Hassas ve özellikle maya Saccharomyces cerevisiaeyeni transkripsiyonu RNA arındırmak için tiolated urasil kullanımı .
Nükleotid analog, 4-thiouracil (4tU), kolayca hücreler tarafından alınır ve vivo olarak RNA dahil, etiketleme kısa bir süre içinde üretilen RNA izolasyon sağlayan. Bu dahil thio grubu ve yakınlık arındırıcı bir biotin moiety ekleyerek yapılır, streptavidin kaplı boncuklar kullanılarak. Önceden var olan RNA’dan arınmıştır saf, yeni sentezlenmiş RNA iyi bir verim elde etmek kısa etiketleme süreleri mümkün kılar ve kinetik çalışmalarda artan zamansal çözünürlüğe izin verir. Bu, yeni sentezlenen RNA’nın çok özel ve yüksek verimli saflaştırılması için bir protokoldür. Burada sunulan protokol, RNA’nın Saccharomyces cerevisiae mayasından nasıl çıkarılabildiğini açıklamaktadır. Ancak, hücrelerden çıkarıldıktan sonra, itolitli RNA’nın total RNA’dan arındırılması için protokol herhangi bir organizmadan Gelen RNA kullanılarak etkili olmalıdır. Saflaştırılmış RNA ters transkriptaz-qPCR, RNA-seq ve SLAM-seq gibi birçok yaygın olarak kullanılan teknikler tarafından analiz için uygundur. Bu tekniğin özgüllüğü, duyarlılığı ve esnekliği RNA metabolizmasına benzersiz bir bakış açısı sağlar.
RNA dinamik bir doğaya sahiptir; kısa bir süre sonra çok RNA hızla işlenir ve bozulur üretilir. Şu anda, RNA metabolizmasının çoğu çalışma toplam hücresel RNA analiz, çoğunlukla tam olarak işlenmiş ve sabit devlet düzeyinde. Bu seviye transkripsiyon oranları, transkripsiyon sonrası olgunlaşma ve bozulma arasındaki dengeye bağlıdır. Sabit durum dengesine yol açan süreçlerin analizi, çok kısa ömürlü RNA türlerini yakalamak için özel teknikler gerektirir.
RNA’nın 4-thiouracil (4tU) veya 4-tiouridin (4sU) gibi nükleotid analogları ile metabolik etiketlemesi (mükemmel bir inceleme için Bkz. Duffy ve ark. 1), tiyo etiketli yeni doğan RNA’ları ve bunların işleme aralarını izole etme olanağı sunar. Ancak, yayınlanan protokoller birkaç dakika etiketleme süreleri içerir2,3, birçok transkript üretim oranına göre yavaş. Bu ortalama maya geni transkripsiyonu için bir dakika sırayla sürer, bu yüzden bir dakikadan az maya RNA etiketleme son derece kısa olarak kabul edilebilir. Son derece hızlı ve spesifik 4 thiouracil protokolü (ers4tU) 4tU kuruluş maksimize ve etiketsiz kurtarma en aza indirerek gürültü oranı sinyali maksimize, önceden var olan RNA mümkünçokkısa etiketleme süreleri 4 .
Tiyo modifiye baz verimli bir şekilde yeni sentezlenen RNA (nsRNA) etiketlemek için hızlı ve yeterli miktarda hücrelere ithal edilmelidir. Bunu teşvik etmek için, hücreler urasil içermeyen ortamda yetiştirilir ve uygun bir permazin ekspresyonu 4tU veya 4sU alımını artırmaya yardımcı olur (uygun permaz genleri taşıyan plazmidlerin listesi için Tablo 1’e ve Ek Şekil1’e bakınız). 4tU’nun sodyum hidroksitteki çözünürlüğü, diğer nükleotit analoglarının gerektirdiği toksik organik çözücülere olan ihtiyacı önler. Ne yazık ki, 50 μM’den büyük konsantrasyonlarda tiyo modifiye nükleozitler ileuzun süre büyüyen kültürlerin ribozomları bozduğu gözlenmiştir 5. Ancak, burada kullanılan konsantrasyon (10 μM) ve son derece kısa etiketleme süreleri, zararlı etkileri en aza indirir5 (Şekil1a),hala analiz için yeterli RNA verirken.
