Summary

ビオチン化ソラレンを用いたRNA-RNA相互作用のマッピング

Published: May 24, 2017
doi:

Summary

ここでは、 in vivoでの分子および分子間のRNA-RNA相互作用のゲノムワイドなマッピングを可能にする、 P soralen架橋、 L鎖およびS選択H鎖のS equencingの方法を詳述します(SPLASH)。 SPLASHは、酵母、細菌およびヒトを含む生物のRNA相互作用を研究するために適用することができる。

Abstract

RNAがどのように相互作用するかを知ることは、細胞内のRNAベースの遺伝子調節を理解する上で重要です。マイクロRNA-mRNA相互作用のようなRNA-RNA相互作用の例は、遺伝子発現を調節することが示されているが、細胞内でRNA相互作用が起こる全範囲は未だ不明である。 RNA相互作用を研究する以前の方法は、主として、特定のタンパク質またはRNA種と相互作用するRNAのサブセットに焦点を当てていた。ここでは、 in vivoでのRNA相互作用のゲノムワイドな捕獲を可能にする、 P soralen架橋、 L鎖、およびS選択H鎖のS equencingと呼ばれる方法を詳述します(SPLASH)。 SPLASHは、インビボでの架橋、近接ライゲーション、ハイスループットシーケンシングを利用して、分子内および分子間のRNA塩基対形成パートナーを世界的に同定します。 SPLASHは、細菌、酵母およびヒト細胞を含む様々な生物に適用することができ、同様に多様な細胞の状況下でのRNA構成のダイナミクスの理解を促進するための多様な細胞条件を提供する。実験的SPLASHプロトコル全体は完了までに約5日間かかり、計算ワークフローは完了するまでに約7日間かかります。

Introduction

巨大分子が互いにどのように折り重なり相互作用するかを研究することは、細胞内の遺伝子調節を理解するための鍵である。 DNAおよびタンパク質がどのようにして遺伝子調節に寄与するかを理解することに多くの努力が集中してきたが、遺伝子発現の転写後調節については比較的少ない。 RNAは、その直鎖配列およびその二次および三次構造の両方で情報を運ぶ。 インビボでのその機能にとって、それ自体および他のものと塩基対形成するその能力は重要ある。ハイスループットRNAの二次構造のプロービングにおける最近の進歩は、トランスクリプトーム2,3,4,5,6,7,8、howeにおける二本鎖および一本鎖領域の位置についての貴重な洞察を提供しているペアリング対話パートナーに関するver情報はまだほとんど失われています。どのRNA配列がトランスクリプトーム内の別のRNA領域と相互作用しているかを決定するために、我々は全体的なペアワイズ情報を必要とする。

グローバルで偏りのない方法でペアワイズRNA相互作用をマッピングすることは、伝統的に大きな課題でした。これらの技術は、CLASH9、hiCLIP10およびRAP11のような従来のアプローチが大規模な方法でRNA相互作用を同定するために使用されるが、典型的には、特定のタンパク質またはRNA種と相互作用するRNAのサブセットについてRNA塩基対をマッピングする。包括的なRNA相互作用を研究する最近の進展には、 インビボで RNA相互作用を安定化せず、したがってインビボ相互作用のサブセットのみを捕捉する方法RPL12が含まれる。これらの課題を克服するために、我々と他の研究者は、p RNAインターロイムをインビボで使用することにより、架橋ソラレン13,14,15の修飾バージョンを使用した。このプロトコールでは、 インビボで塩基対形成RNAを架橋するためにビオチン化ソラレンを使用し、続いて近接ライゲーションおよびハイスループット配列決定を行うP soralen架橋、ライゲート、およびS選択HYBRIDES(SLH)のS equencingを行うための詳細を記載する。ゲノムワイドのRNA塩基対形成パートナーを同定する( 図115

この原稿では、我々は培養接着細胞、この場合はHeLa細胞を使用してSPLASHを実行するための手順を説明します。同じプロトコールは、懸濁哺乳動物細胞および酵母および細菌細胞に容易に適合させることができる。簡単に述べると、HeLa細胞をビオチン化ソラレンで処理し、インビボで相互作用するRNA塩基対を架橋するために365nmで照射する。次いでRNAを細胞から抽出し、断片化し、ストレプトアビジンビーズを用いて架橋領域を豊富にする。次いで、相互作用するRNA断片を近接ライゲーションを用いて一緒にライゲーションし、深い配列決定のためのcDNAライブラリーに作製する。配列決定の際に、キメラRNAをトランスクリプトーム/ゲノムにマッピングして、互いに対形成するRNA相互作用領域を同定する。我々は、snoRNAs、lncRNAsおよびmRNAなどのRNAの多様なクラスにおける分子内および分子間RNA塩基対形成、構造の組織化および相互作用パターンを俯瞰するなど、酵母および異なるヒト細胞におけるインビボでの何千ものRNA相互作用を同定するためにSPLASHを首尾よく利用した細胞内のRNAの量。

