A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
הפרוטוקול מתאר שיטה יעילה ואמינה לכימות אורך הפולי(A) של הגן המעניין ממערכת העצבים דרוזופילה , שניתן להתאים בקלות לרקמות או סוגי תאים ממינים אחרים.
פוליאדנילציה היא שינוי חיוני לאחר שעתוק המוסיף זנבות פולי(A) לקצה 3' של מולקולות mRNA. אורך זנב הפולי(A) מווסת היטב על ידי תהליכים תאיים. דיסרגולציה של פוליאדנילציה mRNA נקשרה לביטוי גנים חריג ולמחלות שונות, כולל סרטן, הפרעות נוירולוגיות והפרעות התפתחותיות. לכן, הבנת הדינמיקה של פוליאדנילציה חיונית לפענוח המורכבות של עיבוד mRNA ובקרת גנים לאחר שעתוק.
מאמר זה מציג שיטה למדידת אורכי זנב פולי(A) בדגימות RNA שבודדו ממוחות זחלי דרוזופילה ומתאי דרוזופילה שניידר S2. השתמשנו בגישת הזנב גואנוזין/אינוזין (G/I), הכוללת הוספה אנזימטית של שאריות G/I בקצה ה-3' של mRNA באמצעות פולימראז שמרים (A). שינוי זה מגן על קצה ה-3' של הרנ"א מפני התפרקות אנזימטית. זנבות הפולי(A) המוגנים באורך מלא מתועתקים לאחור באמצעות פריימר אנטיסנס אוניברסלי. לאחר מכן, הגברה PCR מבוצעת באמצעות אוליגו ספציפי לגן המכוון לגן המעניין, יחד עם אוליגו רצף אוניברסלי המשמש לשעתוק לאחור.
זה מייצר תוצרי PCR המקיפים את זנבות הפולי(A) של הגן המעניין. מכיוון שפוליאדנילציה אינה שינוי אחיד וגורמת לזנבות באורכים משתנים, מוצרי ה-PCR מציגים מגוון גדלים, מה שמוביל לדפוס מריחה על ג'ל אגרוז. לבסוף, מוצרי ה- PCR נתונים לאלקטרופורזה של ג'ל נימי ברזולוציה גבוהה, ואחריה כימות באמצעות הגדלים של מוצרי ה- PCR poly(A) ומוצר ה- PCR הספציפי לגן. טכניקה זו מציעה כלי פשוט ואמין לניתוח אורכי זנב פולי(A), ומאפשרת לנו לקבל תובנות עמוקות יותר על המנגנונים המורכבים השולטים בוויסות mRNA.
רוב ה-mRNA האיקריוטי עובר פוליאדנילציה לאחר שעתוק בנקודת הסיום של 3′ בגרעין על ידי תוספת של אדנוזין ללא תבנית על ידי פולימראזות פולי(A) קנוניות. זנב פולי(A) שלם הוא חיוני לאורך מחזור החיים של mRNA, מכיוון שהוא חיוני לייצוא גרעיני של mRNA1, מאפשר אינטראקציה עם חלבונים קושרי פולי(A) כדי לשפר את יעילות התרגום2, ומקנה עמידות בפני פירוק3. במקרים מסוימים, זנב פולי(A) יכול גם לעבור הארכה בציטופלסמה, בסיוע פולימראז (A) לא קנוני4. בציטופלסמה, אורך הזנב של פולי (A) משתנה באופן דינמי ומשפיע על תוחלת החיים של מולקולת ה-mRNA. פולימרזות ודדנילזות רבות ידועות באפנון אורך הזנב 5,6,7. לדוגמה, קיצור זנבות פולי(A) מתואם עם דיכוי תרגומי, ואילו התארכות זנבות פולי(A) משפרת את התרגום 8,9.