Bu teknik, “β-est AID 4U” protokolü olarak adlandırılan ve β-est aid 4U protokolü olarak adlandırılan ve kandinin ekspresyonunun düzenlendiği bir hedef protein6,7 (Şekil2)hızlı ve spesifik yardımcı aracılı tükenmesi ile kombine edilebilir. indüklemez degron (AID) sistemi 4tU etiketleme ile birleştirilir. β-est AID 4U yaklaşımı ile hedef protein tükenebilir ve RNA metabolizması üzerindekietkisi yakından izlenebilir (Şekil 2). Zamanlama çok önemlidir; eşlik eden videoyu görüntülemeniz ve Şekil 2’ye ve animasyonformuna yakın ilgi göstermeniz tavsiye edilir (Bkz. Ek Şekil2).
Doğru zaman çözünürlüğü için RNA’nın işlenmesi ve bozulması son derece hızlı bir şekilde durdurulmalıdır. Bu çok hızlı hücre içeriğini giderir ve nükleik asit içeriği korurken hücre zarını bozar düşük sıcaklıkta metanol kullanılarak elde edilir8. RNA ekstraksiyonu verimli olmalı ve RNA’ya zarar vermemelidir. Mekanik lisis chaotropic ajanların yokluğunda etkilidir (genellikle bu tiyo grupları içerir, bu yüzden kaçınılmalıdır). RNA lityum klorür çökelti tercih edilir, tRNA’lar daha az verimli çöktürülmüş olduğundan. tRNA’lar hızla transkripsiyonuve doğal olarak thiolated 9, bu nedenle tRNA’ların çıkarılması biyotinylasyon reaktifi için rekabeti azaltır. Küçük, yüksek yapılı RNA’lar ilgi çekiciyse, alkol bazlı RNA yağış yöntemleri önerilir.
Tiyitli RNA kurtarmak için, biotin kovalent 4tU ile RNA dahil tiyo grupları ile bağlanır. Dekolte edilebilir bir disülfit bağı (örneğin, HPDP-biotin (N-[6-(Biotinamido)hexyl]-3′-(2′-pyridyldithio)propionamide, p ropionamide, veya MTS-biotin (Metan thulfonate)) ile bağlanan modifiye biyotin kullanımı önerilir. bir indirgeyici madde ekleyerek RNA serbest bırakılmasına izin verir gibi. Biyotinylated RNA arınmış streptavidin manyetik boncuklar ile birleştiğinde saf. Bu protokol, daha önce10 olarak listelenen diğer protokollere benzer, ancak arka planı azaltmak için yoğun olarak optimize edilmiştir.
Sürekli ve kesintisiz etiketleme, yapılabilir tiyol etiketleme deneyi iki türü vardır. Her birinin kendi avantajları vardır. Sürekli etiketlemede 4tU kültüre eklenir ve düzenli aralıklarla alınan numuneler alınır. Bu tür bir deneme, RNA’nın nasıl işlenir ve düzeylerin zaman içinde nasıl değiştiğini gösterir. Örnekler arasında mutantın vahşi tip deneylerle karşılaştırılması ve nabız kovalama deneyi sayılabilir. Şekil 3b,c’de gösterilen deneyler bu türdedir. Kesintili etiketleme için sisteme bir değişiklik indüklenir ve RNA izlenir. Değişim indüklendikten sonra kültür birkaç alt kültüre ayrılmalıdır ve belirli zamanlarda, her biri kısa bir süre için thio-etiketli. Bir örnek şekil 27’de gösterilen β-est AID 4U’dur. Bu tür deneyler, metabolik bir değişikliğin RNA işleme üzerindeki etkisini izlemek için özellikle yararlıdır (Bkz. Şekil 3d).
Bir tio-etiketleme deneyinin grafik gösterimi Şekil 4 ve Şekil5’te sunulur ve protokolün performansını büyük ölçüde kolaylaştıran bir elektronik tablo mevcuttur (bkz. 4tU deneme template.xlsx). Bunun yanı sıra Ek Bilgiler kapsamlı bir sorun giderme kılavuzu içerir. 4tU etiketlemeyi auxin tükenme protokolüile birleştiren β-est AID 4U protokolü için Şekil 2 ve Ek Şekil2’ye bakınız. Ayrıntılı AID tükenme protokolüiçin 7.
Bu makale, son derece hızlı ve spesifik 4tU etiketleme için bir protokol sunar, yeni doğan kurtarma için, yeni sentezlenmiş RNA S. cerevisiae daha az 15 s etiketleme sonra, etiketlenmemiş RNA tarafından çok düşük kontaminasyon ile.
Kullanıcı her zaman soğuk sıcaklıklar ve DEPC ile tedavi reaktifler kullanarak RNA bütünlüğünü korumak için dikkat etmelidir. Streptavidin boncuk arınma genellikle güvenilir; ancak, boncuk tampon işlemek zordur; bileşenleri doğru sırada eklenmiş ve soğutulmuş veya otoklavlı değil, taze yapılmalıdır. Yaygın başarısızlıklar arasında RNA’nın yağış adımlarından sonra tamamen çözülememesi ve bu nedenle işleme adımları sırasında biyolojik olarak biyolojik olarak çözülmemesi veya başka bir şekilde kaybolmaması sayılabilir. Ek malzemede kapsamlı sorun giderme yardımı vardır.
Ers4tU’da dikkat edilmesi gereken bazı sınırlamalar vardır. Bir zaten bahsedilen 4tU maya büyüme yavaşlar (Şekil 1a). Endojen olarak thiolated RNA9dışında, sadece etiketleme döneminde transkripsiyonu olan RNA’lar bu yöntemle saflaştırılabilir. Tiyasyon süresi boyunca genler üzerinde duraklatılmış polimerazlar saflaştırılabilen tiyitasyon transkriptleri üretmez, ancak tiyatifasyon sırasında duraklatılmış bir duruma giren veya bırakan polimerazlar nedeniyle kısmen etiketlenmiş transkriptler kurtarılabilir. Mutasyon veya büyüme koşulları nedeniyle kötü transkripsiyonu yapılan suşlar, burada kullanılan teknikler diğer yöntemlere göre nsRNA’nın iyileşmesini artıracak olsa da, az nsRNA üretir. Bu suşve koşullarda daha uzun süreler ve artan kültür hacimleri gerekebilir. Urasil’in iyi bir azot kaynağı olduğunu ve bu nedenle bu yöntemin azot açlığı ile ilgili çalışmalarda kullanılmadan önce denenmesi gerektiğini unutmayın.
Ers4tU protokolü özellikle kısa ömürlü RNA’ların analizinde yararlıdır ve bunların birçoğu o kadar hızlı bozulur ki, bozulma makinelerini sakat bırakmadan tespit edilemezler. Örnekler şifreli kararsız transkript (CUTs)4ve kısa transkript erken sonlandırma veya organizatör proksimal duraklama18 ve antisense transkripsiyon “upstream” bir promotör (PROMPTs)19tarafından üretilen içerir. Kararlı RNA türlerinin işlenmesi sırasında üretilen ara lar da geçicidir ancak ers4tU transkripsiyon4kullanılarak zenginleştirilebilir. Bu nedenle ers4tU protokolü, son derece geçici RNA türlerinin yakın fizyolojik koşullar altında analiz edilip yakalanmasına izin vermek açısından istisnaidir ve bu da diğer yöntemlere göre büyük bir avantajdır. Bu teknik, normal20’dendaha hızlı veya daha yavaş uzamış RNA polimeraz mutantlarında transkripsiyon ve aşağı RNA işleme kinetiklerini incelemek için kullanılmıştır.
Thiolation da RNA-seq ve SLAM-seq21ile uyumludur , tüm RNA çok kısa bir süre içinde üretilen izin zarif ayrıntılı olarak karakterize edilecek.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Wellcome’nin JB’ye sağladığı fonla desteklenmiştir [104648]. Wellcome Hücre Biyolojisi Merkezi’ndeki çalışmalar Wellcome çekirdek finansmanı ile desteklenmiştir [092076]. Bella Maudlin, Emanuela Sani, Susanna De Lucas-Arias ve Shiney George: Yazarlar yardım için laboratuvar üyeleri kabul. Yazarlar da plazmid YEpEBI31111için Patrick Cramer teşekkür etmek istiyorum.
β-mercaptoethanol (βME) | Sigma-Aldrich | M3148 | CAUTION toxic. Stock solutions are aproximatly 14 M, make at 1/20 dilution for use |
Chloroform | Sigma-Aldrich | 25668 | CAUTION toxic |
Diethyl pyrocarbonate (DEPC) | Sigma-Aldrich | D5758 | add 1/1000 volume to a solution, leave at room temperature for 24 h, then autoclave |
DMF (N,N-dimethylformamide) | Sigma-Aldrich | 227056 | CAUTION toxic |
EDTA | Sigma-Aldrich | 3609 | Make 0.5 M and pH to 8.0 with sodium hydroxide |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 29221 | |
EZ-link HPDP Biotin | Thermo scientific | 21341 | Store protected from light. Disolve all the vial contents in 22.7 mL DMF (to make a 4 mM stock solution). Store away from water, in the dark & at -20 °C. Check the solution before using, as some batches of HPDP precipitate in storage; heat at 42 °C to resuspend. |
Glucose | Fisher Scientific | G/0500/60 | |
Glycogen [20 mg/mL] | Sigma-Aldrich | 10901393001 | Store at -20 °C |
Immobilised TCEP Disulfide Reducing Gel | Thermo Scientific | 77712 | Optional |
LiCl | Sigma-Aldrich | 793620 | 10 M solution. CAUTION: this gets very hot as is dissolves and can even boil at greater than 100 oC, add the LiCl crystals to the water slowly. |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 63033 | 1 M solution. CAUTION: this gets very hot as is dissolves and can even boil at greater than 100 oC, add the MgCl2 crystals to the water slowly. |
Methanol | Fisher Scientific | M/4000/PC17 | CAUTION Toxic and flammable |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S3139 | Make 1 M solutions of each and mix in equal amount to obtain a solution of the appropriate pH |
Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S3264 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888-M | 5 M solution |
Phenol, low pH. | Sigma-Aldrich | P4682 | Store in the dark at 4 °C. CAUTION toxic |
Phenol Chloroform 5:1 (125:24:1) low pH. | Sigma-Aldrich | P1944 | Store in the dark at 4 °C. CAUTION toxic |
Pierce Spin Columns | Thermo Scientific | 69702 | Optional |
SCSM single drop-out –ura | Formedium | DSCS101 | |
Sodium Acetate | Sigma-Aldrich | 32318-M | Make a 3 M solution and pH to 5.3 with acetic acid |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 795429 | CAUTION corrosive |
SDS (Sodium dodecyl sulfate) | Sigma-Aldrich | 436143 | CAUTION irritant, do not inhale |
Streptavidin Magnetic beads | NEB | 1420S | Store at 4°C |
SUPERase-In, RNase inhibitor | Life technologies | AM2696 | Store at -20°C |
Thiolated Schizosaccharomyces pombe for spike | See section 1.7 of the protocol | ||
4-thiouracil (4tU) | ACROS ORGANICS | 359930010 | Store in the dark. Make 100 mM Stock in 1M NaOH, store solutions at -20°C. |
Tris base | Sigma-Aldrich | 93362 | 1 M solutions at various pH |
tRNA | Sigma-Aldrich | 10109541001 | 5mg/ml, store at -20°C |
Uridine | Sigma-Aldrich | U3750 | Make 1 M solution in H2O. Split into 2 mL aliquots and store at -20 C. |
Yeast nitrogen base without amino acids with amonium sulphate | Formedium | CYN0410 | |
Zeba Columns 0.5ml | Thermo Scientific | 89882 | Store at 4 °C |
Zirconia beads | Thistle Scientific | 110791052 | |
Equipment and Consumables | |||
Beadbeater | Biospec | 112011EUR | Other homogenisers can be used; the correct conditions for each homogeniser and strain must be established. |
Bioanalyser (Agilent) or similar to assess RNA quality. If this is not important a spectrophotometer is useful to quantify the RNA. | |||
Centrifuge: capable of spinning cultures at 4 °C and at least 3000 g. Pre-chill if possible. | |||
Centrifuge: capable of spinning up to 2 mL tubes at variable speeds upto 13,000 g and down to 1000 g | |||
Magnetic rack for separating the beads from the sample. The one used in the paper is 3D printed, available from Thingiverse (thing:3562952). Comercially available racks exist | |||
PCR machine with a heated lid that will allow incubation in the dark. | |||
Rotating wheel to rotate 1.5 mL tubes end over end | |||
Shaking heating block (such as Eppendorf Thermomixer) is recomended | |||
Tubes, centrifuge, Low retention, RNase free 0.5mL | Eppendorf | H179467N | |
Tubes, centrifuge, Low retention, RNase free 1.5mL | Ambion | AM12350 | |
Tubes, centrifuge, 50 mL | Sarstedt | 62.547.004 | Other centrifuge tubes are not gas proof allowing CO2 to disolve in the methanol, this comes out of solution vigorously on adding warm culture, leading to sample loss |
Tubes, centrifuge, 15 mL | Sarstedt | 62.554.001 | |
Tubes, 2 mL, screw cap | Greiner | 723361 | |
Tubes 0.2 mL strip of 8 with integral lids | Brand | 781332 |