RNA Sıralaması Kullanılarak Dairesel RNA'ların Tanımlanması
Summary
Dairesel RNA’lar (circRNA’lar), transkripsiyonel düzenlemede ve proteinler arasındaki iletişimlerde rol alabilecek kodlamayan RNA’lardır. CircRNA sıralama kütüphanelerinin inşası için farklı parametrelerin değerlendirilmesinin ardından, RNase R ön arıtma ile mahsur kalan toplam RNA kitaplığı hazırlığı kullanılarak bir protokol derlenmiş ve burada sunulmuştur.
Abstract
Dairesel RNA’lar (circRNA’lar), mikro-RNA (miRNA) düzenlemesi, protein-protein etkileşimlerinin arabuluculuğu ve ebeveyn gen transkripsiyonunun düzenlenmesi gibi işlevlerde yer alan kodlamayan RNA’lar sınıfıdır. Klasik yeni nesil RNA sıralamasında (RNA-seq), circRNA’lar genellikle mRNA kitaplıklarının inşası sırasında poli-A seçiminin bir sonucu olarak gözden kaçırılır veya çok düşük bollukta bulunur ve bu nedenle izole etmek ve tespit etmek zordur. Burada, bir circRNA kütüphane inşaat protokolü kütüphane hazırlama kitleri, ön işlem seçenekleri ve çeşitli toplam RNA giriş miktarları karşılaştırılarak optimize edildi. RNase R ön işlem li ve olmayan ve değişken miktarda toplam RNA girişi (1 ila 4 g) kullanılarak, ticari olarak kullanılabilen iki tam transkripsiyon kitaplığı hazırlama kitleri test edildi. Son olarak, birden fazla doku tipleri; karaciğer, akciğer, lenf düğümü ve pankreas dahil; yanı sıra birden fazla beyin bölgeleri; beyincik dahil, inferior parietal lob, orta temporal girus, oksipital korteks, ve üstün frontal girus; doku tipleri arasında circRNA bolluğunu değerlendirmek için karşılaştırıldı. Altı farklı circRNA algılama aracı (find_circ, CIRI, Mapsplice, KNIFE, DCC ve CIRCexplorer) kullanılarak oluşturulan RNA-seq verilerinin analizi, RNase R ön işlem ve 4 μg RNA girişi ile mahsur toplam RNA kitaplık hazırlama kitinin en uygun olduğunu ortaya koymuştur. circRNA’ların en yüksek göreli sayısını belirleme yöntemi. Önceki bulgularla tutarlı olarak, beyin dokularında diğer doku tiplerine göre en yüksek circRNA zenginleştirme gözlendi.
Introduction
Dairesel RNA’lar (CircRNA’lar) ökaryotik transkripsiyon1,2,3’teyaygın olarak ifade edilen endojen, kodlamayan RNA’lardır. Onlar exons birbirlerine geri-splice oluşur ve bu nedenle başlangıçta eserler4,5birleştirme olarak kabul edildi . Ancak, son çalışmalar, circRNA’ların hücre tipini, dokuyu ve gelişim evresine özgü ekspresyonu3,6 ve evrimsel olarak korunmuş2,3olduğunu göstermiştir. Ayrıca, protein-protein etkileşimleri arabuluculuk yer almaktadır7, mikro-RNA (miRNA) bağlayıcı3,8,9,10, ve ebeveyn gen transkripsiyon11düzenlenmesi .
