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Method Article
染色体不安定性などの時間依存的なプロセスにおけるlncRNAの機能を解析するには、長期にわたるノックダウン効果を達成する必要があります。そのために、ここでは、修飾アンチセンスオリゴヌクレオチドを使用して細胞株で21日間効果的なノックダウンを達成するプロトコルを紹介します。
長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)は、転写レベルでの遺伝子発現において重要な調節役割を果たします。実験的証拠により、lncRNAのかなりの部分が核内に優先的に蓄積することが立証されています。核内lncRNAの機能解析には、核内でこれらの転写産物を効率的にノックダウンすることが重要です。細胞質サイレンシング機構に依存する技術であるRNA干渉の使用とは対照的に、アンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)技術は、核RNA切断のためにRNase HをRNA-DNA二本鎖にリクルートすることにより、RNAノックダウンを達成できます。ゲノム工学にCRISPR-Casツールを使用するのとは異なり、クロマチン状態に変化が生じる可能性があるのに対し、ASOはゲノムを改変することなく核転写産物を効率的にノックダウンすることができます。それにもかかわらず、ASOを介したノックダウンの主な障害の1つは、その一時的な影響です。lncRNAサイレンシングの長期的な影響を研究するためには、効率的なノックダウンを長期間維持する必要があります。この研究では、21日以上ノックダウン効果を達成するためのプロトコルが開発されました。その目的は、染色体不安定性に関連する隣接するコード遺伝子RFC4に対するlncRNAノックダウンのシス制御効果を評価することでした。これは、時間と細胞の老化によってのみ観察される状態です。PrEC(正常初代前立腺上皮細胞)とHCT116(結腸直腸癌から単離された上皮細胞株)の2つの異なるヒト細胞株を使用し、アッセイした細胞株でノックダウンに成功しました。
ヒトゲノムの大部分は転写されるため、ヒトトランスクリプトーム1のアノテーションされたコード遺伝子の数を超える数を持つlncRNAを含む多種多様な転写産物が生まれます。LncRNAは、タンパク質をコードしない200ヌクレオチドより長い転写産物であり、2,3、最近では細胞内での重要な調節機能について調べられています4。それらの機能は、lncRNAのかなりの部分が蓄積し、転写調節6や核構造の保守7、他の生物学的プロセス8,9,10の中でも活発に関与する核のような細胞内局在5に依存することが示されている。
核内lncRNAの機能的評価には、核内でノックダウン(KD)を誘導できる方法を使用する必要があり、ASOは核転写産物をサイレンシングするための強力なツールです。一般に、ASOは、Watson-Crick塩基対11,12,13によって相補的RNAに結合し、その化学構造および修飾13,14に依存するメカニズムを通じてRNAの機能を改変することができる、長さが~20塩基対の一本鎖DNA配列である。ASO化学修飾は、2つの主要なグループに分けることができる:バックボーン修飾と2'糖環修飾15、どちらもヌクレアーゼに対する高い耐性を付与することによって安定性を高めることを意図しているが、意図された生物学的効果13,16も増強することを意図している。骨格修飾のうち、ホスホラミデートモルホリノ(PMO)、チオホスホラミデート、およびモルホリノ結合は、立体ブロッキング剤19として働くことにより、スプライシング17,18の干渉などの目的で広く使用されているが、転写産物の分解を誘導するものではない。別のバックボーン修飾は、ASOで最も一般的に使用される修飾の1つであるホスホロチオエート(PS)結合です。前述の修飾とは対照的に、PS結合はRNase H動員12,20を妨害しないため、RNAノックダウンを可能にする。しかし、多種多様な2'シュガーリング修飾21もあります。それにもかかわらず、RNAノックダウンの目的のために、効率的なサイレンシング効果を誘導する修飾の中には、ロック核酸(LNA)22、23および2'-O-メチル修飾24がある。LNAは、他の修飾25と比較してノックダウンに対して非常に効果的であることが証明されていますが、肝毒性26やin vivoおよびin vitro27のアポトーシス誘導などの望ましくない影響を誘発する可能性があります。
RNAノックダウンの目的のために、前述の適切な修飾を持つASOは、RNase H1およびH220,28をリクルートすることができ、これらの酵素はDNA-RNAハイブリッドにリクルートされ、標的RNAを切断してASO13を放出します。この切断のRNA産物は、次いでRNAサーベイランス機構によって処理され、クロマチン状態の修飾が望ましくない生物学的影響30を生じ得るCRISPR-Casシステムのような他の技術とは対照的に、関心のあるゲノム領域を修飾することなくRNA分解29をもたらす。ASO技術の利点にもかかわらず、細胞分裂または経時的なASO分解による一時的なサイレンシング効果は、染色体不安定性(CIN)31などの時間依存性プロセスを研究する際に克服すべき障害です。
特に、CINは、正常細胞32と比較して染色体数および構造の変化の増加率として定義され、有糸分裂中の染色体分配のエラーから生じ、時間の経過とともに腫瘍内の不均一性33を引き起こす遺伝的変化につながる。したがって、CINは異数性核型を見つけることだけでは評価できません。細胞培養におけるCINの適切な研究と評価のためには、細胞を経時的にモニタリングすることが重要です。cCINに対するlncRNA KDの効果を研究するためには、KD効果を長期間持続させる方法論が必要です。この目的のために、このプロトコルではASOを使用し、ヒト細胞株HCT115およびPrECでlncRNA-RFC4をそれぞれ18日間および21日間沈黙させることに成功しました。この転写産物は、長さ1.2 kbの未評価のlncRNAであり、そのゲノム位置は3番染色体上にあります(q27.3)。これは、異なる種類のヒト癌34,35,36においてCINに関連する遺伝子であるタンパク質コード遺伝子RFC4に隣接している。
注:このプロトコルは、実験室の安全手順の経験を持つ実験室の担当者のみが実施することを目的としています。危険物および機器の取り扱いを開始する前に、このプロトコルで使用されるすべての試薬および材料から安全データシートを適切に読むことが不可欠です。プロトコル全体に沿って、施設のラボ安全マニュアルに示されているすべての安全要件を読み、理解し、満たすことが不可欠です。すべての生物学的廃棄物および化学廃棄物の処分は、機関の廃棄物管理および処分マニュアルに従って行わなければなりません。注意深く、安全な実験室慣行に従って取り扱わないと、このプロトコルで使用される材料や機器は重傷を負う可能性があります。常に機関の安全実験室のマニュアルと安全手順に従ってください。
1. ASOの設計
2.細胞の調製
注:細胞株、溶液、材料、または細胞培養操作中に使用される製品を扱うたびに、細胞培養フード内で作業してください。細胞培養用の液体を操作する場合は、必ず滅菌済みの血清ピペットまたは滅菌済みのチップ付きマイクロピペットを使用してください。プロトコル全体を通じて、機関の検査室安全マニュアルに示されているすべての安全要件を常に満たし、それに従ってください。
3. トランスフェクション
4. 細胞の採取と継代
注:細胞の回収と継代は、トランスフェクションの2ラウンドごと、およびトランスフェクションの2回目、4回目、 および6回 目のラウンドの後に行われます。HCT116細胞の平均回収時間は、1回目、3回目、 5回 目のトランスフェクションから6日後、PrEC細胞の平均時間は、1回目、3回目、5回目の トランスフェクションから7日後でした。トランスフェクションのタイムポイントは、このプロトコルで使用される両方の細胞株で異なります。HCT116では、2回目、3回目、4回目、5回目、6回目の トランスフェクションは、それぞれ最初のトランスフェクションから3日後、6日後、9日後、12日後、6日後、6日後に実施されます。PrECの場合、2回目、3回目、4回目、5回目、6回目の トランスフェクションは、それぞれ最初のトランスフェクションの3日後、7日後、10日後、14日後、6日後に実施します。 図3 のタイムラインを参照して、トランスフェクション、継代、および回収の時点を確認してください。
5. RNA抽出とRT-PCR
本プロトコルでは、ASOの使用をヒト細胞株PrECおよびHCT116における核lncRNAのKDに長期間適合させた。
確かに、 図4で観察されたように、KD実験はPrEC細胞株で21日間成功しました。この記述を確認するために、細胞継代の日々の発現を分析することに加えて(図4 A-C)、継代1と2の間、および継代2...
前述のように、lncRNAは細胞内で重要な調節機能を持っています。したがって、これらの転写産物の調節不全が疾患に関与している可能性があります。癌は、lncRNAの調節不全を特徴とするそのような疾患の1つです43,44。この疾患では、lncRNAはがん遺伝子45または腫瘍抑制因子46として重要な...
著者は、利益相反を宣言しません。
モンティエル・マンリケス・ロヘリオは、メキシコ国立自治大学(UNAM)のPrograma de Doctorado en Ciencias Biomédicasの博士課程の学生であり、CONACyT CVU番号:581151でCONACyTフェローシップを受けています。
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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