fournit un nouvel outil puissant pour évaluer en tant qu’expression patterns in situ.

Introduction

Épissage alternatif (AS) est un processus commun qui se produit au cours de la maturation de l’ARN pré-messager. Dans ce processus, un exon peut figurer différemment dans l’ARNm mature. Ainsi, par le biais de AS, un gène peut générer plusieurs ARNm ce code pour produits protéiques différents. Il est estimé que 92 à 94 % des gènes humains subissent une variante épissage1,2. Épissage des patrons d’anormale alternatif résulte de mutations génétiques ont été liées à un grand nombre de maladies, y compris la sclérose latérale amyotrophique, la dystrophie myotonique et cancer3,4. Il est donc crucial d’enquêter et de mieux comprendre les mécanismes de régulation épissage alternatifs pour tenter de trouver de nouveaux traitements des maladies humaines.

COMME est souvent réglementé de manière spécifique au type de cellule. Il est important de déterminer le modèle AS d’expression d’un gène spécifique dans un système biologique donné. Toutefois, cela se complique quand un organe complexe qui contient de nombreux types de cellules, comme le cerveau ou le cœur, est étudié. Dans ce cas, un choix idéal de système de dosage est RNA in situ hybridation (ISH) à l’aide de tissus des sections pour le modèle AS d’expression d’un gène spécifique peut être détecté dans de nombreux types de cellules en même temps. En effet, des sondes exon-spécifiques ont été utilisés pour évaluer le niveau d’expression d’un autre exon5,6,7. Toutefois, cette approche n’est pas bien adaptée pour que l’analyse des habitudes pour les raisons suivantes. Tout d’abord, les classiques méthodes ISH utilisent généralement des sondes de plus de 300 bp, alors que la taille moyenne des vertébrés exons internes (pas premier ou le dernier exon) est 170 nucléotides8,9. Deuxièmement, lorsqu’une sonde exon spécifique est utilisée pour examiner le modèle d’épissage d’un exon alternatif interne, l’isoforme d’ARNm uniquement détecté par la sonde est celle qui contient l’exon, tandis que l’isoforme ARNm sans l’exon ne peuvent pas être détecté. Ainsi, le calcul du pourcentage épissé en valeur (lb/po2) pour l’autre exon est compliqué. En outre, ISH fluorescent conventionnel combine souvent ISH immunomarquage, ce qui réduit l’efficacité de la détection et la robustesse. Par exemple, dans une étude qui a enquêté sur le stress induit par l’épissage isoforme de commutation de l’acétylcholinestérase (AChE) mRNA, digoxigénine fut incorporée à la sonde de l’ISH et détectés en utilisant des anticorps anti-digoxigénine. Par ailleurs, sonde marquée à la biotine a été détectée par un conjugué à la phosphatase alcaline/streptavidine et un substrat de la phosphatase alcaline10. Aucune méthode utilise toute stratégie d’amplification pour augmenter la sensibilité de détection. En conséquence, il est difficile de détecter des transcriptions d’ARNm qui sont expriment à de faibles niveaux. Ainsi, un système de dosage ISH plus simple et plus robuste est nécessaire pour analyser comme expression patterns in situ.

BaseScope a été récemment développé basé sur la plate-forme de RNAscope, un bien établi et largement utilisé le système d’essai ISH. Les deux systèmes de dosage emploient une technologie d’amplification spécifique à la cible qui augmente la sensibilité de détection11,12. Ce qui distingue une de l’autre est la longueur de la séquence cible, qui est aussi courte que 50 nucléotides pour BaseScope et 300 – 1 000 nucléotides pour RNAscope. Ainsi, il est possible aux sondes de conception qui ciblent les jonctions exon-exon pour détecter des isoformes de mRNA alternatives spécifiques. Dans cette étude, une procédure a été créée pour examiner comme modèles d’expression de la neurofibromatose de type 1 (Nf1) exon 23 a, un autre exon largement étudié dans le même laboratoire13,14,15 , 16 , 17, dans les sections de cerveau de souris. Les résultats démontrent que le BaseScope est un système idéal pour étudier les profils d’expression de Nf1 exon 23 bis in situ. Comme ce système de dosage peut être adapté à analyser comme modèles d’expression de nombreuses alternatives exons, il représente un nouvel outil puissant dans les études d’As.

