Настоящий протокол описывает выделение микроРНК из клещевых слюнных желез и очищенных внеклеточных везикул. Это универсальная процедура, которая сочетает в себе широко используемые реагенты и расходные материалы. Метод также позволяет использовать небольшое количество клещей, что приводит к качественным микроРНК, которые могут быть легко секвенированы.
Клещи являются важными эктопаразитами, которые могут переносить несколько патогенов. Слюнные железы клещей необходимы для кормления, поскольку их слюна содержит много эффекторов с фармацевтическими свойствами, которые могут уменьшить иммунные реакции хозяина и усилить передачу патогенов. Одной из групп таких эффекторов являются микроРНК (миРНК). miRNAs представляют собой короткие некодирующие последовательности, которые регулируют экспрессию генов хозяина на границе клеща и хозяина и в органах клеща. Эти небольшие РНК транспортируются в слюне клеща через внеклеточные везикулы (EV), которые служат меж- и внутриклеточной связи. Везикулы, содержащие микроРНК, были идентифицированы в слюне клещей. Тем не менее, мало что известно о роли и профилях микроРНК в пузырьках и железах слюны клещей. Кроме того, изучение везикул и миРНК в слюне клещей требует утомительных процедур по сбору слюны клещей. Этот протокол направлен на разработку и валидацию метода выделения миРНК из очищенных внеклеточных везикул, продуцируемых культурами органов ex vivo . Материалы и методология, необходимые для извлечения миРНК из внеклеточных пузырьков и клещевых слюнных желез, описаны в настоящем описании.
Клещи — это эктопаразиты, которые переносят многие патогены в дикую природу, домашний скот, людей и их домашних животных 1,2. Кормление клещей приводит к значительным экономическим потерям, вызывая повреждение шкуры, снижая вес и производство молока из-за тяжелой анемии и передачу потенциально смертельных болезнетворных патогенов 1,3,4,5. Современные методы контроля для управления популяциями клещей сосредоточены на использовании акарицидов. Тем не менее, непрерывное появление устойчивости к акарицидам у клещей, паразитирующих на поголовье 5,6, увеличение числа укусов клещей7 и передача патогенов в жилых районах 8,9 привели к необходимости уникальных альтернатив борьбы с клещами.
Клещевые слюнные железы являются важными органами, которые обеспечивают биологический успех клеща. Они образованы различными типами ацинуса (I, II, III и IV) с различными физиологическими функциями. Слюнные железы отвечают за осморегуляцию, как вне, так и на хозяине, возвращая избыток воды и содержание железа хозяину через слюноотделение 2,10. Ацины I типа также участвуют в поглощении воды из атмосферы путем секреции гигроскопичной слюны10,11. Слюнные эффекторные белки, такие как цемент и цистатины, продуцируются в секреторных клетках в ацинусах II и III типа10,12. Ацины I типа не влияют на кормление клещей, что указывает на то, что прием в кровь не вызывает морфологических и физиологических изменений в этих ацинах типа13,14. С другой стороны, Acini типа II и III активируются во время кормления и проявляют очень небольшую активность до прикрепления. Таким образом, кормление необходимо для того, чтобы вызвать увеличение секреторных клеток в пределах ацинов II типа и выработку биологически активных соединений. Ацины III типа уменьшаются в размерах во время кормления из-за секреции внутри секреторных гранул12.
Слюнные железы также являются местом патогенной инфекции в клеще и пути передачи. Во время кормления клещи выделяют несколько соединений с фармацевтическим эффектом, которые необходимы для успешного завершения кровяноймуки 10,15,16. Эти соединения обладают противовоспалительными, иммуносупрессивными и сосудорасширяющими свойствами 10,15,17. Недавние исследования показали, что внеклеточные везикулы (EV), полученные из клещевых слюнных желез, содержат несколько из этих соединений, вызывая противовоспалительные и иммуномодулирующие эффекты 18,19,20. «Внеклеточные везикулы» – это общий термин, используемый для описания везикул, классифицируемых как экзосомы и микровезикулы на основе их размера и биогенеза. В целом, EV представляют собой липидные блебы с двухслойными мембранами, которые составляют ~ 40 нм-1 мкм в размере21; как правило, экзосомы описываются как имеющие размер 40-150 нм, тогда как микровезикулы имеют размер от 150 нм до 1 мкм 21,22,23. Однако размер не указывает на путь биогенеза EV22.
Биогенез экзосом начинается с последовательной инвагинации плазматической мембраны. Эта инвагинация приводит к образованию мультивезикулярных тел и в конечном итоге приводит к деформации везикулярной мембраны под действием комплексов ESCRT или сфингомиелиназ (sMases)24,25. Экзосомы могут либо лизироваться внутри лизосом для поддержания клеточного гомеостаза, либо выходить через везикулярное слияние с плазматической мембраной для доставки клеточных компонентов к клеткам-реципиентам21,24. С другой стороны, микровезикулы образуются под действием флоапсов и флипсов, изменяя конформацию липидов в плазматической мембране26. EV необходимы для межклеточной связи, служа транспортной системой для внутриклеточных грузов, таких как липиды, белки, нуклеиновые кислоты и микроРНК (миРНК)21,27,28. После транспортировки эти везикулы доставляют свой груз в цитоплазму клеток-реципиентов, вызывая фенотипические изменения в принимающей клетке22,29. Из-за важности внеклеточных везикул в кормлении клещей и манипулирования иммунными и ранозаживляющими реакциями хозяина18,20, груз во внеклеточных везикулах представляет собой потенциальные цели для разработки антиклещевых терапевтических средств и уникального механизма для нарушения кормления клещей. Это включает в себя микроРНК в клещевых слюнных железах и внеклеточных везикулах, полученных из слюнных желез.
миРНК представляют собой короткие некодирующие последовательности, длиной ~ 18-22 нуклеотида (nt), которые могут посттранскрипционно регулировать, ухудшать или заглушать последовательности мРНК30,31. Во время транскрипции примиРНК расщепляются Dicer (РНК-полимераза III) с образованием отличительной шпилькообразной структуры, становясь премирнкальной РНК. ПремиРНК снова разрезается Дрошей (РНК-полимеразой III) с образованием зрелого дуплекса миРНК. Зрелая последовательность интегрируется в РНК-индуцированный комплекс глушения (RISC), комплементарный последовательности мРНК, вызывая подавление трансляции или деградацию мРНК 28,30,32. Во время кормления хозяина миРНК в слюне клеща могут модулировать экспрессию гена хозяина для подавления иммунных реакций иусиления передачи патогена 33,34,35,36,37. Хотя существуют обширные исследования ev и miRNAs, их роль во время кормления на интерфейсе клещ-хозяин все еще плохо изучена. Оптимизация протоколов, которые могут легко привести к изоляции и очистке высококачественных микроРНК, имеет решающее значение для продвижения наших знаний по этим темам.
Для выделения электромобилей могут быть использованы несколько вариантов, таких как ультрацентрифугирование, осаждение экзосом, осаждение полимеров, иммуноаффинная хроматография и методы исключения на основе размера38. Однако эти методы не могут различать экзосомы или микровезикулы. Таким образом, как упоминалось ранее, EV используется в качестве зонтичного термина при выделении электромобилей из разных образцов. Везикулы, выделенные в экспериментах, описанных в настоящем описании, представляют собой смесь везикул, полученных из различных путей биогенеза. Дальнейшая очистка специфической популяции внеклеточных везикул может быть достигнута путем иммунопреципитации с использованием шариков, покрытых антителами против маркеров (т.е. экзосомальных маркеров, опухолевых маркеров), уникальных для везикул, представляющих интерес39,40. miRNAs также могут быть извлечены с помощью различных коммерчески доступных изоляционных наборов 7,41,42.
Цель этого проекта состояла в том, чтобы разработать протокол, который сочетает в себе широко применяемые методы выделения EV и извлечения миРНК как из EV, так и из слюнных желез. Поскольку секреция биологически активных соединений активируется при кормлении12, клещам следует разрешить питаться для выявления миРНК, которые могут быть важны для манипулирования иммунными реакциями хозяина и заживления ран. Настоящий протокол требует небольшого количества клещей (20 клещей) для изоляции EV и их соответствующих микроРНК по сравнению с другими ранее описанными исследованиями, которые требовали 2000 тиков43. Кроме того, он позволяет избежать загрязнения секреции слюны пилокарпином44, что может повлиять на эксперименты, изучающие влияние EV и их миРНК на клетки-хозяева.
Текущий протокол предоставляет подробную методологию извлечения миРНК из слюнных желез и EV. Однако существуют важные соображения, все из которых подробно изложены в примечаниях к каждому разделу этого протокола. Капсула и сетка должны быть закреплены во время кормления клещей, чтобы ?…
The authors have nothing to disclose.
Мы очень признательны за помощь лаборатории клещей лихорадки крупного рогатого скота в Эдинбурге, штат Техас. Мы хотели бы поблагодарить Майкла Мозеса, Джейсона Тидуэлла, Джеймса Хеллумса, Сезарио Агадо и Гомера Васкеса. Мы также хотели бы отметить помощь Сары Шарптон, Элизабет Лостро, Эми Филип, Келси Джонсон, Келли Кохкан, Эндрю Хиллхауса, Шарлуса Арочо Росарио и Стефани Гусман Валенсия на протяжении всего проекта. Мы хотели бы поблагодарить Texas A&M Aggie Women in Entomology (AWE) Writing Group за помощь и советы во время написания этой рукописи. Следующие реагенты были предоставлены Центрами по контролю и профилактике заболеваний для распространения BEI Resources, NIAID, NIH: Ixodes scapularis Adult (Live), NR-42510. Самки клещей I. scapularis также были получены из Центра выращивания клещей в Университете штата Оклахома. Этот проект был профинансирован Техасским университетом A & M T3: триады для гранта на трансформацию и соглашение о сотрудничестве No 58-3094-1-003 USDA-ARS для AOC.