מחקרים גנומיים מצטברים הוכיחו את המשמעות הבסיסית של אורך הזנב הפולי(A) על פני היבטים שונים של הביולוגיה האיקריוטית. זה כולל תפקידים בהתפתחות תאי נבט, התפתחות עוברית מוקדמת, פלסטיות סינפטית עצבית ללמידה וזיכרון, והתגובה הדלקתית10. פותחו שיטות ומבדקים רבים למדידת אורכי זנב פולי(A). לדוגמה, בדיקת RNase H/oligo(dT) מנצלת את RNase H בנוכחות או היעדר oligo(dT) כדי לחקור את אורך הזנב של poly(A)11,12. שיטות אחרות לחקר זנב פולי(A) כוללות הגברה PCR של קצוות 3' כגון הגברה מהירה של cDNA קצוות בדיקת poly(A) (RACE-PAT)12,13 ובדיקת poly(A) בתיווך ליגאז (LM-PAT)14. שינויים נוספים בבדיקת PAT כוללים ePAT15 ו- sPAT16. זנב G אנזימטי17,18 או זנב G/I של קצה 3' הן וריאציות אחרות של מבחן PAT. שינוי נוסף של טכניקות אלה כולל שימוש בפריימרים המסומנים באופן פלואורסצנטי יחד עם אלקטרופורזה של ג'ל נימי לאנליזה ברזולוציה גבוהה, המכונה מבחן פולי(A) ברזולוציה גבוהה (Hire-PAT)19. בדיקות מונחות PCR אלה מאפשרות כימות אורך פולי(A) מהיר ובעל רגישות גבוהה.
עם הפיתוח של ריצוף הדור הבא, שיטת ריצוף בתפוקה גבוהה, כגון PAL-seq20 ו- TAIL-seq21, מאפשרת ניתוח פוליאדנילציה בקנה מידה רחב של תעתוק. עם זאת, שיטות אלה מספקות רק קריאות רצף קצרות של 36-51 נוקלאוטידים. לכן, FLAM-Seq22 פותח עבור פרופיל אורך זנב גלובלי של mRNA באורך מלא ומספק קריאות ארוכות. טכנולוגיית ננופור23 מספקת ריצוף RNA ישיר או cDNA ישיר שאינו תלוי ב-PCR עבור הערכות אורך זנב פולי(A). עם זאת, שיטות אלה בעלות תפוקה גבוהה אינן נטולות מגבלות. הם דורשים כמויות גדולות של חומרי התחלה, הם יקרים וגוזלים זמן. יתר על כן, ניתוח תמלילים נדירים יכול להיות מאתגר ביותר עם שיטות תפוקה גבוהה, ושיטות מבוססות PCR בתפוקה נמוכה עדיין מספקות יתרון כאשר יש צורך לנתח מספר קטן של תמלילים, לניסויי פיילוט ותיקוף של שיטות אחרות.
לאחרונה הוכחנו כי Dscam1 mRNA מכיל זנבות פולי(A) קצרים בדרוזופילה, מה שמחייב קשירה לא קנונית של החלבון הקושר פולי(A) ציטופלזמי על Dscam1 3'UTR באמצעות שיטת זנב G/I24. כאן אנו מספקים הליך יעיל להכנת רקמות וכימות אורך פולי(A) של mRNA ממערכת העצבים דרוזופילה ותאי דרוזופילה S2.
