We developed a protocol that is fast, sensitive and reproducible for pathogen gene expression profiling during an infection.
ほとんどの哺乳動物の病原体のために、研究を遺伝子発現プロファイリングは正確に、感染した組織からの病原体遺伝子転写物を定量するための技術的な困難さにより制限されています。病原体RNAは、感染した組織試料から単離された全RNAの小さな部分を構成しています。マイクロアレイとRNAseq技術の両方が弱く発現病原体の遺伝子を読み取る信頼性を生成する際に困難を持っています。 in vivoでの増殖に減少した変異病原体株は、さらに大きな課題を提起します。ここでは、非常に高速で非常に敏感と非常に再現性があるin vivoでの遺伝子発現プロファイリングプロトコルを記述します。私たちは、血行性播種性カンジダ症のマウスモデルにおける真菌病原体カンジダ・アルビカンスの私達の調査中に、このプロトコルを開発しました。このプロトコルを使用して、我々は動的に調整されたCの時間経過を報告しています腎臓感染中アルビカンス遺伝子発現、及び予想外の特徴を発見し遺伝子発現応答をin vivoで薬物治療を抗真菌します。
遺伝子発現のダイナミクスは、細胞が環境の変化にどのように応答するかについての重要な情報を保持しています。感染性微生物の場合には、遺伝子発現データは、病原体感染の環境に適応し、ホストへの損傷を引き起こす方法の臨床的に関連する洞察を提供することができます。過去20年間に、 インビトロおよびインビボの両方の遺伝子発現研究は、大量のデータを生成し、感染生物学1-3を理解するための基礎を築いています。しかし、マイクロアレイとRNAseqを含む現在のプロファイリング技術は、感染の間の病原体の遺伝子発現のプロファイリングには最適ではありません。 RNAは、感染した組織試料から単離された全RNAの圧倒的な部分(通常> 99%)を構成するホスト。宿主RNAは、マイクロアレイ上の高いバックグラウンドに寄与し、シーケンスはRNAseqから読み取り支配しています。感染組織からの病原体細胞の単離は、理論的には、病原体のRNAを濃縮することができますが、それはまたのポーズアルの問題:それが感染した組織を大量に必要とします。手順は退屈することができます。最も重要なことは、長いプロセスの間に天然状態またはRNAの完全性を保存することは困難です。実際の感染時に病原体の遺伝子発現のより包括的で正確なデータを生成するために、我々は、混合RNA集団中の少数のRNA種の信頼性が高く、費用対効果の定量化を可能にするプロトコルの開発に着手しました。
NanoString nCounterは、デジタルバーコードプローブ対4、5を用いた遺伝子発現の直接の多重化測定を行い、最近開発されたプラットフォームです。このプラットフォームは、QRT-PCRと同等の感度レベルを持っていますが、酵素増幅を必要としません。技術は、ゲノム全体ではないが、それは、それぞれのアッセイにおいて、最大800の異なる遺伝子の検出を可能にします。したがって、プロファイリングのためのプローブとして有益な遺伝子を選択することが重要です。ここでは、主要なハムの研究遺伝子発現プロファイリングを使用例として、侵襲性感染時の病原体、 カンジダ・アルビカンスは 、実証するために:1)実験手順(プロトコル)の技術的な詳細、2)この方法の感度、再現性とダイナミックレンジ(代表的な結果)、および3)重要このプロトコル(議論)に基づいて実験を設計し、実行するための考慮事項。このプロトコルは、容易に種々の病原体に適合させることができ、正常に感染モデル6-9の数に適用されています。
このプロトコルはnanoString nCounterプラットフォームを使用して微生物感染の転写プロファイリングを最適化するために開発されています。全体の手順は、発現データに対する組織のコレクションから、未満48時間を必要とします。ハンズオン時間は、12個のサンプルのために約4時間です。このプロトコルにおける一つの重要な変数は、非常に最初のステップで組織に追加されたバッファRLTの量です。少なすぎるバッファは、フェノールクロロホルム抽出工程後の粘性ゲルの形成をもたらし、RNAの回収のための水相を残さないかもしれないがあまりにも多くのバッファは、ホモジネートを希釈し、RNA濃度を低下につながります。 (典型的な大きさと仮定した場合)、マウス組織のバッファRLTの経験的に決定された最適のボリュームがある:腎臓(1.2 ml)を、舌(1.0 ml)および肺(2.0ミリリットル)。特に、これらは糸状形で成長した微生物病原体については、ビーズ打つのステップは、完全に細胞内容物を放出するために、オープン厚い細胞壁を破るのに役立ちます。溶出工程において、最終的なRNAを増加させるために濃度は、最初のラウンドの溶出液をカラムに加え戻し、2回目を溶出することができます。約100μgの全組織RNAのは1 RNeasyスピンカラム(×50μL〜2μgの/μL)から回収することができます。 RNAのより大きな量が必要な場合は、第二の分取は、残りの組織ホモジネートから作ることができます。 RNA濃度が測定されるまで、念のために、残りのホモジネートを処分しないでください。
感染モデルに応じて、接種材料のサイズおよび病原体株は、全組織RNA中の病原体のRNAの割合は0%〜2%で変化し、典型的には0.05%-0.5%の範囲内です。 C.から全組織RNAを、例えば、10μgのアルビカンスは、感染した純粋なCの 10 ngのと同等の生のカウントを生成することができ、腎臓インビトロ培養からアルビカンス RNA(10 ngの/ 10μgの= 0.1%)。全組織RNA中の病原体のRNAの割合は広い範囲で変化するので、pathogeの量を知ることは困難ですトータルRNAの所定量のn RNA。消耗コードセットを回避するために、検出レベル以下の病原体のRNAの試料上で(250遺伝子のx 192反応のために、反応あたりのコストは約$ 200である)、RNAの品質管理ステップは、各試料中の病原体のRNAレベルを決定するために実行することができます。これは、Q-RTPCRまたは少数のハウスキーピング遺伝子を含む小さなコードセットのいずれかによって行うことができます。
病原体の遺伝子を用いて正規化は、発現プロファイルは、異なる試料間で比較することができる前に、重要なステップです。正規化のために一般的に使用される3つの方法があります。 1.コードセット内のすべての遺伝子から全カウントを使用してください。 2. 1つまたは少数の「ハウスキーピング」遺伝子。 3.高発現遺伝子の幾何平均(N個の数の積のN 乗根 )を使用します。無関係な多数の遺伝子の合計数が信仰する可能性があるため、ランダムに選択されたプローブを含む大規模なコードセット(> 100個の遺伝子)については、正規化のために総カウントを使用することは、良い選択することができます完全RNAインプットの量を反映しています。 (菌糸の成長遺伝子は共調節する傾向があることを考えれば、このような菌糸の成長など、)特定のプロセスに焦点を当てたプローブを含む小さなコードセット(<100個の遺伝子)については、標準化のための制御として、1つまたは少数のハウスキーピング遺伝子を選択することが不可欠です。 TDH3、ロバスト表現代謝遺伝子は、多くの実験のためのコントロールとしても務めています。第3の方法は、高発現遺伝子から等しい貢献を強調して、方法1と2のハイブリッドです。
nCounterプラットフォームは、ゲノムワイドなされていないが、それは、単一のアッセイで最大800個の遺伝子についての発現レベルの定量化を可能にします。したがって、分析するために最も有益な遺伝子を選択すると、プロファイリングの成功のために重要です。プローブを選択するために2つのアプローチが使用されています。最初のアプローチは、「知識ベース」です。公開された発現と機能データからの情報は、現在の潜在的な関心のある遺伝子をスクリーニングするためにコンパイルされていますこのような環境応答遺伝子6-9として、研究しています。このアプローチは、in vivoでの簡単な比較はデータの解釈にコンテキストを提供するため、多くの既存のデータセットにデータをプロファイリングできます。第2のアプローチは、「探査ベース」です。そのような転写因子、キナーゼまたは細胞壁タンパク質を指定するすべての遺伝子のような微生物のゲノム中の遺伝子のカテゴリは、プローブ用に選択されます。このアプローチは、in vivoデータ 6プロファイリングに基づく新規毒性因子及び新規規制関係の発見の同定を可能にします。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、NIHの助成金R21 DE023311(APM)、R56 AI111836(APM&SGF)、R01 AI054928(SGF)、およびR01 DE017088(SGF)によって部分的にサポートされていました。
gentleMACS Dissociator | Miltenyl Biotec | 130-093-235 | |
gentelMACS M tube | Miltenyl Biotec | 130-093-236 | |
RNeasy Mini Kit | QIAGEN | 74104 | |
2-mercaptoethanol | Sigma | M-3148 | |
Phenol:ChCl3:IAA | Sigma | P-2069 | |
Zirconia beads | Biospec Products | 11079110zx | |
Mini-Beadbeater-16 | Biospec Products | 607 | |
nCounter Analysis system | nanoString Technologies | ||
nCounter Gene Expression Codesets | nanoString Technologies | ||
nSolver Analysis tool | nanoString Technologies |