Summary

تعميم الرنا الميكروي الكمي باستخدام الحمض النووي ملزم صبغ الكيمياء والقطرة PCR الرقمية

Published: June 26, 2016
doi:

Summary

A sensitive and accurate method for cell-free microRNAs quantification using a dye-based chemistry and droplet digital PCR technology is described.

Abstract

تعميم (من خالية من الخلايا) الرنا الميكروية (miRNAs) تم إصدارها من الخلايا في مجرى الدم. وقد تم ربط كمية من microRNAs محددة في الدورة الدموية إلى حالة المرض ولديه القدرة على أن تستخدم العلامات البيولوجية المرض. تم تطوير طريقة حساسة ودقيقة لتعميم الرنا الميكروي الكمي باستخدام الكيمياء قائم على الأصباغ وقطيرة تكنولوجيا PCR الرقمية مؤخرا. على وجه التحديد، وذلك باستخدام مغلق الأحماض النووية (LNA) المستندة الاشعال ميرنا معين مع الفلورسنت صبغة الحمض النووي ملزم الأخضر في قطرات نظام PCR الرقمية متوافق أنه من الممكن الحصول على تقدير المطلق للmiRNAs محددة. هنا، نحن تصف كيفية أداء هذه التقنية لتقييم كمية ميرنا في السوائل البيولوجية، مثل البلازما والمصل، على حد سواء مجدية وفعالة.

Introduction

MicroRNAs (miRNAs) are released into blood circulation by potentially all the cells of the organism, as a consequence of active release or necrotic and apoptotic processes. Cell-free miRNAs have been detected in the bloodstream either as free stable molecules or linked to lipoproteins or enveloped inside exosomes and microvesicles 1-3. They are believed to function as cell-to-cell communicators 4, and their amount changes in the presence of cancer, cardiac disorders or autoimmune diseases 5-7. Their accurate and reproducible quantification is the basis for their evaluation as disease biomarkers. However, for several reasons already described elsewhere 8,9, miRNA quantification in serum or plasma, as well as other body fluids, could be very challenging 10,11. We recently developed a method for the absolute quantification of circulating miRNAs, based on miRNA-specific LNA primers and DNA-binding dye droplet digital PCR (ddPCR) technology 12. This methodology has been applied to the validation of miRNA breast cancer biomarkers 13,14.

After the partitioning of each reverse-transcribed miRNA molecule inside a nanoliter-sized droplet, it is possible to count the copy number of each miRNA in each sample, basically counting the number of green, and therefore positive, fluorescent droplets. As soon as a PCR reaction occurs, a positive count is achieved, without the need to establish a standard curve or taking PCR efficiency into account in target amount calculation, as it happens with quantitative RT-PCR (RT-qPCR). In addition, ddPCR proved to be more sensitive and accurate than RT-qPCR in circulating miRNA quantification 15. In this article we present the detailed protocol of this methodology, discussing the most relevant steps andspecifically considering serum and plasma clinical samples.

Protocol

عزل الرنا الميكروي من البلازما أو مصل ملاحظة: البلازما وإعداد المصل هو خطوة ذات الصلة في تعميم ميرنا الكمي. لا يوجد أي إجراء المفضل لالبلازما وإعداد المصل. الشيء الوحيد المهم للنظر هو أن جميع العينات من نفس التجربة يجب معالجتها باستخدام بالض?…

Representative Results

القيمة المطلقة من miRNAs محددة لكل مل من البلازما أو مصل يمكن تحديد باستخدام صبغة الفلورسنت الحمض النووي ملزم الأخضر وقطيرة تكنولوجيا PCR الرقمية الشكل 1 يعرض عملية إيجابية-قطرات الاختيار، والذي يحدد تركيز ميرنا النهائي (نسخ / ميكرولتر ) في رد ف…

Discussion

miRNAs تعميم موجودة في الدم بتركيزات منخفضة للغاية وكمية من الحمض النووي الريبي التي يمكن استخلاصها من عينات البلازما والمصل منخفضة. لهذا السبب، فإن من الصعب تحديد مع تقنيات أخرى مثل ميكروأري وتسلسل الحمض النووي الريبي. وعلاوة على ذلك، هناك نقص معمم الاتفاق على تطبيع ا…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

بدعم من تمويل من الاتحاد الإيطالي لأبحاث السرطان (جنة العلاقات الصناعية الاسترالية) لMF (MFAG 11676) وMN (برنامج الجزيئية الخاصة الأورام السريري – 5 بالألف ن 9980، 2010/15) ومن الوزارة الإيطالية للتعليم والجامعات و البحث FIRB 2011 إلى MN (مشروع RBAPIIBYNP).

Materials

miRNeasy Mini Kit Qiagen 217004 Columns for total RNA, including miRNA, extraction from serum/plasma
100 nmole RNA oligo Cel-miR-39-3p Integrated DNA Technologies Custom Sequence: UCACCGGGUGUAAAUCAGCUUG
Universal cDNA synthesis kit II, 8-64 rxns Exiqon 203301 Kit for microRNA reverse transcription
MicroRNA LNA PCR primer set  Exiqon 204000-206xxx and 2100000-21xxxxx Primers for miRNA amplification inside droplets
QX200 droplet generator BioRad 186-4002 Instrument used for droplet reading
QX200 droplet reader BioRad 186-4003 Instrument used for droplet generation
QuantaSoft software BioRad 186-3007 Software for data collection and analysis
PX1 PCR plate sealer BioRad 181-4000 Plate sealer
DG8 droplet generator cartridges and gaskets BioRad 186-4008 Cartridges used to mix sample and oil to generate droplets
QX200 ddPCR EvaGreen supermix BioRad 186-4033/36 PCR supermix
QX200 droplet generator oil for EvaGreen dye BioRad 186-4005 Oil for droplet generation

References

  1. Arroyo, J. D., et al. Argonaute2 complexes carry a population of circulating microRNAs independent of vesicles in human plasma. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 5003-5008 (2011).
  2. Skog, J., et al. Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers. Nat Cell Biol. 10, 1470-1476 (2008).
  3. Vickers, K. C., Palmisano, B. T., Shoucri, B. M., Shamburek, R. D., Remaley, A. T. MicroRNAs are transported in plasma and delivered to recipient cells by high-density lipoproteins. Nat Cell Biol. 13, 423-433 (2011).
  4. Braicu, C., et al. Exosomes as divine messengers: are they the Hermes of modern molecular oncology. Cell Death Differ. 22, 34-45 (2015).
  5. Creemers, E. E., Tijsen, A. J., Pinto, Y. M. Circulating microRNAs: novel biomarkers and extracellular communicators in cardiovascular disease. Circ Res. 110, 483-495 (2012).
  6. Guay, C., Regazzi, R. Circulating microRNAs as novel biomarkers for diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 9, 513-521 (2013).
  7. Schwarzenbach, H., Nishida, N., Calin, G. A., Pantel, K. Clinical relevance of circulating cell-free microRNAs in cancer. Nat Rev Clin Oncol. 11, 145-156 (2014).
  8. Moldovan, L., et al. Methodological challenges in utilizing miRNAs as circulating biomarkers. J Cell Mol Med. 18, 371-390 (2014).
  9. Tiberio, P., Callari, M., Angeloni, V., Daidone, M. G., Appierto, V. Challenges in Using Circulating miRNAs as Cancer Biomarkers. Biomed Res Int. 2015, 731479 (2015).
  10. Jarry, J., Schadendorf, D., Greenwood, C., Spatz, A., van Kempen, L. C. The validity of circulating microRNAs in oncology: five years of challenges and contradictions. Mol Oncol. 8, 819-829 (2014).
  11. Witwer, K. W. Circulating MicroRNA Biomarker Studies: Pitfalls and Potential Solutions. Clin Chem. 61, 56-63 (2015).
  12. Miotto, E., et al. Quantification of Circulating miRNAs by Droplet Digital PCR: Comparison of EvaGreen- and TaqMan-Based Chemistries. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 23, 2638-2642 (2014).
  13. Ferracin, M., et al. Absolute quantification of cell-free microRNAs in cancer patients. Oncotarget. , (2015).
  14. Mangolini, A., et al. Diagnostic and prognostic microRNAs in the serum of breast cancer patients measured by droplet digital PCR. Biomarker Research. , (2015).
  15. Hindson, C. M., et al. Absolute quantification by droplet digital PCR versus analog real-time PCR. Nat Methods. 10, 1003-1005 (2013).
  16. Mestdagh, P., et al. Evaluation of quantitative miRNA expression platforms in the microRNA quality control (miRQC) study. Nat Methods. 11, 809-815 (2014).

Play Video

Cite This Article
Ferracin, M., Salamon, I., Lupini, L., Miotto, E., Sabbioni, S., Negrini, M. Circulating MicroRNA Quantification Using DNA-binding Dye Chemistry and Droplet Digital PCR. J. Vis. Exp. (112), e54102, doi:10.3791/54102 (2016).

View Video