在这里, 我们提出了一个从同一样本中分离 RNA、DNA 和蛋白质的协议, 以减少变异, 提高重现性, 并促进解释。
单个生物样本包含大量的信息, 现在的普遍做法是同时研究几个大分子, 以捕捉分子处理的多层次和不同条件之间的变化的全貌。该协议提出了从线虫线虫的同一样本中分离 DNA、RNA 和蛋白质的方法, 以消除这些生物分子从类似处理但最终被复制的复制中分离时引入的变异不同的样品。从线虫中提取核酸和蛋白质, 采用酸性鸟苷-硫氰基-酚-氯仿萃取法, 并对每种物质进行沉淀、洗涤和溶解。我们展示了从三个线虫和平拉细胞的单个样本中成功分离 RNA、DNA 和蛋白质的结果, 在成年动物中具有更好的蛋白质分离结果。此外, 与传统的 RIPA 蛋白质提取相比, 从线虫中提取的 guanidinium 硫氰酸酯-苯酚-氯仿蛋白可提高较大蛋白质的分辨率, 免疫印迹可以提高可检测的检测水平。
本文介绍的方法对于使用多组法调查样本非常有用, 特别是用于蛋白质组和转录组的探索。同时评估多元经济学的技术很有吸引力, 因为复杂生物现象背后的分子信号被认为是在互补的层面上发生的;然而, 越来越普遍的情况是, mRNA 水平的变化并不总是反映蛋白质水平的相同变化, 收集时间与生物钟规定的背景相关。此方法在检测同一样本中的不同内容时, 可消除任何样本间的变化 (在采样范围内)。
多组学是一种使用基因组、蛋白质组、转录组、表观基因组、微生物组或脂质体等组学组合的分析方法, 在处理用于疾病特征鉴定的大型数据集时越来越流行1, 2。越来越多的证据表明, 限制对单个 “ome” 的方法提供了一个不完整的分子分析 (由 Rotroroff 和 Motsinger-Reif1审查)。生成大型数据集, 特别是在使用高吞吐量技术执行屏幕时, 但为了绘制完整的图片或确定最相关的目标, 最好采用多组方法。然而, 随着多组学方法的使用, 经常观察到 mrna 和蛋白质水平 3、4、5、6之间的差异。值得注意的是, 用于 RNA 测序 (RNAseq) 和液相色谱-串联质谱 (LC-MS塞MS) 的并排转录和蛋白质组学分析的 mRNA 和蛋白质, 往往是从经过类似处理的样品中获得的。不同的重复, 可能会引入相同条件之间的变化 3,4,5,6。Harvald 等人进行了一项优雅的线虫饥饿时间过程过程研究, 将野生类型蠕虫的转录组和蛋白质组与缺乏重要的长寿转录 因子的 hlh-30 突变蠕虫的转录组和蛋白质组进行了比较7. 值得注意的是, RNA 和蛋白质是从相同条件下复制的, 因此不是从同一样本中提取的。他们的发现显示, 每个时间点的 mRNA 水平与蛋白质水平之间的相关性较低 (r = 0.559 至 0.628)。事实上, 他们的热图形成了四个集群: i 团的 mRNA 水平大幅下降, 但相应的蛋白质水平几乎没有或根本没有下降, Ii 类细胞的 mRNA 水平几乎没有增加或没有增加, 但蛋白质水平的增加, 第三集团有 mRNA 的增加水平, 但蛋白质水平的下降, 和第四组有 mRNA 水平的增加, 但只有蛋白质水平4的微妙变化。此外, 在没有完全同时采集相同条件的样品的情况下, 也可以引入这种样品间的变化。例如, 由生理周期调节的 mrna 和蛋白质会根据第8、9 天的时间或更具体地说 , 线虫暴露于光9而波动;这些生理蛋白的表达可能会推迟到8小时后, 基因表达诱导10。然而, 这一观察的普遍程度不一定意味着它是错误的;事实上, 这可能被证明是信息性的。蛋白质和 mRNA 在形成和降解之间处于恒定的动态状态。此外, 蛋白质通常在翻译后进行修饰, 以增加稳定性或诱导其降解11。例如, 它们的泛化状态可导致激活或靶向蛋白酶体或溶酶体降解12。此外, 非编码 Rna 在调节转录和转录后13阶段的基因表达方面发挥着重要作用.因此, 问题是如何限制变量, 以确认我们在这些线虫研究中观察到的差异是真实的。
在这里, 我们提出了一种方法, 删除样本间变量, 允许分析不同的大分子从同一样本。该协议的目的是提供一种方法, 从单个线虫样本 (也称为蠕虫) 中持续分离 dna、rna 和蛋白质, 以减少变异, 提高重现性, 并促进解释。使用相同样本的其他好处包括在样品收集过程中节省时间和资源, 促进对有价值和有限的样品进行横截面分析, 包括难以生长和维护的菌株, 以及获得更多深入了解基于 mRNA 和蛋白质水平的检测内变化的大分子的差异调节。
该方法适用于评估单个蠕虫样本的基因表达和蛋白质水平, 从而可以更全面地评估多层次的分子处理。鸟苷硫氰酸酯-苯酚-氯仿 (GTCp) 试剂14是一种常用的分离 rna 的化学物质, 用于从蠕虫身上提取核酸和蛋白质, 并随后对每一种物质进行沉淀、洗涤和增溶。该协议是各种协议15,16的汇编, 稍作修改, 设计的重点是线虫, 但我们也成功地分离出 rna, 蛋白质和 dna 的颗粒的 hela 细胞后,相同的步骤。虽然没有在这里测试, 但这种协议很可能也适用于组织17,18。
生物分子分离的方法, 如 DNA、RNA 和蛋白质, 通常是优化的, 没有技术上的重叠或组合。在难以获得样品的情况下, 这尤其不利, 这可能导致在不同时间在相同条件下采集样本。根据细胞途径的不同, 在不同时间收集的复制可能会产生变异。这份手稿提供了一个程序来规避这一障碍, 使每个生物分子同时分离和纯化从相同的蠕虫样本, 减少不同的分离技术引入的变化, 样品收获的时间,或不平等的收获。控制这些变量不仅节省时间和资源, 而且还有助于重现性。在这里, 我们展示了一种组合方法, 避免损害 RNA 和蛋白质质量, 尽管 DNA 的结果是可变的。使用 DNA 清洗程序可以进一步优化制剂。我们用线虫和海拉细胞中的材料演示了这种方法。
此前探索 n2wt 动物和 eat-2 和rsks-1突变体的转录组和蛋白质组的研究提供了对各种途径的洞察, 包括延长寿命的机制 4,34,35 ,36岁。为了研究延长寿命的热量限制机制, 细胞培养 (ILAC) 中的一种用氨基酸标记的稳定同位素标记发现, eat-2蠕虫对全球蛋白质合成有整体的下调作用。36. 这里提供的数据与这一发现是一致的, 尽管相同目标的 mrna 水平大大增加。另一组旨在识别 S6K 介导的寿命的效应因子, 从而对rsks-1蠕虫34进行了蛋白质组学筛选。从目前研究中发现的 RNAseq 数据中, 我们发现了至少三个基因, 这些基因与从这个屏幕上检测到的蛋白质作了佐证;注册会计师和神经利金 (F07C4.12) 的 MRP-1 和同源物在rsks-1蠕虫中的表达与 Wtn2 34的表达不同。
使用此方法生成的数据与以前的多组研究一致。9个靶点的 mRNA 水平被用来预测每个样本中的蛋白质水平。在这些靶子中, 许多目标的蛋白质水平是可预测的, 取决于 mRNA 水平。然而, mRNA 和蛋白质水平之间存在显著差异。重要的是, 这里介绍的协议允许科学家通过从同一样本中收集 mRNA 和蛋白质来消除样本间的可变性, 从而自信地评估和解释这些差异。此外, 我们还将 mRNA 水平与从同一样本中收集的蛋白质水平进行了比较, 或从使用 RIPA 采集的相似但不同的样本中收集的蛋白质水平进行了比较。我们表明, 对于一些目标, ripa 提取样本中的蛋白质水平要低得多。如果不控制样本间的变化, 就不可能知道这种差异是否由于 mRNA 和蛋白质的差异调节。
重要的是要记住, 有一些协议专门针对这些不同的大分子, 所以如果横截面分析不是实验的最终目标, 那么使用这些方法将是相关的。使用 GTCp 分离 DNA 和蛋白质会使它们变得不那么容易溶解, 需要在 NaOH 等薄弱的碱基中重组 DNA, 并将蛋白质溶解在洗涤剂浓度高的缓冲液中加热, 风险不完全增 溶。此外, GTCp 含有鸟苷硫氰酸酯和酸性苯酚, 它会使蛋白酶 (如蛋白酶) 失活, 但随着时间的推移会慢慢降解蛋白质, 除非冷冻。研究人员将酌情决定规避这些限制是否值得。
重要的是, 在使用 RNA 时, 这是一种无菌技术, 除非另有说明, 否则可将样品保持在冰上, 建议使用市售的去污试剂, 以保持 RNA 的完整性。值得注意的是, 较大的样品一开始就需要更多的 GTCp, 在这种情况下, 每个提取溶剂也需要扩大规模。当使用正确的 GTCp 量时, 该协议不需要蠕虫或细胞样品的任何手动同质化。在 DNA 分离的背景下, 产量高度依赖于恢复有机 (粉红色) 层的熟练程度。最后, 为了提高蛋白质在分离过程中的增溶性, 可能需要增加溶解性缓冲液的体积或添加其他洗涤剂, 而不是 SDS。事实上, 来自成人的蠕虫群体的蛋白质, 而不是成人、幼虫和卵子的混合物, 更容易恢复。
