Summary

Cirkulerande MicroRNA Kvantifiering Använda DNA-bindande Dye kemi och Droplet Digital PCR

Published: June 26, 2016
doi:

Summary

A sensitive and accurate method for cell-free microRNAs quantification using a dye-based chemistry and droplet digital PCR technology is described.

Abstract

Cirkulerande (i cellfria) mikroRNA (miRNA) frigörs från celler in i blodströmmen. Mängden specifika mikroRNA i cirkulationen har kopplats till ett sjukdomstillstånd och har potential att användas som sjukdoms biomarkör. En känslig och noggrann metod för att cirkulera mikroRNA kvantifiering med hjälp av en färgbaserad kemi och dropp digital PCR-teknik har nyligen utvecklats. Specifikt, med användning av Låst Nucleic Acid (LNA) -baserade miRNA specifika primrar med ett grönt fluorescerande DNA-bindande färgämne i en kompatibel dropp digital PCR-system är det möjligt att erhålla den absolut kvantifiering av specifika miRNA. Här beskriver vi hur utförande av denna teknik för att bedöma miRNA mängd i biologiska vätskor, såsom plasma och serum, är både möjligt och effektivt.

Introduction

MicroRNAs (miRNAs) are released into blood circulation by potentially all the cells of the organism, as a consequence of active release or necrotic and apoptotic processes. Cell-free miRNAs have been detected in the bloodstream either as free stable molecules or linked to lipoproteins or enveloped inside exosomes and microvesicles 1-3. They are believed to function as cell-to-cell communicators 4, and their amount changes in the presence of cancer, cardiac disorders or autoimmune diseases 5-7. Their accurate and reproducible quantification is the basis for their evaluation as disease biomarkers. However, for several reasons already described elsewhere 8,9, miRNA quantification in serum or plasma, as well as other body fluids, could be very challenging 10,11. We recently developed a method for the absolute quantification of circulating miRNAs, based on miRNA-specific LNA primers and DNA-binding dye droplet digital PCR (ddPCR) technology 12. This methodology has been applied to the validation of miRNA breast cancer biomarkers 13,14.

After the partitioning of each reverse-transcribed miRNA molecule inside a nanoliter-sized droplet, it is possible to count the copy number of each miRNA in each sample, basically counting the number of green, and therefore positive, fluorescent droplets. As soon as a PCR reaction occurs, a positive count is achieved, without the need to establish a standard curve or taking PCR efficiency into account in target amount calculation, as it happens with quantitative RT-PCR (RT-qPCR). In addition, ddPCR proved to be more sensitive and accurate than RT-qPCR in circulating miRNA quantification 15. In this article we present the detailed protocol of this methodology, discussing the most relevant steps andspecifically considering serum and plasma clinical samples.

Protocol

MicroRNA Isolering från plasma eller serum Obs: Plasma och förberedelse serum är ett viktigt steg i cirkulerande miRNA kvantifiering. Det inte finns någon föredragen procedur för plasma och serum beredning. Det enda viktiga sak att tänka på är att alla prover från samma experiment måste bearbetas med exakt samma arbetsflöde. Utgå från 200 ul serum eller plasma. Total RNA kan isoleras från serum eller plasma med användning av kommersiellt tillgängliga kit. 1. Protokoll f?…

Representative Results

Den absoluta mängden av specifika miRNA per ml plasma eller serum kan bestämmas med användning av en grönfluorescerande DNA-bindande färgämne och dropp digital PCR-teknologi. Figur 1 presenterar processen med positiv droppar urval, som bestämmer den slutliga miRNA koncentration (kopior / | il ) i amplifieringsreaktionen beräknas av analysprogram. Mängden av varje miRNA i blodet är mycket annorlunda, eftersom vissa miRNA arter rikligare än andra. Med hjälp av …

Discussion

Cirkulerande miRNAs är närvarande i blod vid extremt låga koncentrationer och mängden RNA som kan extraheras från plasma- och serumprover är låg. Av denna anledning, är de svåra att kvantifiera med andra tekniker såsom mikromatris och RNA-sekvensering. Dessutom finns det en generaliserad brist på avtal om data normalisering och närvaron av endogena "referens" miRNA i blodet. I detta sammanhang är en känslig teknik som dropp digital PCR, med förmåga att räkna antalet miRNA kopior per ml serum e…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Med stöd av medel från den italienska föreningen för cancerforskning (AIRC) till MF (MFAG 11676) och MN (Special Program Molecular Clinical Oncology -. 5 promille n 9980, 2010/15) och från det italienska ministeriet Undervisnings, universitet och forskning FIRB 2011 till MN (Project RBAPIIBYNP).