Protocol

ビオチン化ソラレンによるHeLa細胞の処理およびRNA抽出 10cmプレート中の10%ウシ胎仔血清(FBS)および1%ペニシリンストレプトマイシン(PS)を添加したダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)中の培養HeLa細胞。 HeLa細胞を5mLの1×PBSで2回洗浄する。ディッシュを垂直に1分間置くことにより、ディッシュから過剰のPBSを完全に排出する。 200μMのビオチン化ソラレンと0.01%w /…

Representative Results

図1に、SPLASHワーク​​フローの図を示します。 0.01%ジギトニンの存在下でビオチン化ソラレンを添加し、UV架橋すると、全RNAが細胞から抽出され、RNAにビオチン化された架橋が効率的に起こったことを確実にするためにドットブロットが行われる( 図2 )。本発明者らは、細胞に添加するビオチン?…

Discussion

ここでは、我々は、ゲノムワイドの方法でペアワイズRNA相互作用を同定することを可能にする方法であるSPLASHの実験的および計算的ワークフローを詳細に記述する。我々は、細菌、酵母およびヒトの培養物においてSPLASHを首尾よく利用し、この戦略が異なる細胞状態下の多様な生物に広く適用され得ることを予測する。プロトコールの重要なステップの1つは、下流のプロセスに適した材料を…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

私たちはWanラボとNagarajanラボのメンバーに有益な議論をしてくれたことに感謝します。 N.NagarajanはA * STARからの資金提供を受けています。 Y.WanはA * STARとSociety of Science-Branco Weiss Fellowshipからの資金援助を受けています。

