بروتوكول في المختبر لتقييم مستويات MicroRNA، وظائف، والجينات المستهدفة المرتبطة بها في الخلايا السرطانية
Summary
ويستخدم هذا البروتوكول تفاعلاً متسلسلاً للبوليميراز في الوقت الحقيقي القائم على المسبار، ومسباراً من نوع سولفورهوامين B (SRB)، واستنساخ 3 مناطق غير مترجمة (3′ UTR)، وإمكانية اختبار لوسيفيراز للتحقق من الجينات المستهدفة لميرنا ذات الأهمية ولفهم وظائف الميرنا.
Abstract
MicroRNAs (miRNAs) هي RNAs التنظيمية الصغيرة التي يتم التعرف عليها لتعديل العديد من مسارات الإشارات داخل الخلايا في العديد من الأمراض بما في ذلك السرطان. وتتفاعل هذه التقييمات التنظيمية الصغيرة أساساً مع المناطق غير المترجمة البالغ عددها 3 مناطق (3′ من جمهورية ترانسبورت) من الرسل المستهدفين (mRNAs) مما أدى في نهاية المطاف إلى تثبيط عمليات فك رموز الـ mRNAs وزيادة تحلل الحمض اتّصال اتّصاليّة الهدف. استناداً إلى مستويات التعبير والوظائف داخل الخلايا، miRNAs قادرة على أن تكون بمثابة عوامل تنظيمية من mRNAs oncogenic والورم المثبطة. تحديد الجينات المستهدفة حسن النية من ميرنا بين مئات أو حتى الآلاف من الأهداف المتوقعة حسابيا هو خطوة حاسمة لتمييز الأدوار والآليات الجزيئية الأساسية لميرنا من الفائدة. تتوفر العديد من برامج التنبؤ بالأهداف miRNA للبحث عن تفاعلات ميرنا-ميرنا المحتملة. ومع ذلك، فإن السؤال الأكثر تحديا هو كيفية التحقق من صحة الجينات المستهدفة المباشرة من ميرنا ذات الفائدة. يصف هذا البروتوكول استراتيجية قابلة للاستنساخ من الأساليب الرئيسية حول كيفية تحديد أهداف ميرنا المتعلقة بوظيفة ميرنا. يقدم هذا البروتوكول دليلاً عملياً على الإجراءات خطوة بخطوة للكشف عن مستويات ميرنا، والوظائف، وما يتصل بها من mRNAs الهدف باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل القائم على المسبار في الوقت الحقيقي (PCR)، اختبار sulforhodamine B (SRB) بعد اختبار محاكاة ميرنا للانف ، توليد منحنى الجرعة والاستجابة، والاختبار لوسيفيراز جنبا إلى جنب مع استنساخ 3 ‘UTR من الجين، وهو أمر ضروري لفهم صحيح لأدوار miRNAs الفردية.
Introduction
MicroRNAs (miRNAs) هي RNAs التنظيمية الصغيرة التي تعدل بشكل رئيسي عملية ترجمة وتدهور RNAs رسول (mRNAs) عن طريق الرد على 3 ‘المناطق غير المترجمة (3’ UTR) في الجينات المستهدفة حسن النية1. ويمكن تنظيم التعبير عن الـ miRNAs من خلال آليات النسخ وما بعد النسخ. عدم التوازن في هذه الآليات التنظيمية يجلب مستويات التعبير miRNAs غير المنضبط والمميزة في العديد من الأمراض بما في ذلك السرطانات2. يمكن أن يكون لميرنا واحد تفاعلات متعددة مع mRNAs متنوعة. وفي المقابل، يمكن التحكم في الميرنا الفردية من قبل العديد من miRNAs. لذلك، تتأثر شبكات الإشارات داخل الخلايا بشكل معقد بـ miRNAs التي يتم من خلالها بدء الاضطرابات والأمراض الفسيولوجية وتدهورها2،3،4، 5 , 6.على الرغم من أن التعبير المتغير من miRNAs لوحظ في أنواع مختلفة من السرطانات، والآليات الجزيئية التي تعدل آداب الخلايا السرطانية جنبا إلى جنب مع miRNAs لا تزال غير معروفة إلى حد كبير.
وقد أظهرت الأدلة المتراكمة أن الأدوار الأورامأو المثبطة للأورام من miRNAs تعتمد على أنواع السرطانات. على سبيل المثال، من خلال استهداف مربع forkhead o3 (FOXO3)، miR-155 يعزز انتشار الخلايا، والنقي، والمقاومة الكيميائية لسرطان القولون والمستقيم7،8. وعلى النقيض من ذلك، فإن تقييد غزو الخلايا الدبقية يسببه miR-107 عن طريق تنظيم البروتين المتجانس من الدرجة العصبية locus 2 (NOTCH2) التعبير9. تقييم التفاعلات ميرنا الهدف فيما يتعلق وظائف ميرنا هو جزء لا غنى عنه لفهم أفضل كيف miRNAs تنظيم العمليات البيولوجية المختلفة في كل من الدول الصحية والمرضى10. وبالإضافة إلى ذلك، فإن اكتشاف هدف (أهداف) حسن النية من miRNAs يمكن أن توفر كذلك استراتيجية دقيقة لضبطها لعلاج يستند إلى ميرنا مع مختلف الأدوية المضادة للسرطان. ومع ذلك، فإن التحدي الرئيسي في مجال التقييمات الوطنية للجمهورية الإسلامية هو تحديد الأهداف المباشرة للجمهورية. هنا، يتم تقديم أساليب مفصلة كنهج تجريبية قابلة للاستنساخ لتحديد الجينات الهدف ميرنا. وينطوي التصميم التجريبي الناجح لتحديد هدف ميرنا علىخطوات واعتبارات مختلفة (الشكل 1). مقارنة مستويات ميرنا الناضجة في الخلايا السرطانية والخلايا الطبيعية يمكن أن تكون واحدة من الإجراءات الشائعة لاختيار ميرنا ذات الأهمية (الشكل1A). الدراسة الوظيفية لميرنا مختارة للكشف عن آثار ميرنا على انتشار الخلايا من المهم لتضييق قائمة أفضل الأهداف المرشحة المحتملة من ميرنا ذات الفائدة (الشكل1B). واستناداً إلى الوظائف التي تم التحقق من صحتها تجريبياً لـ miRNAs، يلزم إجراء مراجعة منهجية للمؤلفات وقاعدة البيانات في الشركة التي لها برنامج التنبؤ المستهدف بالحمض النووي الريبي (MIRNA) للبحث عن المعلومات الأكثر صلة بوظائف الجينات (الشكل1C). ويمكن تحقيق تحديد الجينات المستهدفة الحقيقية لميرنا ذات الأهمية من خلال تنفيذ تجارب مثل اختبار لوسيفيراز جنبا إلى جنب مع استنساخ 3 ‘UTR من الجينات، PCR في الوقت الحقيقي، والنشاف الغربي (الشكل1D). والهدف من البروتوكول الحالي هو توفير أساليب شاملة للتجارب الرئيسية، وتفاعل البوليميراز المتسلسل القائم على المسبار في الوقت الحقيقي، والاختبار بسولفورهوامين B (SRB) بعد أن تحاكي ميرنا عمليات الانحراف، وتوليد منحنى الجرعة والاستجابة، و لوسيفيراز اختبار جنبا إلى جنب مع استنساخ 3 ‘UTR من جين. البروتوكول الحالي يمكن أن تكون مفيدة لفهم أفضل لوظائف miRNAs الفردية والآثار المترتبة على ميرنا في علاج السرطان.
Protocol
Representative Results
Discussion
استراتيجيات لتحديد أهداف ميرنا حسن النية مع وظائف ميرنا ذات الأهمية لا غنى عنها لفهم الأدوار المتعددة للميرنا. يمكن أن يكون تحديد الجينات المستهدفة ميرنا مبدأ ً توجيهياً لتفسير أحداث إشارات الخلية التي تم تضمينها بواسطة miRNAs في الخلية. الكشف عن الجينات المستهدفة الهامة وظيفيا من miRNAs يمكن …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج بحوث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) الممولة من وزارة التعليم (2017R1D1A3B03035662)؛ وصندوق بحوث جامعة هاليم، 2017 (HRF-201703-003).
