Formålet med denne publikation er at visualisere og diskutere de operative trin i en Enhanced Northern blot protokol om RNA ekstraheret fra Drosophila melanogaster embryoner, celler og væv. Denne protokol er særligt anvendelige til effektiv detektering af små RNA-species.
De sidste årtier har været vidne til eksplosionen af videnskabelig interesse omkring genekspression kontrolmekanismer på RNA-niveau. Denne gren af molekylær biologi har været stærkt næret af opdagelsen af ikke-kodende RNA som vigtige aktører i posttranskriptionel regulering. Et sådant revolutionært perspektiv er blevet ledsaget og udløst af udviklingen af kraftfulde teknologier til profilering korte RNA'er udtryk, både på højt gennemløb niveau (genom-dækkende identifikation) eller som enkelt-kandidat analyse (steady state ophobning af specifikke arter). Selv om flere state-of-art strategier er i øjeblikket tilgængelig for dosering eller visualisere sådanne flygter molekyler, Northern blot analysen forbliver den berettigede tilgang i molekylær biologi til øjeblikkelig og præcis evaluering af RNA-ekspression. Det udgør et første skridt hen imod anvendelsen af mere avancerede, dyre teknologier og i mange tilfælde, er fortsat en privilegeret metode til nemt at få indsigttil RNA biologi. Her oversigt vi en effektiv protokol (Enhanced Northern blot) til påvisning af svagt udtrykt microRNA (eller andre små regulatoriske RNA arter) fra Drosophila melanogaster hele embryoner manuelt dissekeret larvernes / voksent væv eller in vitro-dyrkede celler. En meget begrænset mængde af RNA er påkrævet, og anvendelse af materiale fra flowcytometri-isolerede celler kan også overvejes.
RNA-biokemi har oplevet spektakulære skrider i de sidste år 1. Vores forståelse af RNA potentiale i kontrol af genekspression er brast ved identifikation af kraftige kodende ribo- regulatorer 2, ved opdagelsen af nye RNA-baserede reguleringsmekanismer 3,4 og en dybere karakterisering af allerede kendte posttranskriptionel begivenheder 5. Alle sammen disse undersøgelser har tilladt RNA biologi til dramatisk gøre scenen, bliver et større forskningsprojekt emne i den aktuelle videnskabelige landskab. Især vi i de seneste år får en fornemmelse af den omsiggribende virkninger af "RNA-verden" på molekylær neurobiologi 6, en af de mest dynamiske forskningsområder i det moderne liv videnskab. I det sidste årti af det sidste århundrede, har den overordnede videnskabelige scenarie blevet revolutioneret af opdagelsen af RNA-interferens 7,8 og af de små regulatoriske RNA 9,10navnlig med hensyn til microRNA 11, endogent udtrykte små ikke-kodende RNA impliceret i kontrollen af næsten alle cellulære funktioner som pleiotropiske og kombinatoriske regulatorer af genekspression.
Næsten 10 år efter, at miRNA første opdagelse i Caenorhabditis elegans fra Ambros og Ruvkun labs blev fornyet opmærksomhed vendt til det område, hvor der blev konstateret høje antal af miRNA i Drosophila og i humane celler samt 12-15. Siden da, takket være alsidige transgene metoder har Drosophila melanogaster stod ud som en værdifuld biologisk kontekst for at dykke ned i miRNA biosyntese og aktivitet. Drosophila miRNA har afsløret særskilte funktioner i insekt-specifikke eller evolutionært bevarede processer, der spænder fra aldring til metabolisme, signalveje , adfærd og, selvfølgelig, neurogenese. Langs denne retning, vi for nylig afsløret en hidtil ukendt forbindelse 16 i spændende samarbejderrelation sted mellem master-genet GCM / glide og RNA-vejen. Fluen transskription faktor GCM / Glide 17-19 udgør et enestående eksempel på celle skæbne determinant, som dikterer glial- vs neuronale valg i multipotent flyve neurale forstadier 20. Tyve år lange forskning om dette emne har klart understreget forekomsten af flere og overlappende input af genekspression regulering konvergerende løbet GCM / glide 21-28 at fastslå tærskelværdier, der er nødvendige for at balancere den delikate forhold mellem neuronale og gliale kolleger i løbet af neurale udvikling.
Vi opdagede, at regulering via DMEL-miR279 målretning er en yderligere kontrol, som bidrager til posttranskriptionel finjustering af GCM / glide udtryk 16. Globalt har disse forsknings-linier, der kræves specifikke metodologiske forbedringer: langs år, adskillige teknologier oprindeligt udviklet til at analysere tradtionelle RNA'er er blevet konverteret til kvantificering af små ikke-kodende RNA, ligesom da RNase-beskyttelse assays, cDNA arrays 29-31, real-time PCR-metoder 32-35 og sekvensering 36,37. På den anden side, er kalibrering af tekniske metoder fremmes kontinuerlige skrider på området.
Northern blot assay (NB eller RNA-gel blot assay), udgør et repræsentativt eksempel: Det er i høj grad anvendes til at profilere RNA-ophobning, da det sikrer både udtryk niveau kvantificering samt størrelse beslutsomhed. Imidlertid er den iboende ringe sensitivitet af fremgangsmåden begrænsende, når det skal anvendes til lav-rigelige genekspression fine tunere, ligesom korte RNA'er. En skadelig konsekvens er kravet om store mængder af total RNA, som gør det vanskeligt dens anvendelse i specifikke biologiske prøver. Af disse grunde, specifikke NB varianter for små RNA detektion er blevet udviklet 38-40: vi tog fordel af en forbedret NB procedure 41 (ENB, Enhanced Northern blot), mens belyse ovennævnte samspil mellem DMEL-miR279 og GCM / glid.
Denne metode er baseret på en kemisk tværbindingstrinnet baseret på aktiviteten af et carbodiimid derivat [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimid EDC] for at fastsætte nucleinsyre på faste bærere. Carbodiimid er en alsidig tværbinder kendt for at katalysere dannelsen af amidbindinger mellem aktiverede carboxylgrupper eller phosphatgrupper og amingrupper 42. Denne egenskab kan udnyttes til kovalent par små RNA via deres mono-phosphorylerede 5'-hydroxylgruppen til aminogrupper ved overfladen af nylonmembraner. Den resulterende fastgørelse konfiguration forøger tilgængeligheden af den immobiliserede nukleinsyre og igen effektiviteten af probe-mål-hybridisering, hvilket resulterer i en bemærkelsesværdig forøgelse detektion 43.
Teknikken er særlig relevance i Drosophila molekylære undersøgelser, hvorved forekomsten af nye og særprægede klasser af små ikke-kodende RNA er på vej 44. Blandt disse rasiRNAs 45,46 udgør en særlig undertype af piwi-interagerende RNA'er (piRNAs 47), der er involveret i sekvens-specifik gendæmpning. Operative detaljer om denne metode er fuldt beskrevet og visualiseret i det følgende, i forhold til analysen af microRNA'er DMEL-miR279 og DMEL-miR286 og for første gang, på en rasiRNA, rasi4. Vi pressede til ekstremer denne metode, hvilket tillod os at afsløre dårligt udtrykt mål fra minimale mængder af RNA (mindre end 1 ug).
Selvom vores påskønnelse af sofistikeret sammenflettede hvorigennem RNA regulerer neurogenese er konstant stigende de mekanistiske konsekvenser af RNA-baserede kredsløbssystemer påvirker neurale stamceller biologi, neuronal differentiering / funktionel integration, udvikling af neurale patologier og kræftsygdomme forbliver uudforsket. Opretholdelsen af sådanne net gennem riger gør potentiale genetiske systemer Drosophila melanogaster medvirkende til at udrede uudforskede celleveje, hvor kort-kodende RNA …
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Institut National de la santé et de la Recherche Médicale, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Strasbourg Hôpital de Strasbourg, Sammenslutningen pour la Recherche sur le Kræft, Institut National du Cancer, Agence Nationale de la Recherche og regionen Alsace.
Pietro LaNeve er blevet støttet af Fondation pour la Recherche Médicale. I øjeblikket er han en modtager af en Istituto Italiano Tecnologia (IIT) fællesskab. Publikationer understøttes af Neurex netværket (TriNeuron – Program Interreg IV Rhin)
FINAL COMPOSITION/NAME | COMPANY | CATALOGUE (Stock) | COMMENTS |
GENERAL REQUIREMENT | |||
Centrifuge, 5418 | Eppendorf | 5418 000.017 | |
Decontaminant, RNase Away | Sigma-Aldrich | 83931 | Apply on glass/plasticware, wipe and rinse |
RNase inhibitor, DEPC | Sigma-Aldrich | D5758 | Hazardous //// 1609-47-8 |
0.1 % DEPC suspension | Incubate 2 hr at 37 ˚C, then sterilize by autoclave | ||
SAMPLE PREPARATION | |||
Stereo Microscope, M60 | Leica | ||
1X PBS Buffer | |||
137 mM NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | 7647-14-5 |
2.7 mM KCl | Sigma-Aldrich | P9541 | 7447-40-7 |
10 mM Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S3264 | 7558-79-4 |
1.8 mM KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P9791 | 7778-77-0 |
RNA EXTRACTION/ANALYSIS | |||
UV-Vis Spectrophotometer | Thermo Scientific | Nanodrop 2000 | |
Gel Imager, ChemiDoc XRS+ | Biorad | 170-8265 | |
Horizontal Electrophoresys, Mini-Sub Cell GT | BioRad | 170-4487EDU | |
RNA extraction reagent, TRIzol Reagent | Life Technologies | 15596026 | Hazardous |
PCA (25:24:1), 1:1 for extraction | Sigma-Aldrich | 77617 | 136112-00-0 |
Chlorophorm, 1:1 for extraction | Sigma-Aldrich | C2432 | 67-66-3 |
EtOH, 2.5 vol. for precipitation, 70% for washing | Sigma-Aldrich | 59844 | 64-17-5 |
Gene Ruler 1Kb DNA Ladder | Thermo Scientific | SM0311 | |
Stop Mix | |||
300 mM NaOAc, pH 5.5 | Sigma-Aldrich | S2889 | 127-09-3 |
1x RSB Solution | |||
2% sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | 71736 | Never cool down SDS to avoid precipitation //// 151-21-3 |
2 mg/ml Proteinase K | Roche Applied Science | 0-3115828001 | EC 3.4.21.64 9 |
10X Reticulocyte Standard Buffer (RSB) | |||
100 mM Tris-Cl, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T5941 | 1185-53-1 |
100 mM NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | 7647-14-5 |
30 mM MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | 7786-30-3 |
Denaturing Agarose Gel | |||
1.2% Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | Let the gel solidify for at least 1 hr //// 9012-36-2 |
1x MOPS Buffer | Add when T < 60 ˚C | ||
3% formaldehayde | Sigma-Aldrich | F8775 | Hazardous. Add when T < 60 ˚C //// 50-00-0 |
10X MOPS Buffer | |||
0.2 M MOPS sodium salt, pH 7 | Sigma-Aldrich | M9381 | Do not confuse MOPS sodium salt with MOPS //// 71119-22-7 |
Agarose Loading Dye | |||
1x MOPS Buffer | |||
3% formaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | Hazardous //// 50-00-0 |
50% formamide | Sigma-Aldrich | 47670 | Hazardous //// 75-12-7 |
Ethidium bromide (EtBr) 30 μg/ml | Sigma-Aldrich | E1510 | Hazardous //// 1239-45-8 |
Bromophenol blue | Sigma-Aldrich | B0126 | 115-39-9 |
SMALL RNA FRACTIONATION | |||
Flat gel loading tips | Life Technologies | LC1002 | |
Savant SpeedVac Concentrator | Thermo Scientific | DNA120 | |
Vertical Electrophoresis, Mini-PROTEAN Tetra Cell | Biorad | 165-8000 | |
Denaturing Acrilamide Gel | |||
10% acrylamide/bis-acrylamide (19:1) | Sigma-Aldrich | A3449 | Hazardous. Let the gel polymerizefor 45 min before use |
1x TBE Buffer (or 1x MOPS Buffer) | |||
7 M urea | Sigma-Aldrich | U6504 | 57-13-6 |
0.1% ammonium persulfate | Sigma-Aldrich | 215589 | 7727-54-0 |
0.1% TEMED | Sigma-Aldrich | T9281 | 110-18-9 |
Gene Ruler Ultra Low Range DNA Ladder (10 bp-step) | Thermo Scientific | SM1211 | Label 0.1 μg, as described in the "probe labeling" reaction |
Acrylamide Blue Dye | |||
50% formamide | Sigma-Aldrich | 47670 | Hazardous //// 75-12-7 |
Bromophenol blue | Sigma-Aldrich | B0126 | 115-39-9 |
Running Buffer (RB) | |||
1x MOPS Buffer | |||
Alternative RB: 1x TBE Buffer | |||
1x TBE Buffer | |||
5X TBE | |||
445 mM Tris-base | Sigma-Aldrich | T1503 | 77-86-1 |
445 mM boric acid | Sigma-Aldrich | B7901 | 10043-35-3 |
20 mM EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | 60-00-4 |
Gel Staining Solution | |||
Ethidium bromide 0.5 μg/ml | Sigma-Aldrich | E1510 | Hazardous //// 1239-45-8 |
1x RB | Stain for 15 min with EtBr, destain for 15 min w/o EtBr | ||
BLOTTING | |||
3MM Whatman paper | Sigma-Aldrich | Z270849 | |
Neutral Nylon Membrane, Hybond NX | GE Healthcare Life Science | RPN203T | Photosensitive |
CROSSLINKING | |||
Crosslinking Solution (XLS) | |||
1% 1-methylimidazole (v/v) | Sigma-Aldrich | 336092 | Always prepare a fresh aliquot of XLS //// 616-47-7 |
12.5 mM HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | Hazardous //// 7647-01-0 |
3.1% EDC (w/v) | Sigma-Aldrich | 3450 | 25952-53-8 |
(PRE)-HYBRIDIZATION | |||
Liquid Scintillation Counter | Beckmann | LS 6500 | |
Sheared Salmon Sperm, 0.1 mg/ml | Life Technologies | AM9680 | |
rasi4 antisense probe | 5' CGGUGUUCGACAGUUCCUCGGG -3' | ||
5s-rRNA antisense probe | 5'-CAACACGCGGTGTTCCCAAGCCG-3' | ||
Dmel-miR279 antisense probe | 5'-TTAATGAGTGTGGATCTAGTCA-3' | ||
Dmel-miR286 antisense probe | 5'-AGCACGAGTGTTCGGTCTAGTCA-3' | ||
Purification Kit, Illustra MicroSpin G-25 Columns | GE Healthcare Life Science | 27-5325-01 | |
(Pre)-Hybridization Solution (HS) | |||
6x SSPE | Pre-warm HS at 37 ˚C before use | ||
0.5% SDS | Sigma-Aldrich | 71736 | 151-21-3 |
5x Denhardt's Solution | |||
20X SSPE | |||
3.6 M NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | 7647-14-5 |
0.2 M sodium phosphate | Sigma-Aldrich | 342483 | 7601-54-9 |
20 mM EDTA (pH 8.0) | Sigma-Aldrich | EDS | 60-00-4 |
50x Denhardt's Solution | |||
1% Ficoll 400 (w/v) | Sigma-Aldrich | F2637 | 26873-85-8 |
1% Polyvinylpyrrolidone | Sigma-Aldrich | PVP40 | 9003-39-8 |
1% BSA | Sigma-Aldrich | A7906 | 9048-46-8 |
1X TEN Buffer | |||
10 mM Tris-Cl (pH 8.0) | Sigma-Aldrich | T1503 | 77-86-1 |
100 mM NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | 7647-14-5 |
1 mM EDTA (pH 8.0) | Sigma-Aldrich | EDS | 60-00-4 |
Probe Labelling | |||
0.4 μM oligonucleotide | |||
1.5 μl Ci/μl [γ-32P] ATP | Perkin Elmer | NEG002A | Hazardous //// 51963-61-2 |
1x T4 Polynucleotide Kinase Buffer | Biolabs | B0201 | |
T4 Polynucleotide Kinase 0.5 units/μl | Biolabs | M0201 | EC 2.7.1.78 |
30 min at 37 ˚C, stop by 20 mM EDTA | |||
WASHING | |||
Geiger Mueller Detectors | Canberra Industries | MCB2/CPS – EM77021 | |
Washing Buffer (WB), 2x SSPE | |||
Stringent Washing Buffers | |||
0.2x SSPE | |||
2x SSPE, 0.5% SDS | |||
0.2x SSPE, 0.5% SDS | |||
SIGNAL DETECTION | |||
PharosFX Plus System | Biorad | 170-9460 | |
Image J | Freely available | ||
Quantity One | Biorad | ||
X-ray films , BioMax XAR | Sigma-Aldrich | F5888 | Photosensitive |
Developer for X-ray films | Sigma-Aldrich | P7042 | |
Fixer for X-ray films | Sigma-Aldrich | P7167 | |
STRIPPING | |||
Stripping Solution | |||
10 mM Tris-HCl pH 8.8 | Sigma-Aldrich | T1503 | 77-86-1 |
5 mM EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | 60-00-4 |
0.1% SDS | Sigma-Aldrich | 71736 | Add SDS after boiling to avoid foaming //// 151-21-3 |