蛍光発生RNAアプタマーの in vitro および細胞ターンオン動態の決定
Summary
このプロトコルは、蛍光発生RNAアプタマーであるホウレンソウ2とブロッコリーの動態を決定するための2つの方法を提示します。最初の方法では、プレートリーダーを使用してin vitro で蛍光発生アプタマー動態を測定する方法を説明し、2番目の方法では、フローサイトメトリーによる細胞内の蛍光発生アプタマー動態の測定を詳述します。
Abstract
蛍光発生RNAアプタマーは、RNAのタグ付けと視覚化、遺伝子発現の報告、代謝物やシグナル伝達分子のレベルを検出する蛍光バイオセンサーの活性化のために生細胞に適用されています。これらの各システムの動的変化を研究するためには、リアルタイムの測定値を得ることが望ましいが、測定の精度は、蛍光発生反応の速度論がサンプリング周波数よりも速いことに依存する。ここでは、試料注入器とフローサイトメーターを備えたプレートリーダーを使用して、蛍光発生RNAアプタマーのin vitroおよび細胞のターンオン速度を決定する方法について説明します。ホウレンソウ2とブロッコリーのアプタマーの蛍光活性化のin vitro動態は、二相会合反応としてモデル化でき、それぞれ0.56 s-1と0.35 s-1の異なる高速相速度定数を持つことを示しています。さらに、グラム陰性菌への色素拡散によってさらに制限される大腸菌におけるホウレンソウ2の蛍光活性化の細胞動態は、微小なタイムスケールで正確なサンプリング周波数を可能にするのに十分迅速であることを示しています。蛍光活性化速度論を解析するこれらの方法は、開発されている他の蛍光発生RNAアプタマーに適用可能である。
Introduction
蛍光発生反応は、蛍光シグナルを生成する化学反応です。蛍光発生RNAアプタマーは通常、低分子色素を結合させて蛍光量子収率を高めることでこの機能を果たします(図1A)1。異なる蛍光発生RNAアプタマーシステムが開発されており、特定のRNAアプタマー配列および対応する色素リガンドからなる1。蛍光発生RNAアプタマーは、mRNAおよびノンコーディングRNAの生細胞イメージングを可能にする蛍光タグとしてRNA転写物に付加されています2,3,4。それらはまた、レポーターとしての緑色蛍光タンパク質(GFP)の使用と同様に、遺伝子発現の蛍光レポーターとしてプロモーター配列の後に配置されていますが、報告機能はRNAレベル5,6です。最後に、蛍光発生RNAアプタマーは、特定の低分子に応答して蛍光発生反応を引き起こすように設計されたRNAベースの蛍光バイオセンサーに組み込まれています。RNAベースの蛍光バイオセンサーは、様々な非蛍光代謝物およびシグナル伝達分子の生細胞イメージングのために開発されている7、8、9、10、11。
RNAの局在、遺伝子発現、および低分子シグナルの動的な変化を可視化するための蛍光発生RNAアプタマーの開発への関心が高まっています。これらの各アプリケーションでは、リアルタイムの測定値を取得することが望ましいですが、測定の精度は、蛍光発生反応の速度論がサンプリング周波数よりも速いことに依存します。ここでは、試料注入器を備えたプレートリーダーを用いて蛍光発生RNAアプタマーSmallach2 12およびBroccoli13のin vitro動態を決定する方法と、フローサイトメーターを使用して大腸菌で発現するSpinach2の細胞ターンオン動態を決定する方法について説明します。これら2つのRNAアプタマーが選ばれたのは、RNA局在2,3,4の研究に適用されており、レポーター5,6およびバイオセンサー7,8,9,10,11で使用されており、対応する色素リガンド(DFHBIまたはDFHBI-1T)が市販されているためです。文献で決定されたそれらのインビトロ特性の要約は、表14、13、14に与えられ、これはプロトコール開発(例えば、使用される波長および色素濃度)を知らせた。これらの結果は、RNAアプタマーの影響を受ける蛍光発生反応が迅速であり、目的の細胞生物学的用途の正確な測定を妨げるべきではないことを示しています。
Protocol
1. インビトロ 動態実験 PCRによるDNAテンプレートの調製PCR反応のセットアップ:PCR反応を準備するには、薄肉PCRチューブで次の試薬を混ぜ合わせます。33 μL の二重蒸留水 (ddH2O)10 μLの5xバッファー(ハイフィデリティDNAポリメラーゼ用)デオキシリボヌクレオシド三リン酸(dNTP)2 mM各5 μL0.5 μL 40 μM フォワードプライマー0.5 μL の 40 μM リバー?…
Representative Results
インビトロ 動態合成オリゴヌクレオチドとして購入したDNAテンプレートとプライマーの配列を 表2 に、試薬レシピを 補足ファイル1に示します。PCR増幅は、その後の in vitro 転写(IVT)反応に必要なT7プロモーターによるDNAテンプレートの量をスケールアップするために使用されます。さらに、PCR増幅は、プライマー伸長による?…
Discussion
インビトロ動態実験のために、同じ一般的なプロトコルを変更して、リガンド結合ドメインとフルオロフォア結合ドメインの両方を含むRNAベースの蛍光バイオセンサーのインビトロ動態を測定することができます8。 この場合、リガンド応答速度論を得るために、リガンドを注入する際の測定前にRNAを蛍光色素とともにインキュベートする必要があります。反?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業は、MCHへの次の助成金によってサポートされました:NSF-BSF 1815508およびNIH R01 GM124589。MRMは、トレーニング助成金NIH T32 GM122740によって部分的にサポートされました。
Materials
| Agarose | Thermo Fischer Scientific | BP160500 | |
| Agarose gel electrophoresis equipment | Thermo Fischer Scientific | B1A-BP | |
| Alpha D-(+)-lactose monohydrate | Thermo Fischer Scientific | 18-600-440 | |
| Amber 1.5 mL microcentrifuge tubes | Thermo Fischer Scientific | 22431021 | |
| Ammonium persulfate (APS) | Sigma-Aldrich | A3678 | |
| Ammonium sulfate ((NH4)2SO4) | Sigma-Aldrich | A4418 | |
| Attune NxT Flow cytometer | Thermo Fischer Scientific | A24861 | |
| Attune 1x Focusing Fluid | Thermo Fischer Scientific | A24904 | |
| Attune Shutdown Solution | Thermo Fischer Scientific | A24975 | |
| Attune Performance Tracking Beads | Thermo Fischer Scientific | 4449754 | |
| Attune Wash Solution | Thermo Fischer Scientific | J24974 | |
| Boric acid | Sigma-Aldrich | B6768 | |
| Bromophenol blue | Sigma-Aldrich | B0126 | |
| Carbenicillin disodium salt | Sigma-Aldrich | C3416 | |
| Chlorine Bleach | Amazon | B07J6FJR8D | |
| Corning Costar 96-well plate | Daigger Scientific | EF86610A | |
| Culture Tubes, 12 mm x 75 mm, 5 mL with attached dual position cap | Globe Scientific | 05-402-31 | |
| DFHBI | Sigma-Aldrich | SML1627 | |
| DFHBI-1T | Sigma-Aldrich | SML2697 | |
| D-Glucose (anhydrous) | Acros Organics | AC410955000 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Sigma-Aldrich | DTT-RO | |
| DNA loading dye | New England Biolabs | B7025S | |
| DNA LoBind Tubes (2.0 mL) | Eppendorf | 22431048 | |
| dNTPs: dATP, dCTP, dGTP, dTTP | New England Biolabs | N0446S | |
| EDTA, pH 8.0 | Gibco, Life Technologies | AM9260G | |
| Ethanol (EtOH) | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| Filter-tip micropipettor tips | Thermo Fischer Scientific | AM12635, AM12648, AM12655, AM12665 | |
| FlowJo Software | BD Biosciences | N/A | FlowJo v10 Software |
| Fluorescent plate reader with heating control | VWR | 10014-924 | |
| Gel electrophoresis power supply | Thermo Fischer Scientific | EC3000XL2 | |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| Glycogen AM95010 | Thermo Fischer Scientific | AM95010 | |
| GraphPad Prism | Dotmatics | N/A | Analysis software from Academic Group License |
| Heat block | Thomas Scientific | 1159Z11 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H-4034 | |
| Inorganic pyrophosphatase | Sigma-Aldrich | I1643-500UN | |
| Low Molecular Weight DNA Ladder | New England Biolabs | N3233L | Supplied with free vial of Gel Loading Dye, Purple (6x), no SDS (NEB #B7025). |
| Magnesium chloride hexahydrate (MgCl2) | Sigma-Aldrich | M2670 | |
| Magnesium sulfate (MgSO4) | Fisher Scientific | MFCD00011110 | |
| Microcentrifuge tubes (1.5 mL) | Eppendorf | 22363204 | |
| Microcentrifuge with temperature control | Marshall Scientific | EP-5415R | |
| Micropipettors | Gilson | FA10001M, FA10003M, FA10005M, FA10006M | |
