Antikörperfreier Assay für rna-Methyltransferase-Aktivitätsanalyse

Summary

Hierwird wird ein antikörperfreier In-vitro-Assay zur direkten Analyse der Methyltransferase-Aktivität an synthetischer oder in vitro transkribierter RNA beschrieben.

Abstract

Es gibt mehr als 100 chemisch unterschiedliche Modifikationen der RNA, von denen zwei Drittel aus Methylierungen bestehen. Das Interesse an RNA-Modifikationen, insbesondere Methylierungen, ist aufgrund der wichtigen Rolle der Enzyme, die sie schreiben und löschen, in biologischen Prozessen, die für Krankheiten und Krebs relevant sind, wieder aufgetaucht. Hierbei wird ein empfindlicher In-vitro-Assay zur genauen Analyse der RNA-Methylierungs-Writer-Aktivität an synthetischen oder in vitro transkribierten RNAs bereitgestellt. Dieser Test verwendet eine tritiated Form von S-Adenosyl-Methionin, was zu einer direkten Etikettierung von methylierter RNA mit Tritium führt. Die geringe Energie der Tritiumstrahlung macht die Methode sicher, und bereits bestehende Methoden der Tritiumsignalverstärkung ermöglichen es, die methylierte RNA ohne den Einsatz von Antikörpern, die häufig anfällig für Artefakte sind, zu quantifizieren und zu visualisieren. Während diese Methode für die RNA-Methylierung geschrieben ist, machen wenige Optimierungen es für die Untersuchung anderer RNA-Modifikationen anwendbar, die radioaktiv markiert werden können, wie z. B. RNA-Acetylierung mit ¹⁴C Acetyl-Coenzym A. Insgesamt ermöglicht dieser Assay eine schnelle Bewertung der RNA Methylierungsbedingungen, Hemmung mit kleinen Molekülinhibitoren oder die Wirkung von RNA- oder Enzymmutanten und bietet ein leistungsfähiges Werkzeug, um die in Zellen erhaltenen Ergebnisse zu validieren und zu erweitern.

Introduction

DNA, RNA und Proteine unterliegen Modifikationen, die die Genexpression¹streng regulieren. Unter diesen Modifikationen treten Methylierungen auf allen drei Biopolymeren auf. DNA- und Proteinmethylierungen wurden in den letzten drei Jahrzehnten sehr gut untersucht. Im Gegensatz dazu wurde das Interesse an der RNA-Methylierung erst vor kurzem angesichts der wichtigen Rolle neu entfacht, die Proteine, die RNA-Methylierungen schreiben, löschen oder binden, in Entwicklung und Krankheit²spielen. Neben bekannteren Funktionen in den reichlich ribosomalen und Transfer-RNAs regulieren RNA-Methylierungswege die spezifische Boten-RNA-Stabilität^3,4, spleißen⁵ und Translation^6,7, miRNA-Verarbeitung^8,9 und Transkriptionspausimierung und Freigabe^10,11.

Hier wird eine einfache und robuste Methode zur In-vitro-Verifizierung der RNA-Methyltransferase-Aktivität bei der Einstellung eines molekularbiologischen Labors berichtet (zusammengefasst in Abbildung 1). Viele Studien bewerten die Aktivität einer RNA-Methyltransferase durch Dot-Blot mit einem Antikörper gegen die RNA-Modifikation von Interesse. Dot-Blot überprüft jedoch nicht die Integrität der RNA bei der Inkubation mit der RNA-Methyltransferase. Dies ist wichtig, da schon geringfügige Kontaminationen rekombinanter Proteine mit Nukleasen zu einem partiellen RNA-Abbau und verwirrenden Ergebnissen führen können. Darüber hinaus können selbst hochspezifische RNA-Modifikationsantikörper unveränderte RNAs mit spezifischen Sequenzen oder Strukturen erkennen. Der hier berichtete In-vitro-RNA-Methyltransferase-Assay nutzt die Tatsache aus, dass das S-Adenosylmethionin auf den Methylgruppenspender tritiiert werden kann (Abbildung 1), so dass die methylierte RNA ohne den Einsatz von Antikörpern genau nachgewiesen werden kann. . Es werden Anweisungen für die In-vitro-Transkription und die Reinigung einer Voninteresses-Transkription und die Prüfung der Methylierung dieser Transkription durch das Enzym von Interesse bereitgestellt. Diese Methode ist flexibel und robust und kann an die Bedürfnisse eines bestimmten Projekts angepasst werden. Zum Beispiel können in vitro transkribierte und gereinigte RNAs, chemisch synthetisierte RNAs, aber auch zelluläre RNAs verwendet werden. Dieser Assay liefert quantitative Informationen in Form von Szintillationszahlen sowie qualitative Informationen, indem er zeigt, wo genau die methylierte RNA auf einem Gel läuft. Dies kann einen einzigartigen Einblick in die Funktion einer RNA-Methyltransferase bieten, insbesondere bei verwendung von zellulären RNAs als Substrat, da es eine Methode bietet, um die Größe der RNA oder RNAs, die für die Methylierung bestimmt sind, direkt zu beobachten.