Klasik RNA diziliminde (RNA-seq), circRNA’lar mRNA’lar için poli-A seçimi sonucunda kütüphane inşaatı sırasında tamamen kaybolabilir veya düşük bollukları göz önüne alındığında izole edilmesi zor olabilir. Ancak, son circRNA karakterizasyon çalışmaları amacıyla circRNA2,12,13için zenginleştirmek için RNase R kullanarak bir ön tedavi adımı dahil var. RNase R, dairesel RNA yapılarını geride bırakarak lineer RNA’ları sindiren bir exoribonuclease’dir. CircRNA zenginleştirme protokolleri, rnase R ön işlem adımı olan ve olmayan iki ticari olarak kullanılabilen tüm transkripsiyon kitaplığı yapı kitlerinden elde edilen verilerin üretilmesi ve karşılaştırılması ve değişen miktarlarda toplam RNA girişi kullanılarak optimize edilmiştir (1 ila 4 g). Optimize edilmiş protokol daha sonra beş farklı beyin bölgesinde (beyincik [BC], inferior parietal lob [IP], orta temporal girus [MG], oksipital korteks [OC] ve üstün frontal girus [SF]) ve diğer dört doku tipi (karaciğer [LV], akciğer [LU], lenf nodu [LN] ve pankreas [PA]) arasında circRNA bolluğunu değerlendirmek için kullanıldı. RNA-seq kütüphaneleri sıralı olarak eşleştirilmiş ve veriler altı farklı circRNA tahmin algoritmaları kullanılarak analiz edildi: find_circ3, CIRI14, Mapsplice15, KNIFE16, DCC17, ve CIRCexplorer18. Analizlerimize göre, RNase R ön işlem ve 4 μg toplam giriş RNA ile mahsur toplam RNA kütüphane hazırlama kiti kullanılarak en yüksek sayıda benzersiz circNA tespit edilmiştir. Optimize edilmiş protokol burada açıklanmıştır. Daha önce bildirildiği gibi19,20, circRNA en yüksek zenginleştirme diğer doku tipleri ile karşılaştırıldığında beyinde gözlendi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, circRNA sıralama kitaplıklarının inşası için circRNA zenginleştirme protokolünü optimize etmek amacıyla ticari olarak kullanılabilen iki kütüphane hazırlama kitleri, ön işlem seçenekleri ve giriş RNA miktarları test edilmiştir. Bu çalışmanın değerlendirmelerine dayanarak, circRNA sıralama kitaplıklarının oluşturulmasında önemli ve kritik adımlar ortaya çıkmıştır. Değerlendirmemiz, tespit edilen circRNA sayısının artmasıyla yansıtTığı üzere RNase R ön arı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz Banner Güneş Sağlık Araştırma Enstitüsü Beyin ve Vücut Bağışı Programı (BBDP) Sun City, Arizona insan beyin dokularının sağlanması için müteşekkiriz. BBDP Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü (U24 NS072026 Parkinson Hastalığı ve İlişkili Bozukluklar için Ulusal Beyin ve Doku Kaynağı), Ulusal Yaşlanma Enstitüsü (P30AG19610 Arizona Alzheimer Hastalığı Çekirdek Merkezi), Arizona Sağlık Hizmetleri Bölümü (sözleşme 211002, Arizona Alzheimer Araştırma Merkezi), Arizona Biyomedikal Araştırma Komisyonu (sözleşmeler 4001, 0011, 05-901 ve 1001 Arizona Parkinson Hastalığı Konsorsiyumu için) ve Michael J. Parkinson Araştırma Fox Vakfı27. Bu çalışma aynı zamanda DHS ve Arizona Eyaleti (ADHS hibe # ADHS14-052688) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca Andrea Schmitt (Banner Araştırma) ve Cynthia Lechuga (TGen) idari destek için teşekkür ederiz.
Materials
| 1000 µL pipette tips | Rainin | GP-L1000F | |
| 20 µL pipette tips | Rainin | SR L 10F | |
| 200 µL pipette tips | Rainin | SR L 200F | |
| 2200 TapeStation Accessories (foil covers) | Agilent Technologies | 5067-5154 | |
| 2200 TapeStation Accessories (tips) | Agilent Technologies | 5067-5153 | |
| Adhesive Film for Microplates | VWR | 60941-064 | |
| AMPure XP Beads 450 mL | Beckman Coulter | A63882 | PCR purification |
| Eppendorf twin.tec 96-Well PCR Plates | VWR | 951020401 | |
| High Sensitivity D1000 reagents | Agilent Technologies | 5067-5585 | |
| High Sensitivity D1000 ScreenTape | Agilent Technologies | 5067-5584 | |
| HiSeq 2500 Sequencing System | Illumina | SY-401-2501 | |
| HiSeq 3000/4000 PE Cluster Kit | Illumina | PE-410-1001 | |
| HiSeq 3000/4000 SBS Kit (150 cycles) | Illumina | FC-410-1002 | |
| HiSeq 4000 Sequencing System | Illumina | SY-401-4001 | |
| HiSeq PE PE Rapid Cluster Kit v2 | Illumina | PE-402-4002 | |
| HiSeq Rapid SBS Kit v2 (50 cycle) | Illumina | FC-402-4022 | |
| Kapa Total RNA Kit | Roche | KK8400 | |
| Molecular biology grade ethanol | Fisher Scientific | BP28184 | |
| Qubit Assay Tubes | Supply Center by Thermo Fischer | Q32856 | |
| Qubit dsDNA High Sense Assay Kit | Supply Center by Thermo Fischer | Q32854 | |
| RNA cleanup and concentrator – 5 | Zymo | RCC-100 | Contains purification columns, collection tubes |
| RNAClean XP beads | Beckman Coulter Genomics | RNA Cleanup beads | |
| Rnase R | Lucigen | RNR07250 | |
| SuperScript II Reverse Transcriptase 10,000 units | ThermoFisher (LifeTech) | 18064014 | |
| TapeStation 2200 | Agilent Technologies | Nucleic Acid analyzer | |
| TElowE | VWR | 10128-588 | |
| TruSeq Stranded Total RNA Library Prep Kit | Illumina | 20020596 | Kit used in section 3 |
| Two-Compartment Divided Tray | VWR | 3054-1004 | |
| UltraPure Water | Supply Center by Thermo Fischer | 10977-015 | |
| Universal control RNA | Agilent | 740000 |
References
- Salzman, J., Gawad, C., Wang, P. L., Lacayo, N., Brown, P. O. Circular RNAs are the predominant transcript isoform from hundreds of human genes in diverse cell types. PloS One. 7 (2), e30733 (2012).
