A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول الطريقة التفصيلية لتفاعل البوليميراز المتسلسل بالقطرات الرقمية (dd-PCR) من أجل التحديد الكمي الدقيق لمستويات الحمض النووي الريبي الدائري (circRNA) في الخلايا باستخدام بادئات متباينة.
يعد تفاعل البوليميراز المتسلسل للقطرات الرقمية (dd-PCR) أحد أكثر طرق القياس الكمي حساسية. يقسم التفاعل إلى ما يقرب من 20000 قطرة ماء في زيت ، ويحدث تفاعل البوليميراز المتسلسل في القطرات الفردية. يتميز تفاعل البوليميراز المتسلسل dd-PCR بالعديد من المزايا مقارنة ب qPCR التقليدي في الوقت الفعلي ، بما في ذلك زيادة الدقة في اكتشاف الأهداف منخفضة الوفرة ، وحذف الجينات المرجعية للقياس الكمي ، والقضاء على التكرارات التقنية للعينات ، وإظهار مرونة عالية للمثبطات في العينات. في الآونة الأخيرة ، أصبح dd-PCR أحد أكثر الطرق شيوعا لتحديد كمية الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي المستهدف بدقة لتحليل التعبير الجيني والتشخيص. الحمض النووي الريبي الدائري (circRNAs) هي عائلة كبيرة من جزيئات الحمض النووي الريبي المغلقة تساهميا المكتشفة مؤخرا والتي تفتقر إلى نهايات 5 'و 3'. لقد ثبت أنها تنظم التعبير الجيني من خلال العمل كإسفنج للبروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي الميكروي. علاوة على ذلك ، يتم إفراز circRNAs في سوائل الجسم ، ومقاومتها للإكسونوكلياز تجعلها بمثابة مؤشرات حيوية لتشخيص المرض. تهدف هذه المقالة إلى توضيح كيفية إجراء تصميم التمهيدي المتباعد ، واستخراج الحمض النووي الريبي ، وتوليف الحمض النووي المكمل ، وتحليل dd-PCR لتحديد مستويات الحمض النووي الريبي الدائري المحدد (circRNA) بدقة في الخلايا. في الختام ، نوضح التحديد الكمي الدقيق ل circRNAs باستخدام dd-PCR.
اكتشفت التطورات الحديثة في تقنيات تسلسل الحمض النووي الريبي والخوارزميات الحسابية الجديدة عضوا جديدا في العائلة المتنامية من الحمض النووي الريبي غير المشفر ، يسمى الحمض النووي الريبي الدائري (circRNA)1. كما يوحي الاسم ، فإن circRNAs هي عائلة من جزيئات الحمض النووي الريبي أحادية الشريط بدون نهايات حرة. يتم تشكيلها عن طريق الربط غير المتعارف عليه من الرأس إلى الذيل يسمى الربط الخلفي ، حيث ينضم موقع مستقبل لصق المنبع تساهميا مع موقع مانح لصق المصب لتشكيل دائرة RNA مستقرة 1,2. يمكن التوسط في هذه العملية من خلال عدة عوامل ، بما في ذلك عناصر Alu المتكررة المقلوبة الموجودة في المنبع والمصب من exons الدائرية ، أو يمكن التوسط فيها بواسطة بعض عوامل الربط أو بروتينات ربط الحمض النووي الريبي (RBPs)2,3. تصنف الحمض النووي الريبي الدائري المتولد حصريا من التسلسل الخارجي أو التسلسل الحلقي على أنه سيرك رنان خارجي و الحمض النووي الريبي الدائري أو الحمض النووي الريبي الدائري ، في حين أن بعض الحمض النووي الريبي الحلقي (EIcircRNAs)3,4. وظائف circRNAs متعددة الأوجه ، بما في ذلك الإسفنجة miRNA و / أو RBP ، وتنظيم النسخ ، وتنظيم الوظيفة الخلوية عن طريق الترجمة إلى الببتيدات3،5،6،7. أبرزت العديد من التقارير أهمية circRNAs في مختلف الأمراض والعمليات الفسيولوجية8. علاوة على ذلك ، فإن أنماط التعبير الخاصة بالأنسجة ومقاومة الهضم بالإكسونوكلياز تجعله علامة حيوية وظيفية لتشخيص المرض ويمكن استخدامه أيضا كهدف علاجي مناسب8. بالنظر إلى أهميتها في تنظيم الصحة والأمراض ، فإن القياس الكمي الدقيق لتعبير circRNA هو حاجة الساعة.
تم تطوير العديد من الطرق البيوكيميائية لتحديد كمية circRNAs في العينات البيولوجية9. واحدة من أكثر الطرق ملاءمة ومقبولة على نطاق واسع لقياس كمية circRNA هي النسخ العكسي متبوعا بتفاعل البلمرة المتسلسل الكمي (RT-qPCR) باستخدام أزواج أولية متباينة10. ومع ذلك ، فإن غالبية circRNAs منخفضة الوفرة مقارنة ب mRNAs الخطية ، مما يجعل من الصعب تحديدها كميا11. للتغلب على هذه المشكلة ، سعينا إلى استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل بالقطرات الرقمية (dd-PCR) لتحديد عدد circRNAs في عينة معينة بدقة. DD-PCR هي تقنية PCR متقدمة تتبع مبدأ الموائع الدقيقة. يولد قطرات مائية متعددة في الزيت ، ويحدث تفاعل البوليميراز المتسلسل في كل قطرة كتفاعل فردي12. يحدث التفاعل في قطرات فردية ويتم تحليله باستخدام قارئ قطرات ، والذي يعطي عدد القطرات الإيجابية أو السلبية للجين محل الاهتمام12. إنها التقنية الأكثر حساسية لتحديد الجين محل الاهتمام بدقة ، حتى لو كانت هناك نسخة واحدة فقط في عينة معينة. انخفاض الحساسية تجاه المثبطات ، وتحسين الدقة ، وحذف الجين المرجعي للقياس الكمي يجعله أكثر فائدة من qPCRالتقليدي 13،14،15. لقد تم استخدامه على نطاق واسع كأداة بحث وتشخيص للقياس الكمي المطلق للجين محل الاهتمام16,17. هنا ، نصف بروتوكول dd-PCR المفصل لقياس كمية circRNA في التمييز بين الأنابيب العضلية للفأر C2C12 وتكاثر الأرومات العضلية للفأر C2C12 باستخدام البادئات المتباينة.
الحمض النووي الريبي حساس ل RNases. لذلك ، يجب أن تكون جميع الكواشف والأدوات ومساحات العمل خالية من RNase ويتم التعامل معها بعناية.
1. تصميم التمهيدي المتباعد ل circRNA (انظر الشكل 1)
2. عزل الحمض النووي الريبي
ملاحظة: عزل إجمالي الحمض النووي الريبي من خلايا الماوس C2C12 باستخدام أي مجموعات متاحة تجاريا أو طريقة عزل الحمض النووي الريبي في المنزل. تم وصف طريقة عزل الحمض النووي الريبي الداخلية المستخدمة هنا سابقا21. يتم تحضير حبات السيليكا المغناطيسية في المختبر باستخدام البروتوكول22 المنشور مسبقا. يمكن أيضا شراء هذه الخرزات المغناطيسية من بائعين مختلفين.
3. تخليق الحمض النووي المكمل
4. سير عمل PCR بالقطرات الرقمية (dd-PCR)
ملاحظة: يتضمن سير عمل dd-PCR خطوات متعددة ، بدءا من تحضير العينة ، متبوعا بتوليد القطيرات ، وتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل ، وعد القطيرات ، وتحليل البيانات. كل خطوة ضرورية لتوليد بيانات دقيقة لأن dd-PCR يتضمن القياس الكمي المطلق للمنتجات ولا يحتاج إلى أي منحنى قياسي. ومن ثم ، تم وصف كل خطوة من الخطوات المختلفة ل dd-PCR أدناه.
يمكن اشتقاق العدد المطلق ل circRNAs في كل عينة من بيانات dd-PCR المصدرة. اقترح تحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي التعبير التفاضلي ل circBnc2 في الأنابيب العضلية المتمايزة C2C12 (البيانات غير معروضة). هنا ، أردنا التحقق من عدد النسخ المطلق ل circBnc2 في تكاثر الأرومات العضلية C...
نمت أبحاث CircRNA في العقد الماضي مع اكتشاف تقنيات التسلسل عالية الإنتاجية. نتيجة لذلك ، تم اعتباره جزيئا محتملا لعلاجات الحمض النووي الريبي المستقبلية. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أنه يعمل كمؤشر حيوي في العديد من الأمراض ، بما في ذلك السرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية 4,8...
يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب في المصالح.
تم دعم هذا العمل بتمويل داخلي من معهد علوم الحياة ، ومنحة أبحاث DBT (BT / PR27622 / MED / 30/1961/2018) ، وزمالة Wellcome Trust / DBT India Alliance [IA / I / 18/2/504017] الممنوحة لأماريش سي باندا. نشكر أعضاء المختبر الآخرين على تدقيق المقال.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 ml microcentifuge tube | Tarson | 500010 | |
0.2 ml tube strips with cap | Tarson | 610020, 510073 | |
Filter Tips | Tarson | 528104 | |
DNase/RNase-Free Distilled Water | Thermo Fisher Scientific | 10977023 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | P4417 | |
Cell scrapper | HiMedia | TCP223 | |
Chloroform | SRL | 96764 | |
DNA diluent | HiMedia | MB228 | |
Random primers | Thermo Fisher Scientific | 48190011 | |
dNTP set | Thermo Fisher Scientific | R0181 | |
Murine RNase inhibitor | NEB | M0314S | |
Maxima reverse transcriptase | Thermo Fisher Scientific | EP0743 | |
QX200 dd-PCR Evagreen Supermix | Bio-Rad | 1864033 | |
Droplet generation oil for Evagreen | Bio-Rad | 1864006 | |
PCR Plate Heat Seal, foil, pierceable | Bio-Rad | 1814040 | |
DG8 Cartridges and Gaskets | Bio-Rad | 1864007 | |
DG8 Cartridge holder | Bio-Rad | 1863051 | |
QX200 Droplet Generator | Bio-Rad | 1864002 | |
ddPCR 96-Well Plates | Bio-Rad | 12001925 | |
PX1 PCR Plate Sealer | Bio-Rad | 1814000 | |
C1000 Touch Thermal Cycler with 96–Deep Well Reaction Module | Bio-Rad | 1851197 | |
QX200 Droplet Reader | Bio-Rad | 1864003 | |
Quantasoft Software | Bio-Rad | 1864011 | |
Silica column | Umbrella Life Science | 38220090 | |
UCSC Genome Browser | https://genome.ucsc.edu/ | ||
Primer 3 | https://primer3.ut.ee/ |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved