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Method Article
Ici, nous décrivons une stratégie étape par étape pour isoler les petits ARN, enrichir les microARN et préparer des échantillons pour le séquençage à haut débit. Nous décrivons ensuite comment traiter les lectures de séquences et les aligner sur les microARN, à l'aide d'outils open source.
On pense que la moitié de toutes les transcriptions humaines sont réglementées par des microARN. Par conséquent, la quantification de l'expression des microARN peut révéler des mécanismes sous-jacents dans les états de la maladie et fournir des cibles thérapeutiques et des biomarqueurs. Ici, nous détaillons comment quantifier avec précision les microARN. En bref, cette méthode décrit l'isolation des microARN, leur ligature à des adaptateurs adaptés au séquençage à haut débit, amplifiant les produits finaux et préparant une bibliothèque d'échantillons. Ensuite, nous expliquons comment aligner les lectures de séquençage obtenues sur les épingles à cheveux microARN, et quantifier, normaliser et calculer leur expression différentielle. Polyvalente et robuste, cette analyse combinée du flux de travail expérimental et de la bioinformatique permet aux utilisateurs de commencer par l'extraction des tissus et de terminer avec la quantification des microARN.
Découverte pour la première fois en 19931, on estime aujourd'hui que près de 2000 microARN sont présents dans le génome humain2. Les microARN sont de petits ARN non codants qui sont généralement 21-24 nucléotides de long. Ils sont des régulateurs post-transcriptionnels de l'expression génique, souvent liés à des sites complémentaires dans la région 3 non traduites (3-UTR) des gènes cibles pour réprimer l'expression des protéines et dégrader l'ARNm. La quantification des microARN peut donner un aperçu précieux de l'expression des gènes et plusieurs protocoles ont été développés à cette fin3.
Nous avons développé un protocole défini, reproductible et de longue date pour le séquençage de l'ARN, et pour l'analyse des lectures normalisées à l'aide d'outils de bioinformatique open source. Fait important, notre protocole permet l'identification simultanée des microARN endogènes et des constructions exogènes livrées qui produisent des espèces de forme microARN, tout en minimisant les lectures de cette carte à d'autres petites espèces d'ARN, y compris les ARN ribosomal ( rRNAs), transférer les petits ARN dérivés de l'ARN (tsRNAs), les petits ARN dérivés de la répétition et les produits de dégradation de l'ARNm. Heureusement, les microARN sont 5 phosphorylés et 2-3 hydroxylé4 , une caractéristique qui peut être exploitée pour les séparer de ces autres petits ARN et les produits de dégradation de l'ARNm. Plusieurs options commerciales existent pour le clonage et le séquençage de microARN qui sont souvent plus rapides et plus faciles au multiplex ; cependant, la nature exclusive des réactifs de kit et leurs modifications fréquentes rendent difficile la comparaison des exécutions d'échantillon. Notre stratégie optimise la collecte de la taille correcte des microARN par des étapes de purification de l'acrylamide et du gel d'agarose. Dans ce protocole, nous décrivons également une procédure pour aligner la séquence se lit aux microARN à l'aide d'outils open source. Cet ensemble d'instructions sera particulièrement utile pour les utilisateurs d'informatique novices, que notre méthode de préparation de bibliothèque ou une méthode commerciale soit utilisée.
Ce protocole a été utilisé dans plusieurs études publiées. Par exemple, il a été utilisé pour identifier le mécanisme par lequel l'enzyme Dicer fend de petits ARN en épingle à cheveux à une distance de deux nucléotides de la boucle interne de la structure de la boucle de tige - la soi-disant "règle de comptage de boucle"5. Nous avons également suivi ces méthodes pour identifier l'abondance relative des petits ARN en épingle à cheveux livrés (ardendain) exprimés à partir de vecteurs viraux adéno-associés recombinants (rAAV), afin d'identifier le seuil d'expression de l'ARNc qui peut être toléré avant le foie toxicité associée à l'expression shRNA excessive6. En utilisant ce protocole, nous avons également identifié des microARN dans le foie qui répondent à l'absence de microARN-122 - un microARN hépatique très exprimé - tout en caractérisant le modèle de dégradation de ce microARN7. Parce que nous avons utilisé notre protocole de façon cohérente dans de nombreuses expériences, nous avons été en mesure d'observer les préparations d'échantillons longitudinalement, et de voir qu'il n'y a pas d'effets de lots perceptibles.
En partageant ce protocole, notre objectif est de permettre aux utilisateurs de générer une quantification reproductible et de haute qualité des microARN dans pratiquement n'importe quelle ligne de tissus ou de cellules, en utilisant des équipements et des réactifs abordables, et des outils de bioinformatique gratuits.
Les expériences sur les animaux ont été autorisées par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux de l'Université de Washington.
Préparation de la petite bibliothèque d'ARN
1. Isolation de l'ARN
2. 3' ligation adaptateur
3. 5' ligation de liaison
4. Transcription inversée (RT)
5. Amplification de PCR
6. Purification de gel d'Agarose
Petit alignement de séquence d'ARN et bioinformatique
7. Téléchargement de données
8. Suppression d'adaptateur, tri de code à barres, et garniture
9. Alignement des lectures aux microARN
Schéma des étapes de la préparation de la bibliothèque
Un schéma global de petite extraction, de séquençage et d'alignement de l'ARN est décrit à la figure 2.
Des échantillons de foie d'un mâle et d'une souris femelle ont été recueillis et congelés dans de l'azote liquide. L'ARN total a été extrait et évalué pour la qualité et la concentration.
Le s?...
Malgré l'identification des microARN il y a plus de 20 ans13, le processus de séquençage des microARN reste laborieux et nécessite des équipements spécialisés, empêchant les laboratoires d'adopter régulièrement des protocoles internes14. D'autres techniques peuvent évaluer simultanément les microARN, comme les microréseaux d'ARN et les panneaux d'expression multiplexés; cependant, ces approches sont limitées en ce qu'elles ne quantifient que les microARN pré...
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Nous tenons à remercier les membres des laboratoires d'Andrew Fire et de Mark Kay pour leurs conseils et leurs suggestions.
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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