总体而言, 使用该协议提供了一种综合方法来处理生物分子隔离, 并有助于解释 mRNA 和蛋白质水平之间的相关性, 或缺乏相关性, 这些相关性可能来自不同的生物分子的单独采集。样品。使用这种方法可以帮助科学家正确地识别 mRNA 转化为蛋白质不相关的情况, 并可导致在各种条件下对转录后和翻译后的调节机制进行更深入的研究。
The authors have nothing to disclose.
l. r. l. 的资金来自 NIH/NIA (R00 AG042494 和 R01 AG051810)、格伦医学研究基金会衰老研究奖和美国老龄问题研究联合会的初级教师赠款。作者要感谢安妮塔·库马尔和石泉黄在撰写这份手稿时提供的有益反馈。
4–15% Mini-PROTEAN® TGX Stain-Free™ Protein Gels | BIORAD | 4568084 | |
Antibodies: | |||
CePAS7-s | DHSB- U of Iowa | ||
CeTAC1-s | DHSB- U of Iowa | ||
DLG1-s | DHSB- U of Iowa | ||
GRP78 | Novus Bio. | NBp1-06274 | |
HRP Goat Anti-Mouse | Li-Cor | 926-80010 | |
HRP Goat Anti-Rabbit | Li-Cor | 92680011 | |
HSP60-s | DHSB- U of Iowa | ||
LMP1-s | DHSB- U of Iowa | ||
MRP-1 | Abcam | ab24102 | |
Neuroligin 3 | Abcam | ab172798 | |
β-actin | Millipore | MAB1501R | |
ChemiDoc MP Imaging System | BIORAD | ||
Chloroform | Fisher | C298-500 | Health hazard, Irritant, Toxic |
Coomassie Brilliant Blue | ThermoSci | 20279 | |
DC Protein assay | BIORAD | 500-0116 | |
Epoch 2 microplate reader | BioTek | ||
Ethanol (200 proof) | Fisher | 04-355-223 | Flammable, health hazard |
HeLa cells | ATCC | CCL-2 | BSL2 |
iScript Reverse Transcription Supermix | BIORAD | 1708840 | |
Hydra microdispenser: Matrix Hydra | Robbins/ThermoFisher | ||
Isopropanol | Fisher | A516-4 | Flammable, health hazard |
M9 buffer: 3 g KH2PO4 6 g Na2HPO4 5 g NaCl Add H2O to 1 liter. Sterilize by autoclaving. After solution cools down, add 1 mL sterile 1 M MgSO4 |
|||
Laemmli Sample Buffer (2x) | BIORAD | 161-0737 | |
NanoDrop One | ThermoSci | ||
PAGE apparatus | BIORAD | ||
Ponceau S | Alfa Aesar | J60744 | |
Primers | IDT | 25 nmole DNA Oligo with Standard Desalting | |
dlg-1: F (5'-GGTCCTACCA GGCAGTTGAG-3') R (5'-CACGTCCGTT AACCTCTCCC-3') |
|||
hsp-4: F (5'-AGAGGGCTTT GTCAACCCAG-3') R (5'-TCGTCAGGGT TGATTCCACG-3') |
|||
hsp-70: F (5'-CGGCATGTGA ACGTGCTAAG-3') R (5'-GAGCAGTTGA GGTCCTTCCC-3') |
|||
hsp-60: F (5'-ATTGAGCAAT CGACGAGCGA-3') R (5'-CAACACCTCC TCCTGGAACG-3') |
|||
lmp-1: F (5'-ACAACAACAC CGGACTCACG-3') R (5'-ATCGAGCTCC CACTCTTTGG-3') |
|||
tac-1: F (5'-AGTGGCAGGC AAAGTTCCTC-3') R (5'-TGAGCACCTT GATCTCGTCG-3') |
|||
pas-7: F (5'-GTACGCTCAA AAGGCTGTCG-3') R (5'-CTGAATCGGC ATTGGCTCAC-3') |
|||
mrp-1: F (5'-TTTGCCTTGC GCTTGTTCTG-3') R (5'-AGTTCCAGTG CGGAGCATAC-3') |
|||
F07C4.12: F (5'-TGCTGAGCAT GAAGGACTGT-3') R (5'-TGGCAATAGC TCCTCCGTTG-3') |
|||
HK Actin: F (5'-CTACGAACTT CCTGACGGACAAG-3') R (5'-CCGGCGGACT CCATACC-3') |
|||
HK cyn-1: F (5'-GTGTCACCAT GGAGTTGTTC-3') R (5'-TCCGTAGATT GATTCACCAC-3') |
|||
HK nhr-23: F (5'-CAGAAACACT GAAGAACGCG-3') R (5'-CGATCTGCAG TGAATAGCTC-3') |
|||
HK ama-1: F (5'-TGGAACTCTG GAGTCACACC-3') R (5'-CATCCTCCTT CATTGAACGG-3') |
|||
HK cdc-42: F (5'-CTGCTGGACA GGAAGATTACG-3') R (5'-CTCGGACATT CTCGAATGAAG-3') |
|||
HK pmp-3: F (5'-GTTCCCGTGT TCATCACTCAT-3') R (5'-ACACCGTCGA GAAGCTGTAGA-3') |
|||
LightCycler 96 qPCR machine | Roche | ||
RIPA buffer: 10 mM Tris-Cl (pH 8.0) 1 mM EDTA 1% Triton X-100 0.2% SDS 140 mM NaCl 1 tablet of Roche protease inhibitor per 20 ml |
|||
SsoAdvanced Universal SYBR Supermix | BIORAD | 1725274 | |
SuperSignal West Femto Max Sens Substrate | ThermoSci | 34095 | |
Trans-Blot Transfer apparatus | BIORAD | ||
Trans-Blot Turbo Transfer Pack | BIORAD | 170-4159 | |
TRIzol reagent | Invitrogen | 15596026 | Health hazard (skin, eyes) |
Worm strains: | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
N2 (wild type) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
eat-2 (MAH95) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ||
rsks-1 (VB633) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) |