ربط ذات كفاءة عالية من الحمض النووي الريبي الجزيئات الصغيرة لالرنا الميكروي الكميات من قبل التسلسل الإنتاجية العالية
Summary
MicroRNAs (miRNAs) are a widely conserved class of regulatory molecules. Here we describe a miRNA cloning method that relies upon two potent ligation steps followed by high-throughput sequencing. Our method permits accurate genome-wide quantitation of miRNAs.
Abstract
ميرنا الاستنساخ والإنتاجية العالية التسلسل، وصف مير تسلسل، تقف وحدها كنهج Transcriptome على صعيد لتحديد miRNAs لقرار النوكليوتيدات واحد. هذه التقنية تلتقط miRNAs عن طريق ربط محولات 3 'و 5' قليل النوكليوتيد إلى جزيئات ميرنا وتتيح دي نوفو ميرنا الاكتشاف. اقتران قوية مع الجيل المقبل من منصات التسلسل، وكان مير تسلسل دور فعال في دراسة ميرنا البيولوجيا. ومع ذلك، تحيزات كبيرة أدخلها قليل النوكليوتيد خطوات ربط منعت مير تسلسل من يجري استخدامها كأداة الكميات دقيقة. وتظهر الدراسات السابقة أن التحيز في وسائل مير يليها الحالية غالبا ما تؤدي إلى عدم دقة ميرنا الكمي مع أخطاء تصل إلى 1،000 أضعاف لبعض miRNAs 1،2. لحل هذه التحيزات الكشف عنها من قبل RNA ربط، قمنا بتطوير طريقة RNA الصغير الذي يؤدي إلى ربط الكفاءة ربط أكثر من 95٪ لكل 3 'و 5' خطوات عملية ربط. هذا القياس ايمأثبتت طريقة البناء باستخدام مكتبة miRNAs الاصطناعية متساوي المولية أو المختلطة بشكل مختلف، ينتج باستمرار يقرأ الأرقام مع الانحراف شقين من أقل من القيمة المتوقعة. وعلاوة على ذلك، تسمح هذه الطريقة ذات الكفاءة العالية مير تسلسل دقيق الجينوم على نطاق ميرنا التنميط في الجسم الحي من مجموع عينات الحمض النووي الريبي (2).
Introduction
تم تطبيق المنهجيات القائمة على الإنتاجية العالية التسلسل على نطاق واسع في العديد من العينات البيولوجية في السنوات الأخيرة توسع إلى حد كبير فهمنا لتعقيدات النظم البيولوجية الجزيئية 3،4. ومع ذلك، وإعداد عينات الحمض النووي الريبي عن الإنتاجية العالية التسلسل غالبا ما يضفي التحيزات الكامنة محددة لالمنهجية المستخدمة، مما يحد من إمكانية الاستفادة من هذه التقنيات القوية. تم هذه التحيزات طريقة محددة موثقة جيدا عن القائم على الربط، صغير RNA الاستعدادات مكتبة 1،2،5،6. هذه التحيزات تؤدي إلى تباين 1000 أضعاف في ما يلي أرقام لmiRNAs الاصطناعية متساوي المولية، مما يجعل الاستدلال من وفرة ميرنا من البيانات التسلسل متغير بعنف والخطأ عرضة.
وقد وثقت الدراسات التي تركز على خصائص T4 ligases RNA المستمدة فج أن الإنزيمات تظهر تفضيلات القائمة على النوكليوتيدات 7، والذي يعبر عن المكتبات متحيزة كما في الإنتاجية العالية التجارب التسلسل <sتصل> 1،2،8. من أجل تقليل التحيزات الكشف عنها من قبل ligases RNA، وقد استخدمت استراتيجيات متعددة؛ الجزيئات الازدحام 9 العشوائي تسلسل النوكليوتيدات على المحول الذي هو الأقرب إلى الموقع ربط 6، واستخدام تركيزات عالية من محول ربط 2. من خلال الجمع بين هذه الأساليب الثلاثة قمنا بتطوير تدفق العمل لإعداد متحيز المكتبات RNA صغيرة تتلاءم مع التسلسل الإنتاجية العالية (الشكل 1). للمقارنات مباشرة بين البروتوكولات الحالية وأسلوبنا الأمثل، يرجى الرجوع إلى تقريرنا الأخير 2. هذه الطريقة الأمثل ينتج كفاءات ربط تزيد عن 95٪ في كل 3 'و 5' الخطوات ويسمح للربط متحيز من جزيئات الحمض النووي الريبي من عينات صغيرة الاصطناعية والبيولوجية 2.
Protocol
Representative Results
Discussion
منهجية الموصوفة هنا يجعل من استخدام العديد من المتغيرات الرئيسية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ربط، وهي تركيزات عالية من PEG، واستخدام linkers العشوائية، وتركيز عال من linkers 2،6،9. هذا النهج يسمح مكتبات التسلسل الكمية موثوق من مجموع عينات الحمض النووي الريبي (2). قم?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank members of the Yi laboratory especially Zhaojie Zhang for fruitful discussions regarding linker design and ligation efficiencies, as well as the American Cancer Society for supporting this work through a postdoctoral fellowship (#125209) to J.E.L. Research reported in this publication was also supported by the National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases of the National Institutes of Health under Award Number R01AR059697 (to R.Y.) and a research grant from the Linda Crnic Institute for Down Syndrome. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 3' Linker (5' phosphorylated, 3' blocked) | Integrated DNA Technologies | custom | |
| 5' Linker | Integrated DNA Technologies | custom | 5' blocked, HPLC Purified |
| T4RNL2 (1-249 K227Q) | New England Biolabs | M0351S | Specialized for ligation of pre-adenylated DNA adapters |
| 10X Ligation Buffer (without ATP) | New England Biolabs | Included with M0351S | |
| 10X Ligation Buffer (with ATP) | New England Biolabs | Included with M0204L | |
| RNaseOUT | Invitrogen | 10777-019 | |
| Polyethylene Glycol (mol. Wt. 8000) | New England Biolabs | Included with M0204L | |
| Nuclease-free water | Ambion | AM9937 | We have found water collected from a distillation apparatus to be of equvalent quality. |
| T4RNL1 | New England Biolabs | M0204L | |
| Superscript III RT kit | Invitrogen | 18080-051 | |
| Phusion PCR kit | New England Biolabs | M0530S | |
| Illumina RP1 Primer | Integrated DNA Technologies | custom | Sequence information available from Illumina |
| Illumina RT Primer | Integrated DNA Technologies | custom | Sequence information available from Illumina |
| Illumina Index Primer(s) | Integrated DNA Technologies | custom | Sequence information available from Illumina |
| 40% Acrylamide | Fisher Scientific | BP14081 | |
| Urea | Sigma Aldrich | U6504 | |
| Ammonium persulfate | Sigma Aldrich | A3678 | |
| Tetramethyethylenediamine (TEMED) | Sigma Aldrich | T9281 | |
| 2X Denaturing RNA loading buffer | New England Biolabs | Included with M0351S | |
| Razor blades | VWR | 55411-050 | |
| SpinX Centricon Tubes | Costar | CLS8161 | |
| Low Retention Microfuge tubes | Fisher Scientific | 02-681-320 | |
| Sybr Gold | Invitrogen | S-11494 | |
| Adenylation Kit | New England Biolabs | E2610L |
Referências
- Hafner, M., et al. RNA-ligase-dependent biases in miRNA representation in deep-sequenced small RNA cDNA libraries. RNA. 17 (9), 1697-1712 (2011).
- Zhang, Z., Lee, J. E., Riemondy, K., Anderson, E. M., Yi, R. High-efficiency RNA cloning enables accurate quantification of miRNA expression by deep sequencing. Genome Biology. 14 (10), 109 (2013).
- Consortium, T. E. P. The ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) Project. Science. 306 (5696), 636-640 (2004).
- Consortium, T. E. P. An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature. 489 (7414), 57-74 (2012).
- Linsen, S. E. V., et al. Limitations and possibilities of small RNA digital gene expression profiling. Nature Methods. 6 (7), 474-476 (2009).
- Jayaprakash, A. D., Jabado, O., Brown, B. D., Sachidanandam, R. Identification and remediation of biases in the activity of RNA ligases in small-RNA deep sequencing. Nucleic Acids Research. 39 (21), 141 (2011).
- McLaughlin, L. W., Romaniuk, E., Romaniuk, P. J., Neilson, T. The Effect of Acceptor Oligoribonucleotide Sequence on the T4 RNA Ligase Reaction. European Journal of Biochemistry. 125 (3), 639-643 (1982).
- Zhuang, F., Fuchs, R. T., Sun, Z., Zheng, Y., Robb, G. B. Structural bias in T4 RNA ligase-mediated 3′-adapter ligation. Nucleic Acids Research. 40 (7), 54 (2012).
- Harrison, B., Zimmerman, S. B. Polymer-stimulated ligation: enhanced ligation of oligo- and polynucleotides by T4 RNA ligase in polymer solutions. Nucleic Acids Research. 12 (21), 8235-8251 (1984).
- Torchia, C., Takagi, Y., Ho, C. K. Archaeal RNA ligase is a homodimeric protein that catalyzes intramolecular ligation of single-stranded RNA and DNA. Nucleic Acids Research. 36 (19), 6218-6227 (2008).
- Lau, N. C., Lim, L. P., Weinstein, E. G., Bartel, D. P. An Abundant Class of Tiny RNAs with Probable Regulatory Roles in Caenorhabditis elegans. Science. 294 (5543), 858-862 (2001).
- Yi, R., et al. DGCR8-dependent microRNA biogenesis is essential for skin development. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (2), 498-502 (2009).
- Leung, A. K. L., et al. Genome-wide identification of Ago2 binding sites from mouse embryonic stem cells with and without mature microRNAs. Nature Structural & Molecular Biology. 18 (2), 237-244 (2011).