0.22 µm syringe filter | GenClone | 25-240 | |
1 µm nylon syringe filter | Tisch Scientific | 283129028 | |
1 inch black adhesive | Amazon | B00FQ937NM | Capsule |
10 mL needeless syringe | Exelint | 26265 | |
3' and 5' Adapters | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-Seq Kit |
4 mm vannas scissors | Fine Science Tools | 15000-08 | |
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid | Sigma-Aldrich | 1.1523 | |
70Ti rotor | Beckman Coulter | 337922 | |
Amphotericin | Corning | 30-003-CF | |
Beads | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-Seq Kit |
Bioanalyzer | Agilent | G2939BA | |
Bioanalyzer kit | Agilent | 5067-1513 | |
Centrifuge 5425 | Eppendorf | ||
Chloroform | Macron | UN1888 | |
Cyverse Discovery Enviornment | https://cyverse.org/discovery-environment | ||
Dissecting microscope | Nikon | SMZ745 | |
Double-sideded carpet tape | amazon | 286373 | |
Falcon Tubes, 50 mL | VWR | 21008-940 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | FBS-02-0050 | |
fine forceps | Excelta | 5-S-SE | |
Foamies, 2 mm | Amazon | B004M5QGBQ | Capsule |
Isoflurane | Phoenix Pharmaceuticals manfactured | 193.33165.3 | |
Ixodes scaplaris | CDC, Oklahoma State University | ||
L15C300 medium | In-lab | ||
lipoprotein-cholesterol concentrate | MPI | 02191476-CF | |
Microscope slide | VWR | 10118-596 | |
miRDeep2 | https://github.com/rajewsky-lab/mirdeep2 | ||
M-MuLV Reverse Transcriptase | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-Seq Kit |
molecular grade ethanol | Fischer Bioreagents | UN1170 | |
multi-well 24 well tissue culture treated plate | Corning | 353047 | |
Nanopaticle Tracking Analyzer machine | Malvern Panalytical | ||
Nanosep with 300K Omega filter | Pall Corporation | OD3003C33 | |
NEXTFLEX Small RNA-Seq Kit v3 | PerkinElmer | ||
NextSeq 500/550 High Output Kit (75 cycles) | Illumina | 20024906 | |
Optima XPN 90 Ultracentrifuge | Beckman Coulter | ||
Penicillin | Thermofischer Scientific | ICN19453780 | |
Pippettes | Ependorff | ||
polycarbonate centrifuge bottle | Beckman Coulter | 355618 | |
Qiagen miRNeasy kit | Qiagen | 217084 | |
QIAzol lysis reagent | Qiagen | 79306 | |
Qubit | Thermofisher | Q32880 | |
Qubit kit | Thermofisher | Q10212 | |
Rabbits | Charles River | ||
Reverse Universal Primer | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-Seq Kit |
Rhipicephalus microplus | Cattle Fever Tick Research Labratoty | ||
Rifampicin | Fischer Bioreagents | 215544 | |
RNAlater | Invitrogen | 833280 | |
RNAse free tubes | VWR | 87003294 | |
RNAse inhibitor | Thermo Fischer | 11111729 | |
RNAse/DNAse free water | Qiagen | 217084 | |
RNeasy Minelute spin column | Qiagen | 217084 | Qiagen miRNeasy kit |
RPE Buffer | Qiagen | 217084 | Qiagen miRNeasy kit |
RT Buffer | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-seq kit |
RT Forward Primer | Illumina | 20024906 | NEXTFLEX Small RNA-seq kit |
RTE Buffer | Qiagen | 217084 | Qiagen miRNeasy kit |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S6014-25G | |
Sorvall ST16 | Thermo Fischer | 75004380 | |
Sterilized Gauze sponges | Covidien | 2187 | |
Sterilized PBS | Sigma | RNBK0694 | |
streptomycin | thermofischer Scientific | 15240062 | |
TapeStation | Aligent | G2991BA | |
Tear Mender Instant Fabric and Leather Adhesive | Amazon | 7.42836E+11 | Capsule |
Tissue Adhesive | 3M VetBond | ||
Triple Antibiotics | dechra | 17033-122-75 | |
Tryptose phosphate broth | BD | BD 260300 |