Primer ve Kültürlü Hücrelerden Sitoplazmik ve Nükleer Uzun RNA'ların Hazırlanması
Summary
Mevcut protokol, RNA’yı kültürlenmiş hücreler kullanarak nükleer ve sitoplazmik fraksiyonlardan izole etmek ve daha sonra qPCR kullanarak doğrulamak için etkili ve esnek bir yöntem sunmaktadır. Bu, etkili bir şekilde diğer RNA hazırlama kitlerinin yerine geçer.
Abstract
Hücre içi bileşenlerin ayrılması, uzun yıllardır hücresel biyolojide önemli bir araç olmuştur ve konumlarının işlevlerini nasıl etkileyebileceğine dair yararlı bilgiler sağlayabilmiştir. Özellikle, nükleer ve sitoplazmik RNA’nın ayrılması, kanser hücreleri ve ilaçlar için yeni hedefler bulma arayışı bağlamında önemli hale gelmiştir. Nükleer-sitoplazmik RNA ekstraksiyonu için kitlerin satın alınması, gerekli malzemelerin çoğu tipik bir laboratuvar ortamında bulunabildiğinde maliyetli olabilir. Daha pahalı kitlerin veya diğer zaman alıcı işlemlerin yerini alabilen mevcut yöntemi kullanarak, nükleer ve sitoplazmik RNA’yı izole etmek için sadece ev yapımı bir lizis tamponu, bir tezgah üstü santrifüj ve RNA izolasyon saflaştırma sütunlarına ihtiyaç vardır. Lizis tamponu, nükleer zarfın bütünlüğünü etkilemeden hücrenin dış zarını nazikçe lize etmek için kullanılır ve hücre içi bileşenlerinin serbest bırakılmasına izin verir. Daha sonra, çekirdekler basit bir santrifüjleme adımıyla izole edilebilir, çünkü lizis çözeltisinden daha yüksek bir yoğunluğa sahiptirler. Santrifüjleme, çekirdekteki hücre altı elementleri sitoplazmadakilerden izole etmek için bu alanları yoğunluk farklılıklarına göre ayırmak için kullanılır. Santrifüjleme farklı bileşenleri izole ettikten sonra, RNA içeriğini saflaştırmak için bir RNA temizleme kiti kullanılır ve farklı fraksiyonlardaki nükleer ve sitoplazmik RNA miktarı ile ölçülen ayırma kalitesini doğrulamak için qPCR gerçekleştirilir. Protokolün etkinliğini gösteren istatistiksel olarak anlamlı ayrılma seviyelerine ulaşıldı. Ek olarak, bu sistem, sitoplazma-çekirdek etkileşimlerinin hedefli olarak incelenmesine izin veren ve çekirdek ve sitoplazmada bulunan RNA’nın işlevindeki farklılıkların anlaşılmasına yardımcı olan farklı RNA türlerinin (toplam, küçük RNA, vb.) İzolasyonu için uyarlanabilir.
Introduction
Hücre altı bileşenlere hücresel fraksiyonasyon, tanımlanmış biyokimyasal alanların izolasyonuna ve incelenmesine izin verir ve spesifik hücresel süreçlerin lokalizasyonunu ve bunun işlevlerini nasıl etkileyebileceğini belirlemeye yardımcı olur1. RNA’nın farklı hücre içi konumlardan izole edilmesi, transkripsiyon seviyesi olaylarının ve çekirdek ile sitoplazma arasındaki diğer etkileşimlerin genetik ve biyokimyasal analizinin doğruluğunun iyileştirilmesine izin verebilir ve bu da mevcut protokolün birincil amacı olarak hizmet eder2. Bu protokol, nükleer ihracattaki rollerini belirlemek ve nükleus ve sitoplazmadaki RNA’ların hücre altı lokalizasyonunun hücresel süreçlerdeki işlevlerini nasıl etkileyebileceğini anlamak için sitoplazmik ve nükleer RNA’ların izolasyonunu sağlamak için geliştirilmiştir. Tipik bir laboratuvar ortamındaki materyalleri kullanarak, sonuçların kalitesini tehlikeye atmadan nükleer ve sitoplazmik fraksiyonasyonu daha önce belirlenmiş protokollerden daha etkili ve daha ucuz bir şekilde elde etmek mümkün olmuştur3.