Materials
| 15 mL conical tube | SPL Life Sciences | 50015 | |
| 24-well plate | Thermo Scientific | 142475 | |
| 50 mL conical tube | SPL Life Sciences | 50050 | |
| 6-well plate | Falcon | 353046 | |
| 6X DNA loading dye | Real Biotech Corporation | RD006 | 1 mL |
| 8-cap strip | Applied Biosystems | N8010535 | For cDNA synthesis |
| 8-tube strip | Applied Biosystems | N8010580 | For cDNA synthesis |
| 96-well plate | Falcon | 353072 | |
| Acetic acid | Sigma | A6283-1L | 1 L |
| Agarose A | Bio Basic | D0012 | 500 g |
| Alkaline phosphatase | New England Biolabs | M0290S | 10,000 U/mL |
| Ampicillin | Bio basic Canada Inc | AB0028 | 25 g |
| AriaMx 96 tube strips | Agilent Technologies | 401493 | For real time PCR |
| AriaMx real-time PCR system | Agilent Technologies | G8830A | qPCR amplification, detection, and data analysis |
| AsiSI | New England Biolabs | R0630 | 10,000 units/mL |
| CAPAN-1 cells | ATCC | HTB-79 | |
| Cell culture hood | Labtech | Model: LCB-1203B-A2 | |
| Counting chambers with V-slash | Paul Marienfeld | 650010 | Cells counter |
| CutSmart buffer | New England Biolabs | B7204S | 10X concentration |
| DMEM | Gibco | 11965-092 | 500 mL |
| DNA gel extraction kit | Bionics | DN30200 | 200 prep |
| DNA ladder | NIPPON Genetics EUROPE | MWD1 | 1 Kb ladder |
| DNase I | Invitrogen | 18068015 | 100 units |
| Dual-luciferase reporter assay system | Promega | E1910 | 100 assays |
| Fetal bovine serum | Gibco | 26140-079 | 500 mL |
| HIT competent cells | Real Biotech Corporation(RBC) | RH617 | Competent cells |
| HPNE cells | ATCC | CRL-4023 | |
| LB agar broth | Bio Basic | SD7003 | 250 g |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-027 | 0.75 mL |
| Lipofectamine RNAiMax | Invitrogen | 13778-075 | 0.75 mL |
| Luminometer | Promega | Model: E5311 | |
| Microcentrifuge tube | Eppendorf | 22431021 | |
| Microplate reader | TECAN | Infinite F50 | |
| miRNA control mimic | Ambion | 4464058 | 5 nmole |
| miRNA-107 mimic | Ambion | 4464066 | 5 nmole |
| miRNeasy Mini Kit | Qiagen | 217004 | 50 prep |
| Mupid-2plus (electrophoresis system) | TaKaRa | Model: AD110 | |
| NotI | New England Biolabs | R3189 | 20,000 units/mL |
| Oligo explorer program | GeneLink | For primer design | |
| Optical tube strip caps (8X Strip) | Agilent Technologies | 401425 | For real time PCR |
| Opti-MEM | Gibco | 31985-070 | 500 Ml |
| PANC-1 cells | ATCC | CRL-1469 | |
| Penicillin/streptomycin | Gibco | 15140-122 | 100 mL |
| Phosphate buffer saline | Gibco | 14040117 | 1000 mL |
| Plasmid DNA miniprep S& V kit | Bionics | DN10200 | 200 prep |
| PrimeSTAR GXL DNA polymerase | TaKaRa | R050A | 250 units |
| Shaker | TECAN | Shaking platform | |
| Shaking incubator | Labtech | Model: LSI-3016A | |
| Sigmaplot 14 software | Systat Software Inc | For dose-response curve generation | |
| Sulforhodamine B powder | Sigma | S1402-5G | 5 g |
| SYBR green master mix | Smobio | TQ12001805401-3 | Binding fluorescent dye for dsDNA |
| T4 DNA ligase | TaKaRa | 2011A | 25,000 U |
| TaqMan master mix | Applied Biosystems | 4324018 | 200 reactions, no AmpErase UNG |
| TaqMan microRNA assay (hsa-miR-107) | Applied Biosystems | 4427975 | Assay ID: 000443 (50RT, 150 PCR rxns) |
