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Method Article
Aquí, describimos una estrategia paso a paso para aislar pequeños ARN, enriquecer para microARN y preparar muestras para la secuenciación de alto rendimiento. A continuación, describimos cómo procesar lecturas de secuencia y alinearlas con microRNAs, utilizando herramientas de código abierto.
Se cree que la mitad de todas las transcripciones humanas están reguladas por microARN. Por lo tanto, la cuantificación de la expresión de microARN puede revelar mecanismos subyacentes en los estados de la enfermedad y proporcionar dianas terapéuticas y biomarcadores. Aquí, detallamos cómo cuantificar con precisión los microRNAs. Brevemente, este método describe el aislemiento de microARN, ligando a adaptadores adecuados para la secuenciación de alto rendimiento, la amplificación de los productos finales y la preparación de una biblioteca de muestras. A continuación, explicamos cómo alinear las lecturas de secuenciación obtenidas con horquillas microRNA, y cuantificar, normalizar y calcular su expresión diferencial. Versátil y robusto, este flujo de trabajo experimental combinado y análisis bioinformático permite a los usuarios comenzar con la extracción de tejidos y terminar con la cuantificación de microARN.
Descubierto por primera vez en 19931, ahora se estima que casi 2000 microARN están presentes en el genoma humano2. Los MicroRNAs son ARN pequeños que no codifican y que suelen tener entre 21 y 24 nucleótidos de largo. Son reguladores post-transcripcionales de la expresión génica, a menudo uniéndose a sitios complementarios en la región 3 no traducida (3-UTR) de genes diana para reprimir la expresión de proteínas y degradar el ARNm. La cuantificación de los microARN puede proporcionar información valiosa sobre la expresión génica y se han desarrollado varios protocolos para este propósito3.
Hemos desarrollado un protocolo definido, reproducible y de larga data para la secuenciación de ARN pequeño, y para analizar lecturas normalizadas utilizando herramientas bioinformáticas de código abierto. Es importante destacar que nuestro protocolo permite la identificación simultánea de microARN endógenos y construcciones exógenas que producen especies similares a microARN, al tiempo que minimiza las lecturas que se asignan a otras especies de ARN pequeños, incluyendo ARN ribosomales ( rRNAs), transferir ARN pequeños derivados del ARN derivados del ARN (trnA), ARN pequeños derivados de repetición y productos de degradación de ARNm. Afortunadamente, los microRNAs son 5-fosforilados y 2-3 hidroxilados4, una característica que se puede aprovechar para separarlos de estos otros pequeños ARN y productos de degradación de ARNm. Existen varias opciones comerciales para la clonación y secuenciación de microARN que a menudo son más rápidas y fáciles de multiplexar; sin embargo, la naturaleza propietaria de los reactivos del kit y sus modificaciones frecuentes hace que comparar las corridas de muestras sea un reto. Nuestra estrategia optimiza la recolección de sólo el tamaño correcto de los microRNAs a través de pasos de purificación de gel de acrilamida y agarosa. En este protocolo, también se describe un procedimiento para alinear las lecturas de secuencia con los microRNAs mediante herramientas de código abierto. Este conjunto de instrucciones será especialmente útil para los usuarios de informática novato, independientemente de si se utiliza nuestro método de preparación de bibliotecas o un método comercial.
Este protocolo se ha utilizado en varios estudios publicados. Por ejemplo, se utilizó para identificar el mecanismo por el cual la enzima Dicer corta ARN de horquilla pequeña a una distancia de dos nucleótidos del bucle interno de la estructura de bucle de tallo - la llamada "regla de recuento de bucles"5. También seguimos estos métodos para identificar la abundancia relativa de ARN de horquilla pequeña (shRNA) entregados a partir de vectores virales adeno-asociados a la recombinante (RAAVs), para identificar el umbral de expresión de ARNS pequeños que se puede tolerar antes del hígado toxicidad asociada con el exceso de expresión de ARNH6. Utilizando este protocolo, también identificamos microARN en el hígado que responden a la ausencia de microARN-122 - un microARN hepático altamente expresado - al mismo tiempo que caracterizan el patrón de degradación de este microARN7. Debido a que hemos utilizado nuestro protocolo consistentemente en numerosos experimentos, hemos sido capaces de observar los preparativos de la muestra longitudinalmente, y ver que no hay efectos de lote discernibles.
Al compartir este protocolo, nuestro objetivo es permitir a los usuarios generar cuantificación reproducible de microRNAs de alta calidad en prácticamente cualquier tejido o línea celular, utilizando equipos y reactivos asequibles, y herramientas bioinformáticas gratuitas.
Los experimentos con animales fueron autorizados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Washington.
Preparación de la biblioteca de ARN pequeño
1. Aislamiento de ARN
2. 3' ligadura del adaptador
3. Ligación de eslabones de 5'
4. Transcripción inversa (RT)
5. Amplificación de PCR
6. Purificación del gel de agarosa
Alineación de secuencias de ARN pequeños y bioinformática
7. Carga de datos
8. Eliminación del adaptador, clasificación de códigos de barras y ajuste
9. Alineación de lecturas a microRNAs
Esquema de los pasos involucrados en la preparación de la biblioteca
En la Figura 2se describe un esquema general de extracción, secuenciación y alineación de ARN pequeños.
Se recogieron muestras de hígado de un ratón macho y una hembra y se congelaron en nitrógeno líquido. El ARN total se extrajo y evaluó la calidad y la concentración.
La secuenciación de ...
A pesar de la identificación de microARN hace más de 20 años13, el proceso de secuenciación de microARN sigue siendo laborioso y requiere equipos especializados, impidiendo a los laboratorios adoptar rutinariamente protocolos internos14. Otras técnicas pueden evaluar simultáneamente los microARN, como microarrays de microARN y paneles de expresión multiplexados; sin embargo, estos enfoques son limitados en el que sólo cuantifican los microRNAs presentes en su conjun...
Los autores no tienen nada que revelar.
Nos gustaría dar las gracias a los miembros de los laboratorios de Andrew Fire y Mark Kay por su orientación y sugerencias.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 bp DNA ladder | NEB | N3231 | |
19:1 bis-acrylamide | Millipore Sigma | A9926 | |
25 bp DNA step ladder | Promega | G4511 | |
Acid phenol/chloroform | ThermoFisher | AM9720 | |
Acrylamide RNA loading dye | ThermoFisher | R0641 | |
Ammonium persulfate (APS) | Biorad | 161-0700 | |
Bioanalyzer instrument | Agilent | G2991AA | For assessing RNA quality and concentration |
Chloroform | Fisher Scientific | C298-500 | |
Ethanol (100%) | Sigma | E7023 | |
Gel Loading Buffer II | ThermoFisher | AM8547 | |
GlycoBlue | ThermoFisher | AM9516 | Blue color helps in visualizing pellet |
HCl | Sigma | 320331 | |
KOH | Sigma | P5958 | |
Maxi Vertical Gel Box 20 x 20cm | Genesee | 45-109 | |
miRVana microRNA isolation kit | ThermoFisher | AM1560 | |
miSeq system | Illumina | SY-410-1003 | For generating small RNA sequencing data |
NaCl | Fisher Scientific | S271-500 | |
Nusieve low-melting agarose | Lonza | 50081 | |
Parafilm (laboratory sealing film) | Millipore Sigma | P7793 | |
Poly-ethylene glycol 8000 | NEB | included with M0204 | |
ProtoScript II First strand cDNA Synthesis Kit | NEB | E6560S | |
QIAquick Gel Extraction kit | Qiagen | 28704 | |
Qubit Fluorometer | ThermoFisher | Q33226 | For quantifying DNA concentration |
Qubit RNA HS Assay kit | ThermoFisher | Q32855 | |
Razor Blades | Fisher Scientific | 12640 | |
Siliconized Low-Retention 1.5 ml tubes | Fisher Scientific | 02-681-331 | |
T4 RNA ligase 1 | NEB | M0204 | |
T4 RNA Ligase 2, truncated K227Q | NEB | M0351S | |
TapeStation | Agilent | G2939BA | For assessing RNA quality and concentration |
Taq DNA Polymerase | NEB | M0273X | |
TEMED | Biorad | 161-0800 | |
Tris Base pH 7.5 | Sigma | 10708976001 | |
Tris-buffered EDTA | Sigma | T9285 | |
Trizol | ThermoFisher | 15596026 | |
UltraPure Ethidium bromide (10 mg/ml) | Invitrogen | 15585-011 | |
Universal miRNA cloning linker | NEB | S1315S | |
Urea | Sigma | U5378 |
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