Ek olarak, sitoplazma ve çekirdek arasındaki moleküllerin değişimi, bu bölgeleri ayırarak doğrudan incelenebilir. Daha spesifik olarak, transkriptomu anlamak, gelişimi ve hastalığı anlamak için gereklidir. Bununla birlikte, RNA’lar herhangi bir zamanda farklı olgunlaşma seviyelerinde olabilir ve aşağı akış analizini zorlaştırabilir. Bu protokol, RNA’yı nükleer ve sitoplazmik hücre altı fraksiyonlardan izole etme yeteneğine izin verir, bu da RNA çalışmalarına yardımcı olabilir ve kodlamayan RNA’ların lokalizasyonu veya çekirdek içindeki ekleme kavşaklarının analizi gibi belirli bir RNA’nın daha iyi anlaşılmasını sağlar.
Bu protokol, kullanılan RNA saflaştırma kolonunun boyut seçiciliği nedeniyle, mRNA’lar, rRNA’lar ve uzun kodlamayan RNA’lar (lncRNA’lar) dahil olmak üzere sitoplazmik ve nükleer uzun RNA’ları izole etmek için optimize edilmiştir. Önceden, mRNA’lar ve lncRNA’lar gibi uzun RNA’ların işlevi, 4,5 hücresi içindeki ilgili lokalizasyonlarına büyük ölçüde bağlıydı. Bu nedenle, çekirdekten hücre altı alanlara yapılan ihracatın incelenmesi, RNA’nın veya diğer hücresel bileşenlerin ihraç edilmesinin hücre üzerindeki rolünü anlamaya yönelik daha hedefli hale gelmiştir. lncRNA’lar bunun en iyi örneği olarak hizmet eder, çünkü çevirileri ve sonraki etkileri büyük ölçüde RNA6’nın diğer formlarıyla yakınlık ve etkileşimlere dayanır. Ayrıca, nükleer ve sitoplazmik bölgeler arasındaki hücresel elementlerin değişimi, çeşitli kanser tedavilerine direnç mekanizmalarına bağlıdır7. Hücre içi bölmelerin izolasyonu, direnç mekanizmalarının farklı tedavilere etkilerini azaltan nükleer ihracat inhibitörlerinin geliştirilmesine izin vermiştir8.
Nükleer ve sitoplazmik RNA’yı ayırdıktan sonra, ilgilenilen RNA’yı saflaştırmak için adımlar atılır. RNA saflaştırma kitleri laboratuvarlarda yaygın olarak bulunduğundan ve uzun RNA’ları saflaştırmak ve izole etmek için işlev gördüğünden, bu protokolün amacına iyi hizmet ederler. RNA saflaştırması için, 1.8’den büyük 260:280 oranlarının üretilmesi, RNA dizilimi veya yüksek saflık ve izolasyon gerektiren diğer benzer prosedürler için numunelerin kalitesini sağlamak için kritik öneme sahiptir. Düzensiz 260:280 değerleri fenol kontaminasyonunu gösterir, zayıf izolasyon gösterir ve yanlış sonuçlar verir9.
RNA saflaştırması tamamlandıktan ve 260:280 değerlerinin kabul edilebilir bir aralığın üzerinde olduğu doğrulandıktan sonra, nükleer ve sitoplazmik fraksiyonların izolasyon sonuçlarını doğrulamak için qPCR kullanıldı. Bunu yaparken, nükleer ve sitoplazmik fraksiyonasyon seviyelerini göstermek için ilgili bölgeye özgü primerler kullanılmıştır. Bu protokolde MALAT1 ve TUG1 nükleer ve sitoplazmik belirteçler olarak sırasıyla10 kullanıldı. Birlikte, MALAT1 ile yüksek düzeyde nükleer fraksiyonasyonun gösterilmesine izin verirken, sitoplazmik fraksiyonasyonun düşük olması beklenir. Tersine, TUG1 kullanıldığında, sitoplazmik fraksiyonasyon seviyelerinin nükleer fraksiyonasyon seviyelerinden daha yüksek olması beklenir.
Bu protokolü kullanarak, RNA’ları hücre içindeki etki konumlarına göre izole etmek mümkündü. Bu deney sırasında birçok malzemeye yaygın erişim ve sadece lizis tamponu ve yoğunluğa dayalı santrifüj tekniklerinin kullanılması nedeniyle, diğer RNA tiplerine ve diğer hücresel bileşenlere uygulanabilirlik yaygındır. Bu, aksi takdirde ayrılmadan ayırt edilemeyecek konuma özgü ifade olaylarına ışık tutarak önemli bilgiler sağlayabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokol boyunca, ilgilenilen hücre hattı için en etkili olacak öğeleri optimize etmek için bazı adımlar atıldı. Protokol içindeki adımlar nispeten basit olsa da, protokolün kritik yönleri sırasında analiz ve küçük ayarlamalar gerekli olabilir. Protokoldeki en kritik adım, lizis tamponunun konsantrasyonunu, ilgilenilen hücre hattına ve hücresel hedefe bağlı olarak uygun bir konsantrasyona değiştirmektir. Lizis tamponunun kullanımı büyük ölçüde hücre zarlarının bozulmasına bağlı old…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Amerikan Hematoloji Derneği, Robert Wood Johnson Vakfı, Doris Duke Hayırsever Vakfı, Edward P. Evans Vakfı ve Ulusal Kanser Enstitüsü’nün (1K08CA230319) bağışlarıyla desteklenmektedir.
Materials
| Agilent Tapestation | Agilent | G2991BA | The Agilent TapeStation system is an automated electrophoresis solution for the sample quality control of DNA and RNA samples. |
| 0.5% Nonidet P-40 | Thermo-Fischer | 28324 | Used in the making of lysis buffer |
| 50 mM Tris-Cl pH 8.0 | Thermo-Fischer | 15568025 | Used in the making of lysis buffer |
| MALAT1 GE Assay | Thermo-Fischer | Hs00273907_s1 | Utilized for confirmation of Nuclear fraction. |
| MicroAmp Optical 96-Well Reaction Plate with Barcode | Thermo-Fischer | 4326659 | The Applied Biosystems MicroAmp Optical 96-Well Reaction Plate with Barcode is optimized to provide unmatched temperature accuracy and uniformity for fast, efficient PCR amplification. This plate, constructed from a single rigid piece of polypropylene in a 96-well format, is compatible with Applied Biosystems 96-Well Real-Time PCR systems and thermal cyclers. |
| MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo-Fischer | 4311971 | The Applied Biosystems MicroAmp Optical Adhesive Film reduces the chance of well-to-well contamination and sample evaporation when applied to a microplate during qPCR |
| PBS | Gibco | 20012-023 | Phosphate-buffered saline (PBS) is a balanced salt solution that is used for a variety of cell culture applications, such as washing cells before dissociation, transporting cells or tissue samples, diluting cells for counting, and preparing reagents. |
| Qiagen RNA Clean Up Kit-Rneasy Mini Kit | Qiagen | 74106 | RNA cleanup kits enable efficient RNA cleanup of enzymatic reactions and cleanup of RNA purified by different methods. Includes RW1, RLT, RW1 buffers mentioned throughout protocol. |
| QuantStudio 6 | Thermo-Fischer | A43180 | qPCR software utilized during protocol. Includes Design and Analysis Software for analyzing fractionation samples |
| RLT Buffer | Qiagen | 79216 | Lysis Buffer from RNA clean-up kit |
| RPE Buffer | Qiagen | 1018013 | Wash Buffer from RNA clean-up kit |
| RW1 Buffer | Qiagen | 1053394 | Wash Buffer from RNA clean-up kit |
| Taqman Gene Expression Assays | Thermo-Fischer | 4331182 | Applied Biosystems TaqMan Gene Expression Assays represent the largest collection of predesigned assays in the industry with over 2.8 million assays across 32 eukaryotic species and numerous microbes. TaqMan Gene Expression assays enable you to get results fast with no time wasted optimizing SYBR Green primers and no extra time spent running and analyzing melt curves. |
| TaqMan Universal PCR Master Mix | Thermo-Fischer | 4305719 | TaqMan Universal PCR Master Mix is the ideal reagent solution when you need a master mix for multiple 5' nuclease DNA applications. Applied Biosystems reagents have been validated with TaqMan assays and Applied Biosystems real-time systems to ensure sensitive, accurate, and reliable performance every time. |
| TUG1 GE Assay | Thermo-Fischer | Hs00215501_m1 | Utilized for confirmation of Cytoplasmic fraction. |
| UltraPure DEPC-Treated Water | Thermo-Fischer | 750024 | UltraPure DEPC-treated Water is suitable for use with RNA. It is prepared by incubating with 0.1% diethylpyrocarbonate (DEPC), and is then autoclaved to remove the DEPC. Sterile filtered. |
Referências
- Conrad, T., Orom, U. A. Cellular fractionation and isolation of chromatin-associated RNA. Methods in Molecular Biology. 1468, 1-9 (2017).
- Bashirullah, A., Cooperstock, R. L., Lipshitz, H. D. RNA localization in development. Annual Review of Biochemistry. 67, 335-394 (1998).
- Liu, X., Fagotto, F. A method to separate nuclear, cytosolic, and membrane-associated signaling molecules in cultured cells. Science Signaling. 4 (203), (2011).
- Jansen, R. P. mRNA localization: message on the move. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2 (4), 247-256 (2001).
- Carlevaro-Fita, J., Johnson, R. Global positioning system: Understanding long noncoding RNAs through subcellular localization. Molecular Cell. 73 (5), 869-883 (2019).
- Voit, E. O., Martens, H. A., Omholt, S. W. 150 years of the mass action law. PLOS Computational Biology. 11 (1), 1004012 (2015).
- El-Tanani, M., Dakir el, H., Raynor, B., Morgan, R. Mechanisms of nuclear export in cancer and resistance to chemotherapy. Cancers (Basel). 8 (3), 35 (2016).
- Turner, J. G., Dawson, J., Sullivan, D. M. Nuclear export of proteins and drug resistance in cancer). Biochemical Pharmacology. 83 (8), 1021-1032 (2012).
- Boesenberg-Smith, K. A., Pessarakli, M. M., Wolk, D. M. Assessment of DNA yield and purity: an overlooked detail of PCR troubleshooting. Clinical Microbiology Newsletter. 34 (1), 1-6 (2012).
- Taylor, J., et al. Altered nuclear export signal recognition as a driver of oncogenesis altered nuclear export signal recognition drives oncogenesis. Cancer Discovery. 9 (10), 1452-1467 (2019).
- Ayupe, A. C., et al. Global analysis of biogenesis, stability and sub-cellular localization of lncRNAs mapping to intragenic regions of the human genome. RNA Biology. 12 (8), 877-892 (2015).
- Ghuysen, J. -. M., Hakenbeck, R. . Bacterial Cell Wall. , (1994).
- Fersht, A. . Enzyme Structure and Mechanism. , (1985).
- Green, M. R., Sambrook, J. . How to win the battle with RNase. 2019 (2), (2019).
- Blumberg, D. D. Creating a ribonuclease-free environment. Methods in Enzymology. 152, 20-24 (1987).
- Abmayr, S. M., Yao, T., Parmely, T., Workman, J. L. Preparation of nuclear and cytoplasmic extracts from mammalian cells. Current Protocols in Molecular Biology. , (2006).
- Taylor, J., et al. Selinexor, a first-in-class XPO1 inhibitor, is efficacious and tolerable in patients with myelodysplastic syndromes refractory to hypomethylating agents. Blood. 132, 233 (2018).