- Jeck, W. R., et al. Circular RNAs are abundant, conserved, and associated with ALU repeats. RNA. 19 (2), 141-157 (2013).
- Memczak, S., et al. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency. Nature. 495 (7441), 333-338 (2013).
- Sanger, H. L., Klotz, G., Riesner, D., Gross, H. J., Kleinschmidt, A. K. Viroids are single-stranded covalently closed circular RNA molecules existing as highly base-paired rod-like structures. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (11), 3852-3856 (1976).
- Nigro, J. M., et al. Scrambled exons. Cell. 64 (3), 607-613 (1991).
- Salzman, J., Chen, R. E., Olsen, M. N., Wang, P. L., Brown, P. O. Cell-type specific features of circular RNA expression. PLoS Genetics. 9 (9), e1003777 (2013).
- Du, W. W., et al. Foxo3 circular RNA promotes cardiac senescence by modulating multiple factors associated with stress and senescence responses. European Heart Journal. 38 (18), 1402-1412 (2016).
- Capel, B., et al. Circular transcripts of the testis-determining gene Sry in adult mouse testis. Cell. 73 (5), 1019-1030 (1993).
- Hansen, T. B., et al. miRNA-dependent gene silencing involving Ago2-mediated cleavage of a circular antisense RNA. The EMBO Journal. 30 (21), 4414-4422 (2011).
- Hansen, T. B., et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges. Nature. 495 (7441), 384-388 (2013).
- Li, Z., et al. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus. Nature Structural & Molecular Biology. 22 (3), 256-264 (2015).
- Tan, W. L., et al. A landscape of circular RNA expression in the human heart. Cardiovascular Research. 113 (3), 298-309 (2016).
- Zhong, Z., Lv, M., Chen, J. Screening differential circular RNA expression profiles reveals the regulatory role of circTCF25-miR-103a-3p/miR-107-CDK6 pathway in bladder carcinoma. Scientific Reports. 6, 30919 (2016).
- Gao, Y., Wang, J., Zhao, F. CIRI: an efficient and unbiased algorithm for de novo circular RNA identification. Genome Biology. 16, 4-014-0571-0573 (2015).
- Wang, K., et al. MapSplice: accurate mapping of RNA-seq reads for splice junction discovery. Nucleic Acids Research. 38 (18), e178 (2010).
- Szabo, L., et al. Statistically based splicing detection reveals neural enrichment and tissue-specific induction of circular RNA during human fetal development. Genome Biology. 16, 126-015-0690-0695 (2015).
- Cheng, J., Metge, F., Dieterich, C. Specific identification and quantification of circular RNAs from sequencing data. Bioinformatics. 32 (7), 1094-1096 (2016).
- Zhang, X. O., et al. Complementary sequence-mediated exon circularization. Cell. 159 (1), 134-147 (2014).
- Rybak-Wolf, A., et al. Circular RNAs in the mammalian brain are highly abundant, conserved, and dynamically expressed. Molecular Cell. 58 (5), 870-885 (2015).
- Ji, P., et al. Expanded Expression Landscape and Prioritization of Circular RNAs in Mammals. Cell Reports. 26 (12), 3444-3460 (2019).
- Hansen, T. B., Venø, M. T., Damgaard, C. K., Kjems, J. Comparison of circular RNA prediction tools. Nucleic Acids Research. 44 (6), e58 (2016).
- Zeng, X., Lin, W., Guo, M., Zou, Q. A comprehensive overview and evaluation of circular RNA detection tools. PLoS Comput Biol. 13 (6), e1005420 (2017).
- Sekar, S., et al. ACValidator: a novel assembly-based approach for in silico validation of circular RNAs. bioRxiv. , (2019).
- Westholm, J. O., et al. Genome-wide analysis of drosophila circular RNAs reveals their structural and sequence properties and age-dependent neural accumulation. Cell Reports. 9 (5), 1966-1980 (2014).
- Szabo, L., Salzman, J. Detecting circular RNAs: bioinformatic and experimental challenges. Nature Reviews Genetics. 17 (11), 679-692 (2016).
- Zheng, Y., Ji, P., Chen, S., Hou, L., Zhao, F. Reconstruction of full-length circular RNAs enables isoform-level quantification. Genome Medicine. 11 (1), 2 (2019).
- Beach, T. G., et al. Arizona study of aging and neurodegenerative disorders and brain and body donation program. Neuropathology. 35 (4), 354-389 (2015).