| TaqMan microRNA assay (hsa-miR-301) | Applied Biosystems | 4427975 | Assay ID: 000528 (50RT, 150 PCR rxns) |
| TaqMan miR RT kit | Applied Biosystems | 4366597 | 1000 reactions |
| Thermo CO2 incubator (BB15) | ThermoFisher Scientific | 37 °C and 5% CO2 incubation | |
| Trichloroacetic acid | Sigma | 91228-100G | 100 g |
| Trizma base | Sigma | T4661-100G | 100 g |
| Ultrapure water | Invitrogen | 10977-015 | 500 mL |
| Veriti 96 well thermal cycler | Applied Biosystems | For amplification of DNA (or cDNA) | |
| XhoI | New England Biolabs | R0146 | 20,000 units/mL |
References
- He, L., Hannon, G. J. MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation. Nature Reviews Genetics. 5 (7), 522-531 (2004).
- Park, J. K., Doseff, A. I., Schmittgen, T. D. MicroRNAs Targeting Caspase-3 and -7 in PANC-1 Cells. International Journal of Molecular Sciences. 19 (4), (2018).
- Park, J. K., et al. MicroRNAs-103/107 coordinately regulate macropinocytosis and autophagy. Journal of Cell Biology. 215 (5), 667-685 (2016).
- Henry, J. C., et al. miR-199a-3p targets CD44 and reduces proliferation of CD44 positive hepatocellular carcinoma cell lines. Biochemical and Biophysical Research Communications. 403 (1), 120-125 (2010).
- Hoefert, J. E., Bjerke, G. A., Wang, D., Yi, R. The microRNA-200 family coordinately regulates cell adhesion and proliferation in hair morphogenesis. Journal of Cell Biology. 217 (6), 2185-2204 (2018).
- Anfossi, S., Fu, X., Nagvekar, R., Calin, G. A. MicroRNAs, Regulatory Messengers Inside and Outside Cancer Cells. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1056, 87-108 (2018).
- Khoshinani, H. M., et al. Involvement of miR-155/FOXO3a and miR-222/PTEN in acquired radioresistance of colorectal cancer cell line. Japanese Journal of Radiology. 35 (11), 664-672 (2017).
- Gao, Y., et al. MicroRNA-155 increases colon cancer chemoresistance to cisplatin by targeting forkhead box O3. Oncology Letters. 15 (4), 4781-4788 (2018).
- Catanzaro, G., et al. Loss of miR-107, miR-181c and miR-29a-3p Promote Activation of Notch2 Signaling in Pediatric High-Grade Gliomas (pHGGs). International Journal of Molecular Sciences. 18 (12), (2017).
- Akbari Moqadam, F., Pieters, R., den Boer, M. L. The hunting of targets: challenge in miRNA research. Leukemia. 27 (1), 16-23 (2013).
- Brown, R. A. M., et al. Total RNA extraction from tissues for microRNA and target gene expression analysis: not all kits are created equal. BMC Biotechnology. 18 (1), (2018).
- Kim, Y. K., Yeo, J., Kim, B., Ha, M., Kim, V. N. Short structured RNAs with low GC content are selectively lost during extraction from a small number of cells. Molecular Cell. 46 (6), 893-895 (2012).
- Schmittgen, T. D., Livak, K. J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nature Protocols. 3 (6), 1101-1108 (2008).
- Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
- Park, J. K., Seo, J. S., Lee, S. K., Chan, K. K., Kuh, H. J. Combinatorial Antitumor Activity of Oxaliplatin with Epigenetic Modifying Agents, 5-Aza-CdR and FK228, in Human Gastric Cancer Cells. Biomolecules & Therapeutics. 26 (6), 591-598 (2018).
- Xia, X., et al. Downregulation of miR-301a-3p sensitizes pancreatic cancer cells to gemcitabine treatment via PTEN. American Journal of Translational Research. 9 (4), 1886-1895 (2017).
- Lee, K. H., et al. Epigenetic silencing of MicroRNA miR-107 regulates cyclin-dependent kinase 6 expression in pancreatic cancer. Pancreatology. 9 (3), 293-301 (2009).
- van Tonder, A., Joubert, A. M., Cromarty, A. D. Limitations of the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) assay when compared to three commonly used cell enumeration assays. BMC Research Notes. 8, 47 (2015).
- Wang, P., Henning, S. M., Heber, D. Limitations of MTT and MTS-based assays for measurement of antiproliferative activity of green tea polyphenols. PloS One. 5 (4), e10202 (2010).
- Wu, L., Belasco, J. G. Let me count the ways: mechanisms of gene regulation by miRNAs and siRNAs. Molecular Cell. 29 (1), 1-7 (2008).
- Jin, Y., Chen, Z., Liu, X., Zhou, X. Evaluating the microRNA targeting sites by luciferase reporter gene assay. Methods in Molecular Biology. , 117-127 (2013).
- Ma, Z., et al. Gamma-synuclein binds to AKT and promotes cancer cell survival and proliferation. Tumour Biology. 37 (11), 14999-15005 (2016).
- Pan, Z. Z., Bruening, W., Giasson, B. I., Lee, V. M., Godwin, A. K. Gamma-synuclein promotes cancer cell survival and inhibits stress- and chemotherapy drug-induced apoptosis by modulating MAPK pathways. Journal of Biological Chemistry. 277 (38), 35050-35060 (2002).
- Martinez-Sanchez, A., Murphy, C. L. MicroRNA Target Identification-Experimental Approaches. Biology (Basel). 2 (1), 189-205 (2013).
- Lee, E. J., et al. Expression profiling identifies microRNA signature in pancreatic cancer. International Journal of Cancer. 120 (5), 1046-1054 (2007).
- Nuovo, G. J., et al. A methodology for the combined in situ analyses of the precursor and mature forms of microRNAs and correlation with their putative targets. Nature Protocols. 4 (1), 107-115 (2009).
- Schmittgen, T. D., et al. Real-time PCR quantification of precursor and mature microRNA. Methods. 44 (1), 31-38 (2008).
- Diederichs, S., Haber, D. A. Dual role for argonautes in microRNA processing and posttranscriptional regulation of microRNA expression. Cell. 131 (6), 1097-1108 (2007).
- Orellana, E. A., Kasinski, A. L. Sulforhodamine B (SRB) Assay in Cell Culture to Investigate Cell Proliferation. Bio Protocol. 6 (21), (2016).
- Lawrie, C. H. MicroRNAs in hematological malignancies. Blood Reviews. 27 (3), 143-154 (2013).
- Quah, B. J., Warren, H. S., Parish, C. R. Monitoring lymphocyte proliferation in vitro and in vivo with the intracellular fluorescent dye carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester. Nature Protocols. 2 (9), 2049-2056 (2007).
- Xing, Z., Li, D., Yang, L., Xi, Y., Su, X. MicroRNAs and anticancer drugs. Acta Biochimica et Biophysica Sinica. 46 (3), 233-239 (2014).
- Moeng, S., et al. MicroRNA-107 Targets IKBKG and Sensitizes A549 Cells to Parthenolide. Anticancer Research. 38 (11), 6309-6316 (2018).
- Chou, T. C. Drug combination studies and their synergy quantification using the Chou-Talalay method. Cancer Research. 70 (2), 440-446 (2010).
- Flamand, M. N., Gan, H. H., Mayya, V. K., Gunsalus, K. C., Duchaine, T. F. A non-canonical site reveals the cooperative mechanisms of microRNA-mediated silencing. Nucleic Acids Research. 45 (12), 7212-7225 (2017).