| Micropipettor tips | Sigma-Aldrich | Z369004, AXYT200CR, AXYT1000CR | |
| Millipore water filter with BioPak unit | Sigma-Aldrich | CDUFBI001, ZRQSVR3WW | |
| Narrow micropipettor pipette tips | DOT Scientific | RN005R-LRS | |
| PBS, 10x | Thermo Fischer Scientific | BP39920 | |
| PCR clean-up kit | Qiagen | 28181 | |
| PCR primers and templates | Integrated DNA technologies | ||
| PCR thermocycler for thin-walled PCR tubes | Bio-Rad | 1851148 | |
| PCR thermocycler for 0.5 mL tubes | Techne | 5PRIME/C | |
| pET31b-T7-Spinach2 Plasmid | Addgene | Plasmid #79783 | |
| Phusion High-Fidelity DNA polymerase | New England Biolabs | M0530L | Purchase of Phusion High-Fideldity Enzyme is supplied with 5x Phusion HF Buffer, 5x Phusion GC Buffer, and MgCl2 and DMSO solutions. |
| Polyacrylamide gel electrophoresis gel comb, C.B.S. Scientific | C.B.S. Scientific | VGC-1508 | |
| Polyacrylamide gel electrophoresis equipment | C.B.S. Scientific | ASG-250 | |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| Razor blades | Genesee Scientific | 38-101 | |
| rNTPs: ATP, CTP, GTP, UTP | New England Biolabs | N0450L | |
| SDS | Sigma-Aldrich | L3771 | |
| Short wave UV light source | Thermo Fischer Scientific | 11758221 | |
| Sodium carbonate (Na2CO3) | Sigma-Aldrich | S7795 | |
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma-Aldrich | S8045 | |
| Sodium phosphate dibasic, anhydrous | Thermo Fischer Scientific | S375-500 | |
| SoftMax Pro | Molecular Devices | N/A | SoftMax Pro 6.5.1 (platereader software) obtained through Academic Group License |
| Sterile filter units | Thermo Fischer Scientific | 09-741-88 | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | |
| SYBR Safe DNA gel stain | Thermo Fischer Scientific | S33102 | |
| TAE buffer for agarose gel electrophoresis | Thermo Fischer Scientific | AM9869 | |
| Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
| Tris base | Sigma-Aldrich | TRIS-RO | |
| Tryptone (granulated) | Thermo Fischer Scientific | M0251S | |
| T7 RNA polymerase | New England Biolabs | M0251S | |
| Urea-PAGE Gel system | National Diagnostics | EC-833 | |
| UV fluorescent TLC plate | Sigma-Aldrich | 1.05789.0001 | |
| UV/Vis spectrophotometer | Thermo Fischer Scientific | ND-8000-GL | |
| Vortex mixer | Thermo Fischer Scientific | 2215415 | |
| Xylene cyanol | Sigma-Aldrich | X4126 | |
| Yeast Extract (Granulated) | Thermo Fischer Scientific | BP9727-2 |
Referências
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Citar este artigo
Mumbleau, M. M., Meyer, M. R., Hammond, M. C. Determination of In Vitro and Cellular Turn-on Kinetics for Fluorogenic RNA Aptamers. J. Vis. Exp. (186), e64367, doi:10.3791/64367 (2022).