Materials

miRNeasy Mini Kit Qiagen 217004 Columns for total RNA, including miRNA, extraction from serum/plasma
100 nmole RNA oligo Cel-miR-39-3p Integrated DNA Technologies Custom Sequence: UCACCGGGUGUAAAUCAGCUUG
Universal cDNA synthesis kit II, 8-64 rxns Exiqon 203301 Kit for microRNA reverse transcription
MicroRNA LNA PCR primer set  Exiqon 204000-206xxx and 2100000-21xxxxx Primers for miRNA amplification inside droplets
QX200 droplet generator BioRad 186-4002 Instrument used for droplet reading
QX200 droplet reader BioRad 186-4003 Instrument used for droplet generation
QuantaSoft software BioRad 186-3007 Software for data collection and analysis
PX1 PCR plate sealer BioRad 181-4000 Plate sealer
DG8 droplet generator cartridges and gaskets BioRad 186-4008 Cartridges used to mix sample and oil to generate droplets
QX200 ddPCR EvaGreen supermix BioRad 186-4033/36 PCR supermix
QX200 droplet generator oil for EvaGreen dye BioRad 186-4005 Oil for droplet generation

References

  1. Arroyo, J. D., et al. Argonaute2 complexes carry a population of circulating microRNAs independent of vesicles in human plasma. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 5003-5008 (2011).
  2. Skog, J., et al. Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers. Nat Cell Biol. 10, 1470-1476 (2008).
  3. Vickers, K. C., Palmisano, B. T., Shoucri, B. M., Shamburek, R. D., Remaley, A. T. MicroRNAs are transported in plasma and delivered to recipient cells by high-density lipoproteins. Nat Cell Biol. 13, 423-433 (2011).
  4. Braicu, C., et al. Exosomes as divine messengers: are they the Hermes of modern molecular oncology. Cell Death Differ. 22, 34-45 (2015).
  5. Creemers, E. E., Tijsen, A. J., Pinto, Y. M. Circulating microRNAs: novel biomarkers and extracellular communicators in cardiovascular disease. Circ Res. 110, 483-495 (2012).
  6. Guay, C., Regazzi, R. Circulating microRNAs as novel biomarkers for diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 9, 513-521 (2013).
  7. Schwarzenbach, H., Nishida, N., Calin, G. A., Pantel, K. Clinical relevance of circulating cell-free microRNAs in cancer. Nat Rev Clin Oncol. 11, 145-156 (2014).
  8. Moldovan, L., et al. Methodological challenges in utilizing miRNAs as circulating biomarkers. J Cell Mol Med. 18, 371-390 (2014).
  9. Tiberio, P., Callari, M., Angeloni, V., Daidone, M. G., Appierto, V. Challenges in Using Circulating miRNAs as Cancer Biomarkers. Biomed Res Int. 2015, 731479 (2015).
  10. Jarry, J., Schadendorf, D., Greenwood, C., Spatz, A., van Kempen, L. C. The validity of circulating microRNAs in oncology: five years of challenges and contradictions. Mol Oncol. 8, 819-829 (2014).
  11. Witwer, K. W. Circulating MicroRNA Biomarker Studies: Pitfalls and Potential Solutions. Clin Chem. 61, 56-63 (2015).
  12. Miotto, E., et al. Quantification of Circulating miRNAs by Droplet Digital PCR: Comparison of EvaGreen- and TaqMan-Based Chemistries. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 23, 2638-2642 (2014).
  13. Ferracin, M., et al. Absolute quantification of cell-free microRNAs in cancer patients. Oncotarget. , (2015).
  14. Mangolini, A., et al. Diagnostic and prognostic microRNAs in the serum of breast cancer patients measured by droplet digital PCR. Biomarker Research. , (2015).
  15. Hindson, C. M., et al. Absolute quantification by droplet digital PCR versus analog real-time PCR. Nat Methods. 10, 1003-1005 (2013).
  16. Mestdagh, P., et al. Evaluation of quantitative miRNA expression platforms in the microRNA quality control (miRQC) study. Nat Methods. 11, 809-815 (2014).

Play Video

Citer Cet Article
Ferracin, M., Salamon, I., Lupini, L., Miotto, E., Sabbioni, S., Negrini, M. Circulating MicroRNA Quantification Using DNA-binding Dye Chemistry and Droplet Digital PCR. J. Vis. Exp. (112), e54102, doi:10.3791/54102 (2016).

View Video