Protocol

1. In-vitro-Transkription und Gelreinigung der Ziel-RNA Klonen Sie die Abfolge des Interesses in Plasmiden, die T7- und/oder SP6-Promotoren enthalten, indem Sie etablierte molekulare Klontechniken12 oder Kits verwenden. Linearisieren der DNA-Vorlage für die In-vitro-Transkription Verstärken Sie die Interessensfolge durch PCR des Plasmids mit Primern, die den T7-Promotorbereich durch den Einsatz, +20-30 bp vor- und nachgelagert, wie zuvor beschrieben…

Representative Results

In-vitro-TranskriptionsreaktionAbbildung 2 A stellt einen typischen Lauf einer In-vitro-Transkriptionsreaktion mit der T7-RNA-Polymerase der 7SK snRNA dar, die eine relativ kurze (331 nt) und hochstrukturierte RNA ist. Wie auf diesem Rohbild gezeigt, gibt es mehrere unerwünschte Bänder, sowohl kürzer als auch länger als 7SK, wahrscheinlich als Ergebnis zufälliger transkriptionsiellen Initiierungs- oder Beendigungsereignisse. Aus diesem Grund ist die…

Discussion

Hierwird wird eine einfache und robuste Methode zur In-vitro-Verifizierung der RNA-Methyltransferase-Aktivität in Richtung spezifischer Transkripte berichtet. Der Test nutzt die Tatsache aus, dass S-Adenosylmethionin auf den Methylgruppenspender tritiiert werden kann (Abbildung 1), so dass die methylierte RNA ohne den Einsatz von Antikörpern genau nachgewiesen werden kann. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieser Test nicht darauf hinweisen kann, welcher Rückstand oder welche chemis…

Materials

10 bp DNA Ladder	Invitrogen	10821-015	10 bp DNA Ladder kit.
10% Ammonium Persulfate (APS)	N/A	N/A	For urea denaturing polyacrylamide gel (For 10 mL, dissolve 1g in 8 mL of milliQ water; adjust volume to 10 mL with milliQ water; filter the solution using a 10 mL syringe equiped with a 0.45 µm filter).
10X TBE Buffer	N/A	N/A	For urea denaturing polyacrylamide gel (For 1L, add 108 g of Tris Base, 55 g of Boric Acid to a cylinder with a stir bar; add 800 mL of distilled water and let dissolve; add 40mL of 0.5 M Na2EDTA (pH 8.0); adjust volume to 1L with milliQ water; filter the solution using a 0.22µm filter).
10X TBS	N/A	N/A	For 1L, add 60.5 g of Tris Base, 87.6 g of NaCl to a cylinder with a stir bar; add 800 mL of distilled water and let dissolve; adjust pH to 7.5 with concentrated HCl; adjust volume to 1L with milliQ water; filter the solution using a 0.22 µm filter.
Acrylamide: Bis-Acrylamide 29:1 (40% Solution/Electrophoresis), Fisher BioReagents	Fisher	BP1408-1	For urea denaturing polyacrylamide gel.
ADENOSYL-L-METHIONINE, S-[METHYL-3H]; (SAM[3H])	Perkin Elmer	NET155V250UC	For in vitro methylation of RNA; Concentration = 1.0 mCi/mL; Specific activity = 17.1 Ci/mmol; Molarity= (1.0 Ci/L)/(83.2 Ci/mmol) = 0.0584 mmol/L = 58.4 µM.   Upon receipt of the frozen 3H-SAM tube, thaw it at 4°C, make 20 µL aliquots, and freeze them at -30°C. Never refreeze and reuse a partially used aliquot.
Amersham Hypercassette Autoradiography Cassettes	GE Healthcare	RPN11649	For autoradiogram gel exposure.
Amersham Hyperfilm MP	GE Healthcare	28906846	For autoradiogram gel exposure.
Beckman Scintillation Counter	Beckman	LS6500	For liquid scintillation count.
Biorad Mini Horizontal Electrophoresis System	Biorad	1704466	Mini Horizontal Electrophoresis System.
cOmplete Mini EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail Tablets	Roche Applied Science	4693159001	For a 20X solution, dissolve 1 tablet in 0.525 mL of nuclease free water.
Criterion Cell	Biorad	345-9902	RNase free empty cassette for polyacrylamide gel.
Criterion empty Cassettes	Biorad	1656001	Vertical midi-format electrophoresis cell.
DeNovix DS-11 Microvolume Spectrophotometer	DeNovix	DS-11-S	Microvolume Spectrophotometer for measuring DNA and RNA concentration.
Ecoscint Original	National Diagnostics	LS-271	For liquid scintillation count.
Fisherbrand 7mL HDPE Scintillation Vials	Fisher	03-337-1	For liquid scintillation count.
Fluoro-Hance-Quick Acting Autoradiography Enhancer	RPI CORP	112600	For autoradiogram gel pretreatment.
Gel dryer	Biorad	1651745	For drying gel.
Gel Loading Buffer II	Ambion	AM8547	For loading RNA in denaturing polyacrylamide urea gel (composition: 95% Formamide, 18 mM EDTA, and 0.025% SDS, Xylene Cyanol, and Bromophenol Blue).
GeneCatcher disposable gel excision tips	Gel Company	NC9431993	For removing bands from agarose and polyacrylamide gels.
Megascript Kit	Ambion	AM1333	For in vitro transcription with T7 RNA polymerase.
Perfectwestern Extralarge Container	Genhunter Corporation	NC9226382 (clear)/ NC9965364 (black)	Gel staining box.
pRZ	Addgene	#27663	Plasmid for producing in vitro transcripts with homogeneous ends
Qiagen RNeasy MinElute Cleanup	Qiagen	74204	For RNA clean-up, use modified protocol provided in the protocol.
QIAquick Gel Extraction Kit (50)	Qiagen	28704	Kit for gel extraction and clean up of dsDNA fragment used for in vitro transcription.
Saran Premium Plastic Wrap	Saran Wrap	Amazon	For drying gel.
SYBR Gold	Invitrogen	S11494	Ultra sensitive nucleic acid gel stain.
SYBR Safe	Invitrogen	S33102	Nucleic acid gel stain.
TE	Sigma	93283-100ML	10 mM Tris-HCl, 1 mM disodium EDTA, pH 8.0
TEMED	Fisher	110-18-9	For urea denaturing polyacrylamide gel.
Thermomixer with SMARTBLOCK 24X 1.5mL TUBES	eppendorf	5382000023/5361000038	For temperature controlled incubation of 1.5 mL tubes.
TOPO TA Cloning Kit	life technologies		Kits for fast cloning of Taq polymerase–amplified PCR products into vectors containing T7 and/or SP6 promoters for in vitro RNA transcription.
TURBO DNase (2 U⁄µL)	Ambion	AM2238	For DNA removal from in vitro transcription reactions.
Urea	Sigma	51456-500G	For urea denaturing polyacrylamide gel.
Whatman 3MM paper	GE Healthcare	3030-154	Chromatography paper for drying gel.