Materials

1 Kb Plus DNA Ladder Life Technologies Holdings Pte Ltd 10787026 DNA ladder
10 bp DNA ladder Life Technologies Holdings Pte Ltd 10821-015 DNA ladder
20 % SDS solution First BASE BUF-2052-1L  
20x SSC First BASE BUF-3050-20X1L
3.0 M Sodium Acetate Solution First BASE BUF-1151-1L-pH5.2   Required for nucleic acid precipitation
40% Acrylamide/Bis Solution, 19:1 Bio-Rad 1610145 TBE Urea gel component
Ambion Buffer Kit Life Technologies Holdings Pte Ltd AM9010
Ammonium Persulfate, Molecular Grade   Promega V3131  TBE Urea gel component
Bromophenol Blue Sigma-Aldrich B0126-25G
Chloroform Merck 1.02445.1000 RNA extraction
Single strand DNA ligase Epicentre CL9025K CircLigase II ssDNA Ligase
Centrifuge tube filters Sigma-Aldrich CLS8160-96EA Costar Spin-X centrifuge tube filters
D5628-1G DIGITONIN CRYSTALLINE Sigma-Aldrich D5628-1G For cell treatment
Dark Reader Transilluminator  Clare Chemical Research Dark Reader DR89X Transilluminator Blue light transilluminator
DNA Gel Loading Dye (6X) Life Technologies Holdings Pte Ltd R0611 Required for agarose gel electroporation
Dulbecco's Modified Eagle Medium Pan BioTech P04-03500 For Hela cell culture
Streptavidin magnetic beads Life Technologies Holdings Pte Ltd 65002 Dynabeads MyOne Streptavidin C1 
Magnetic stand for 15ml tubes Life Technologies Holdings Pte Ltd 12301D DynaMag-15
Magnetic stand for 15ml tubes Life Technologies Holdings Pte Ltd  12321D DynaMag-2
ThermoMixer Eppendorf 5382 000.015 Eppendorf ThermoMixer C
Biotinylated psoralen Life Technologies Holdings Pte Ltd 29986 EZ-Link Psoralen-PEG3-Biotin
F8T5/BL  Hitachi F8T5/BL  365 nm UV bulb
Fetal Bovine Serum Life Technologies Holdings Pte Ltd 10270106   Components of Hela medium
Formamide Promega H5052   Component in hybridization buffer
G8T5 Sankyo-Denki G8T5 254 nm UV bulb
Glycogen  Life Technologies Holdings Pte Ltd 10814010 Required for nucleic acid precipitation
Nanodrop Life Technologies Holdings Pte Ltd Nanodrop 2000 Spectrophotometer for nucleic acidquantification
Nuclease free water  First BASE BUF-1180-500ml  
Penicillin Streptomycin   Life Technologies Holdings Pte Ltd 15140122   Components of Hela medium
High-Fidelity DNA polymerase (2x) Life Technologies Holdings Pte Ltd F531L  Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with HF Buffer (2x)
Primers Set 1 New England Biolabs E7335L  PCR primers
DNA Gel Extraction Kit QIAgen 28106 QIAquick Gel Extraction Kit
Fluorometric Quantification kit Life Technologies Holdings Pte Ltd Q32854 Qubit dsDNA HS Assay Kit
RNA clean up kit Qiagen 74106 RNeasy Mini Kit Silica-membrane column
Rnase Inhibitor Life Technologies Holdings Pte Ltd AM2696 SUPERase In
Reverse transcriptase Life Technologies Holdings Pte Ltd 18080400 SuperScript III First-Strand Synthesis SuperMix
Nucleic Acid Gel Stain Life Technologies Holdings Pte Ltd S11494 SYBR GOLD NUCLEIC ACID 500 UL
T4 Polynucleotide Kinase New England Biolabs M0201L End repair enzyme
T4 RNA Ligase 1 New England Biolabs M0204L Enzyme for proximity ligation
T4 RNA Ligase 2, truncated KQ New England Biolabs M0373L Enzyme for adaptor ligation
Temed Bio-Rad 1610801 TBE Urea gel component
Guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform Life Technologies Holdings Pte Ltd 15596018 TRIzol® Reagent for RNA extraction
Urea First BASE BIO-2070-5kg  
UV crosslinker Stratagene 400072 UV Stratalinker 1800
UV Transilluminator UVP 95-0417-01 For visualizing of bands
Xylene Cyanol FF Sigma-Aldrich X4126-10G
DNA cleanup it Zymo Research  D4004 Zymo DNA concentrator-5 
List of software required
FastQC software 0.11.4 http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/
SeqPrep software 1.0.7 https://github.com/jstjohn/SeqPrep
BWA software 0.7.12 http://bio-bwa.sourceforge.net/
SAMTOOLS software 1.2.1 http://www.htslib.org/
PULLSEQ software 1.0.2 https://github.com/bcthomas/pullseq
STAR software 2.5.0c https://github.com/alexdobin/STAR
rem_dups.py PYTHON script PYTHON 2.7.11 https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src
find_chimeras.py PYTHON script PYTHON 2.7.11 https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src
pickJunctionReads.awk AWK script AWK GNU 4.1.2 https://github.com/CSB5/splash/tree/master/src
Buffer composition
Elution buffer: 
0.3 M sodium acetate
Lysis Buffer:
50 mM Tris-Cl pH 7.0
10 mM EDTA
1% SDS
Always add Superase-in fresh before use except when washing beads
Proteinase K Buffer 
100 mM NaCl
10 mM TrisCl pH 7.0
1 mM EDTA
0.5% SDS
Hybridization Buffer
750 mM NaCl
1% SDS
50 mM Tris-Cl pH 7.0
1 mM EDTA
15% formamide (store in the dark at 4 °C)
Always add Superase-in fresh before use
2x SSC Wash Buffer
2x NaCl and Sodium citrate (SSC) (diluted from 20x SSC Invitrogen stock)
0.5% SDS
2X RNA fragmentation buffer
18mM MgCl2
450mM KCl
300mM Tris-CL pH 8.3
2x RNA loading Dye:
95% Formamide
0.02% SDS
0.02% bromophenol blue
0.01% Xylene Cyanol
1mM EDTA 
3' RNA adapter sequence 5rAppCTGTAGGCACCATCAAT/3ddC
RT primer sequence AGATCGGAAGAGCGTCGTGTAGGGAAAGAGTGTAGATCTCGGTGGTCGC/iSp18/CACTCA/iSp18/TTCAGACGTGTGCTCTTCCGATCTATTGATGGTGCCTACAG

References

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Cite This Article
Aw, J. G. A., Shen, Y., Nagarajan, N., Wan, Y. Mapping RNA-RNA Interactions Globally Using Biotinylated Psoralen. J. Vis. Exp. (123), e55255, doi:10.3791/55255 (2017).

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