1. גידול ובחירת זחלי דרוזופילה
2. בידוד מוחי מזחלי דרוזופילה (איור 1)
איור 1: דיסקציה של מוח זחל דרוזופילה משלב נדידת כוכב 3. (A) רישומים סכמטיים של זחלי דרוזופילה. (ב-ג) דיסקציה של הזחל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
3. דרוזופילה S2 תאי שניידר
4. מיצוי RNA כולל מזחלי דרוזופילה, מוח ותאי S2
5. הכנת ג'ל RNA ואלקטרופורזה
6. מדידת אורך זנב Poly(A)
איור 2: הכנת דגימת רנ"א ובדיקת פולי(A)-זנב. (A) תמונות ג'ל הרנ"א מראות רנ"א כולל ממוח זחל דרוזופילה (משמאל) ותאי S2 (מימין) על ג'ל אגרוז פורמלדהיד 1.5%. גדלים של סולם RNA חד-גדילי מוצגים בנוקלאוטידים בנתיב M. שימו לב לפס RNA עיקרי ב~600 nt, שהוא מ-rRNA. (B) סכמות של בדיקת זנב פולי(A). קיצור: G/I = גואנוזין/אינוזין. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
7. ניתוח מוצר PCR על ידי אלקטרופורזה ג'ל אגרוז
8. אלקטרופורזה נימית
9. ניתוח נתונים: מדידת אורך זנב poly(A) (איור 3)
איור 3: אורך זנב Poly(A) ומדידת ערך שיא. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
10. הדמיה של התפלגות אורך זנב poly(A)
כאן ניתחנו את אורך הזנב של פולי(A) של Dscam1 ו-GAPDH ממוחות של זחלי דרוזופילה (איור 4). RNA מבודד הודגם על ג'ל אגרוז לבקרת איכות. רצועת רנ"א בודדת בגודל של כ-600 נוקלאוטידים מצביעה על הכנת רנ"א שלמה (איור 2A). RNAs היו נתונים לזנב G/I ולאלקטרופורזה נימית ברזולוצי...
בפרוטוקול זה, אנו מתארים את הטכניקה לנתח את מוח הזחל Drosophila משלב 3rdinstar נודד, כמו גם את הכנת הדגימה מתאי Drosophila S2. בשל אופיים העלוב של mRNAs, איסוף הדגימות דורש זהירות יתרה. במקרה של דיסקציה מוחית של הזחל, המוח לא אמור להיפגע במהלך הבידוד ואין לשמור אותו בתמיסה למשך זמן ממושך. שמירה ...
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
מחקר זה נתמך על ידי המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי R01NS116463 לג'יי.קיי., ומתקן הליבה של הדמיה תאית ומולקולרית באוניברסיטת נבאדה, רינו, אשר נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות P20GM103650 ושימש למחקר שדווח במחקר זה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-(N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) | Research Product Internation (RPI) | M92020 | |
Agilent High Sensitivity DNA Kit | Agilent Technologies | 5067-4626 | |
Agilent software 2100 expert free download demo | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-software/2100-expert-software-228259 | |
Apex 100 bp-Low DNA Ladder | Genesee Scientific | 19-109 | |
Bioanalyzer | Agilent 2100 Bioanalyzer G2938C | ||
Diethyl pyrocarbonate (DEPC) | Research Product Internation (RPI) | D43060 | |
DNA dye (Gel Loading Dye, Purple (6x) | New England biolabs | B7024S | |
Drosophila S2 cell line | Drosophila Genomics Resource Center stock #181 | ||
Drosophila Schneider’s Medium | Thermo Fisher Scientific | 21720024 | |
Ehidium bromide | Genesee scientific | 20-276 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | |
Forceps Dumont 5 | Fine Science tools | 11254-20 | |
Nuclease free water | Thermo Fisher Scientific | AM9932 | |
PBS 10x | Research Product Internation (RPI) | P32200 | |
Poly(A) Tail-Length Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 764551KT | |
RiboRuler Low Range RNA Ladder | Thermo Fisher Scientific | SM1833 | |
RNA Gel Loading Dye (2x) | Thermo Fisher Scientific | R0641 | |
RNA microprep kit | Zymoresearch | R1050 | |
RNA miniprep kit | Zymoresearch | R1055 | |
Scissors-Vannas Spring Scissors - 2.5 mm Cutting Edge | Fine Science tools | 15000-08 | |
TopVision Agarose Tablets | Thermo Fisher Scientific | R2802 | |
Tris-Acetate-EDTA (TAE) | Thermo Fisher Scientific | B49 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved