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Method Article
Para analizar la función de los lncRNAs en procesos dependientes del tiempo, como la inestabilidad cromosómica, se debe lograr un efecto de derribo prolongado. Para ello, se presenta aquí un protocolo que utiliza oligonucleótidos antisentido modificados para lograr un knockdown efectivo en líneas celulares durante 21 días.
Los ARN largos no codificantes (lncRNA) desempeñan funciones reguladoras clave en la expresión génica a nivel transcripcional. La evidencia experimental ha establecido que una fracción sustancial de lncRNA se acumula preferentemente en el núcleo. Para el análisis de la función de los lncRNAs nucleares, es importante lograr una descomposición eficiente de estos transcritos dentro del núcleo. En contraste con el uso de la interferencia de ARN, una tecnología que depende de la maquinaria de silenciamiento citoplasmático, una tecnología de oligonucleótidos antisentido (ASO) puede lograr la eliminación de ARN mediante el reclutamiento de ARNasa H a los dúplex ARN-ADN para la escisión del ARN nuclear. A diferencia del uso de herramientas CRISPR-Cas para la ingeniería del genoma, donde pueden ocurrir posibles alteraciones en el estado de la cromatina, los ASO permiten la eliminación eficiente de transcripciones nucleares sin modificar el genoma. Sin embargo, uno de los principales obstáculos para el derribo mediado por ASO es su efecto transitorio. Para el estudio de los efectos duraderos del silenciamiento del lncRNA, es necesario mantener un knockdown eficiente durante mucho tiempo. En este estudio, se desarrolló un protocolo para lograr un efecto de derribo durante más de 21 días. El propósito fue evaluar los efectos cis-reguladores de la knockdown de lncRNA en el gen codificante adyacente RFC4, que está relacionado con la inestabilidad cromosómica, una condición que solo se observa a través del tiempo y el envejecimiento celular. Se utilizaron dos líneas celulares humanas diferentes: PrEC, células epiteliales primarias normales de la próstata, y HCT116, una línea celular epitelial aislada del carcinoma colorrectal, logrando una eliminación exitosa en las líneas celulares analizadas.
La gran mayoría del genoma humano está transcrito, lo que da lugar a una amplia variedad de transcripciones, incluidos los lncRNAs, que, en número, superan el número de genes codificantes anotados en el transcriptoma humano1. Los LncRNAs son transcripciones de más de 200 nucleótidos que no codifican proteínas 2,3 y han sido examinados recientemente por sus importantes funciones reguladoras en la célula4. Se ha demostrado que sus funciones dependen de su localización subcelular5, como el núcleo donde se acumulan una fracción significativa de lncRNAs y participan activamente en la regulación transcripcional6 y para el mantenimiento de la arquitectura nuclear7, entre otros procesos biológicos 8,9,10.
Para la caracterización funcional de los lncRNAs nucleares, se deben utilizar métodos capaces de inducir knockdown (KD) en el núcleo, y los ASO son una poderosa herramienta para silenciar las transcripciones nucleares. En general, los ASOs son secuencias de ADN monocatenario de ~20 pares de bases de longitud que se unen al ARN complementario mediante el emparejamiento de bases de Watson-Crick11,12,13 y pueden modificar la función del ARN a través de mecanismos que dependen de su estructura química y modificaciones13,14. Las modificaciones químicas del ASO se pueden dividir en 2 grandes grupos: modificaciones de la columna vertebral y modificaciones del anillo de azúcar 2'15, ambas destinadas a aumentar la estabilidad al conferir una alta resistencia a las nucleasas, pero también a mejorar el efecto biológico deseado13,16. Entre las modificaciones de la columna vertebral, los enlaces fosforamidato morfolino (PMO), tiofosforamidato y morfolino se utilizan ampliamente para fines como la interferencia en el empalme17,18 al servir como agentes bloqueantes estéricos19, pero no para inducir la degradación de la transcripción. Otra modificación de la columna vertebral es el enlace fosforotioato (PS), una de las modificaciones más utilizadas en los ASO. A diferencia de las modificaciones mencionadas anteriormente, los enlaces PS no interfieren con el reclutamiento de RNasaH 12,20, lo que permite la eliminación del ARN. Sin embargo, también existe una amplia variedad de modificaciones del anillo de azúcar 2'21; sin embargo, para el propósito de la eliminación del ARN, entre las modificaciones que inducen efectos de silenciamiento eficientes se encuentran los ácidos nucleicos bloqueados (LNAs)22, 23 y la modificación 2'-O-metilo24. A pesar de que los LNA han demostrado ser altamente efectivos para el knockdown en comparación con otras modificaciones25, pueden inducir efectos no deseados como hepatotoxicidad26 e inducción de apoptosis in vivo e in vitro27.
Con el fin de eliminar el ARN, los ASO con las modificaciones adecuadas mencionadas anteriormente pueden reclutar ARNasa H1 y H220,28, y estas enzimas se reclutan para los híbridos ADN-ARN y escinden el ARN objetivo, liberando el ASO13. Los productos de ARN de esta escisión son procesados por la maquinaria de vigilancia del ARN, lo que resulta en la degradación del ARN29 sin modificar la región genómica de interés, a diferencia de otras técnicas como los sistemas CRISPR-Cas, donde las modificaciones en el estado de la cromatina pueden crear efectos biológicos no deseados30. A pesar de las ventajas de la tecnología ASO, los efectos de silenciamiento temporal debidos a la división celular o a la degradación del ASO a lo largo del tiempo son un obstáculo a superar cuando se estudian procesos dependientes del tiempo, como la inestabilidad cromosómica (CIN)31.
En particular, la NIC se define como un aumento de la tasa de cambios en el número y la estructura de los cromosomas en comparación con los de las células normales32 y surge de errores en la segregación cromosómica durante la mitosis, lo que conduce a alteraciones genéticas que originan la heterogeneidad intratumoral33 a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la NIC no se puede evaluar solo mediante la búsqueda de un cariotipo aneuploide. Para el correcto estudio y evaluación de la NIC en cultivo celular, es importante realizar un seguimiento de las células a lo largo del tiempo. Para el estudio de los efectos de un KD de lncRNA sobre la NIC, se necesita una metodología que permita un efecto prolongado de la KD. Para ello, se utilizaron ASOs en este protocolo, donde lncRNA-RFC4 se silenció con éxito en las líneas celulares humanas HCT115 y PrEC durante 18 y 21 días, respectivamente. Este transcrito es un lncRNA no caracterizado de 1,2 kb de longitud, y su ubicación genómica se encuentra en el cromosoma 3 (q27.3). Es adyacente al gen codificante de proteínas RFC4, un gen asociado con la NIC en diferentes tipos de cáncer humano 34,35,36.
NOTA: Este protocolo está destinado a ser realizado únicamente por personal de laboratorio con experiencia en procedimientos de seguridad de laboratorio. Es fundamental leer correctamente las fichas de datos de seguridad de todos los reactivos y materiales utilizados en este protocolo antes de comenzar a manipular materiales y equipos peligrosos. Es esencial leer, comprender y cumplir con todos los requisitos de seguridad indicados en el manual de seguridad de laboratorio de su institución a lo largo de todo el protocolo. La eliminación de todos los residuos biológicos y químicos debe realizarse de acuerdo con el manual de gestión y eliminación de residuos de la institución. Si no se manejan con cuidado y de acuerdo con las prácticas seguras de laboratorio, los materiales y equipos utilizados en este protocolo pueden causar lesiones graves. Siga siempre el manual de laboratorio de seguridad y los procedimientos de seguridad de la institución.
1. Diseño de ASOs
2. Preparación de las células
NOTA: Trabaje dentro de la cubierta de cultivo celular cada vez que se manipulen líneas celulares, soluciones, material o cualquier producto que se utilice durante la manipulación de cultivos celulares. Al manipular líquidos para el cultivo celular, utilice siempre pipetas serológicas esterilizadas o micropipetas con puntas esterilizadas. Cumplir y seguir siempre todos los requisitos de seguridad indicados en el manual de seguridad del laboratorio de la institución durante todo el protocolo.
3. Transfección
4. Recolección y paso de células
NOTA: La recolección y el paso de células se realizan después de cada 2 rondas de transfección y después de la2ª,4ª y6ª rondas de transfección. El tiempo medio de recolección en las células HCT116 fue de 6 días después de la1ª,3ª y 5ª transfecciones, y para las células PrEC, el tiempo medio fue de 7 días después de la 1ª,3ª y 5ª transfecciones. El punto de tiempo para la transfección difiere para las dos líneas celulares utilizadas en este protocolo. Para HCT116, la2ª, 3ª,4ª,5ª y6ª transfecciones se realizan 3, 6, 9, 12 y 15 días después de la primera transfección, respectivamente. En el caso de la PrEC, la2ª,3ª,4ª,5ª y6ª transfección se realizan 3, 7, 10, 14 y 18 días después de la primera transfección, respectivamente. Consulte la línea de tiempo de la Figura 3 para verificar los puntos de tiempo para la transfección, el paso y la cosecha.
5. Extracción de ARN y RT-PCR
En el presente protocolo, el uso de ASOs se adaptó a la KD de un lncRNA nuclear durante un tiempo prolongado en las líneas celulares humanas PrEC y HCT116.
Ciertamente, el experimento KD fue exitoso en la línea celular PrEC durante 21 días del experimento, como se observa en la Figura 4. Para confirmar esta afirmación, además de analizar la expresión en los días de paso celular (Figura 4
Como se mencionó anteriormente, los lncRNAs tienen funciones reguladoras clave en la célula; Por lo tanto, la desregulación de estas transcripciones puede estar involucrada en enfermedades. El cáncer es una de estas enfermedades caracterizadas por la desregulación del lncRNA43,44. En esta enfermedad, se sabe que los lncRNAs desempeñan importantes funciones reguladoras como oncogenes45 o supresores tu...
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Montiel-Manríquez, Rogelio es estudiante de doctorado del Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y ha recibido una beca CONACyT con el número de CVU CONACyT: 581151.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
15ml Centrifuge Tubes - 15ml Conical Tubes | Thermo Fisher Scientific | 339650 | |
Corning 100 mm TC-treated Culture Dish | Corning | 430167 | Surface area:55 cm2 |
Corning 35 mm TC-treated Culture Dish | Corning | 430165 | Surface area: 9 cm2 |
DPBS, no calcium, no magnesium | Thermo Fisher Scientific | 14190144 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | ATCC | 30-2020 | |
HCT 116 cell line | ATCC | CCL-247 | |
HEPES, 1M Buffer Solution | Thermo Fisher Scientific | 15630122 | |
Integrated DNA Technologies | NA | NA | https://www.idtdna.com/ |
Lipofectamine RNAiMAX Reagent | Thermo Fisher Scientific | 13778150 | |
McCoy's 5A medium | ATCC | 30-2007 | |
Normal Human Primary Prostate Epithelial Cells (HPrEC) | ATCC | PCS-440-010 | |
Nucleotide Blast NCBI | NA | NA | https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi |
Opti-MEM Reduced Serum Media | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
PBS (10X), pH 7.4 | Thermo Fisher Scientific | ||
Prostate Epithelial Cell Basal Medium | ATCC | PCS-440-030 | |
Prostate Epithelial Cell Growth Kit | ATCC | PCS-440-040 | |
Reverse complement online tool | NA | NA | https://www.bioinformatics.org/sms/rev_comp.html |
RNAfold WebServer | NA | NA | http://rna.tbi.univie.ac.at//cgi-bin/RNAWebSuite/RNAfold.cgi |
RNase-free Microfuge Tubes, 1.5 mL | Thermo Fisher Scientific | AM12400 | |
TrypLE Express Enzyme (1X), no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | Trypsin-EDTA solution |
Trypsin Neutralizing Solution | ATCC | PCS-999-004 | |
Trypsin-EDTA for Primary Cells | ATCC | PCS-999-003 | |
UCSC Genome Browser, Human (GRCh38/hg38) | NA | NA | https://genome.ucsc.edu/ |
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