Protocol

Tous des expériences décrites ici qui impliquent des souris ont été approuvés par le Comité de l’emploi et de Case Western Reserve University Institutional Animal Care. Le titre du protocole 2016-0068 (PI : Hua Lou) est le « Rôle de l’épissage alternatif pré-ARNm dans le développement des vertébrés ». NOTE : Information de tous les équipements, les réactifs et les fournitures utilisées dans le présent protocole est incluse dans la Table des matières….

Representative Results

BaseScope ISH a été réalisée à l’aide de trois souches de souris : souris de type sauvage CD1, souris de type sauvage C57BL/6J et souris mutantes Nf123aIN/23aIN dans le fond de C57BL/6J, dans quel exon 23 bis est inclus dans tous les types de cellules à la suite de site d’épissage d’ingénierie les mutations14,15. Dans un premier temps,…

Discussion

Cette communication rend l’utilisation de BaseScope ARN ISH pour examiner comme modèles d’expression dans les sections de cerveau de souris. Il est démontré que la jonction anti-sens exon-exon sondes plus courte que 50 nucléotides peuvent cibler inclusion exon et sauter les isoformes solidement et plus précisément. En outre, les signaux qui en résulte peuvent être utilisés pour calculer les PSI d’un exon alternatif.

Quelques variantes ont été testées dans la procédure. Par e…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par l’American Heart Association [subvention 0365274B à H.L.], National Cancer Institute [GI SPORE P50CA150964 à Z.W.], National Institutes of Health [Bureau de recherche Infrastructure partagée Instrumentation Grant S10RR031845 à la microscopie photonique Imaging Facility à Case Western Reserve University] et China Scholarship Council [à X.G.].
Les auteurs remercient Richard Lee dans la lumière microscopie Imaging Core pour son aide avec la numérisation de diapositives.

Materials

Equipment
Hybridization Oven Advanced Cell Diagnostics 241000ACD
Humidity Control Tray (with lid) Advanced Cell Diagnostics 310012
Stain Rack Advanced Cell Diagnostics 310017
Hot plate Fisher Scientific 1160049SH
Imperial III General Purpose Incubator Lab-Line 302
Slide Scanner Leica SCN400
Name Company Catalog Number Comments
Reagents
Pretreatment kit Advanced Cell Diagnostics 322381
Hydrogen Peroxide Advanced Cell Diagnostics 2000899
Protease III* Advanced Cell Diagnostics 2000901
10X Target Retrieval Advanced Cell Diagnostics 2002555
BaseScope Detection Reagent Kit Advanced Cell Diagnostics 332910
AMP 0 Advanced Cell Diagnostics 2001814
AMP 1 Advanced Cell Diagnostics 2001815
AMP 2 Advanced Cell Diagnostics 2001816
AMP 3 Advanced Cell Diagnostics 2001817
AMP 4 Advanced Cell Diagnostics 16229B
AMP 5-RED Advanced Cell Diagnostics 16229C
AMP 6-RED Advanced Cell Diagnostics 2001820
Fast RED-A Advanced Cell Diagnostics 2001821
Fast RED-B Advanced Cell Diagnostics 16230F
50X Wash Buffer Advanced Cell Diagnostics 310091
Negative Control Probe- Mouse DapB-1ZZ Advanced Cell Diagnostics 701021
Positive Control Probe- Mouse (Mm)-PPIB-1ZZ Advanced Cell Diagnostics 701081
Control slide-mouse 3T3 cell pellet Advanced Cell Diagnostics 310045
Name Company Catalog Number Comments
Other supplies
Humidifying Paper Advanced Cell Diagnostics 310015
Washing Rack American Master Tech Scientific 9837976
Washing Dishes American Master Tech Scientific LWS20WH
Hydrophobic Barrier Pen Vector Laboratory H-4000
Glass Slides Fisher Scientific 12-550-15
Cover Glass, 24 x 50 mm Fisher Scientific 12–545-F
Name Company Catalog Number Comments
Chemicals
Ammonium hydroxide Fisher Scientific 002689
100% ethanol (EtOH) Decon Labs 2805
formalde solution Fisher Scientific SF94-4
Hematoxylin I American Master Tech Scientific 17012359
Mounting Medium Vector Labs H-5000
Xylene Fisher Scientific 173942

Referências

  1. Wang, E. T., et al. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes. Nature. 456, 470-476 (2008).
  2. Pan, Q., Shai, O., Lee, L. J., Frey, B. J., Blencowe, B. J. Deep surveying of alternative splicing complexity in the human transcriptome by high-throughput sequencing. Nature Genetics. 40, 1413-1415 (2008).
  3. Cieply, B., Carstens, R. P. Functional roles of alternative splicing factors in human disease. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 6, 311-326 (2015).
  4. Xiong, H. Y., et al. RNA splicing. The human splicing code reveals new insights into the genetic determinants of disease. Science. 347, 1254806 (2015).
  5. Shirai, Y., Watanabe, M., Sakagami, H., Suzuki, T. Novel splice variants in the 5’UTR of Gtf2i expressed in the rat brain: alternative 5’UTRs and differential expression in the neuronal dendrites. Journal of Neurochemistry. 134, 578-589 (2015).
  6. Cui, Y., Liu, J., Irudayaraj, J. Beyond quantification: in situ analysis of transcriptome and pre-mRNA alternative splicing at the nanoscale. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 9, (2017).
  7. Trifonov, S., Yamashita, Y., Kase, M., Maruyama, M., Sugimoto, T. Glutamic acid decarboxylase 1 alternative splicing isoforms: characterization, expression and quantification in the mouse brain. BMC Neuroscience. 15, 114 (2014).
  8. Hollander, D., Naftelberg, S., Lev-Maor, G., Kornblihtt, A. R., Ast, G. How Are Short Exons Flanked by Long Introns Defined and Committed to Splicing?. Trends in Genetics. 32, 596-606 (2016).
  9. Cassidy, A., Jones, J. Developments in in situ hybridisation. Methods. 70, 39-45 (2014).
  10. Meshorer, E., et al. Alternative splicing and neuritic mRNA translocation under long-term neuronal hypersensitivity. Science. 295, 508-512 (2002).
  11. Wang, F., et al. RNAscope: a novel in situ RNA analysis platform for formalin-fixed, paraffin-embedded tissues. Journal of Molecular Diagnostics. 14, 22-29 (2012).
  12. Wang, H., et al. RNAscope for in situ detection of transcriptionally active human papillomavirus in head and neck squamous cell carcinoma. Journal of Visualized Experiments. , (2014).
  13. Zhu, H., Hinman, M. N., Hasman, R. A., Mehta, P., Lou, H. Regulation of neuron-specific alternative splicing of neurofibromatosis type 1 pre-mRNA. Molecular and Cellular Biology. 28, 1240-1251 (2008).
  14. Hinman, M. N., Sharma, A., Luo, G., Lou, H. Neurofibromatosis type 1 alternative splicing is a key regulator of Ras signaling in neurons. Molecular and Cellular Biology. 34, 2188-2197 (2014).
  15. Nguyen, H. T., et al. Neurofibromatosis type 1 alternative splicing is a key regulator of Ras/ERK signaling and learning behaviors in mice. Human Molecular Genetics. 26, 3797-3807 (2017).
  16. Zhou, H. L., et al. Hu proteins regulate alternative splicing by inducing localized histone hyperacetylation in an RNA-dependent manner. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, E627-E635 (2011).
  17. Sharma, A., et al. Calcium-mediated histone modifications regulate alternative splicing in cardiomyocytes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111, E4920-E4928 (2014).
  18. Adzemovic, M. Z., et al. Immunohistochemical Analysis in the Rat Central Nervous System and Peripheral Lymph Node Tissue Sections. Journal of Visualized Experiments. , (2016).
  19. Shokry, I. M., Callanan, J. J., Sousa, J., Tao, R. Rapid In Situ Hybridization using Oligonucleotide Probes on Paraformaldehyde-prefixed Brain of Rats with Serotonin Syndrome. Journal of Visualized Experiments. , (2015).
  20. Erben, L., He, M. X., Laeremans, A., Park, E., Buonanno, A. A Novel Ultrasensitive In Situ Hybridization Approach to Detect Short Sequences and Splice Variants with Cellular Resolution. Molecular Neurobiology. , (2017).

Play Video

Citar este artigo
Guo, X., Zhao, Y., Nguyen, H., Liu, T., Wang, Z., Lou, H. Quantitative Analysis of Alternative Pre-mRNA Splicing in Mouse Brain Sections Using RNA In Situ Hybridization Assay. J. Vis. Exp. (138), e57889, doi:10.3791/57889 (2018).

View Video