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Method Article
Para analisar a função dos lncRNAs em processos dependentes do tempo, como instabilidade cromossômica, um efeito de knockdown prolongado deve ser alcançado. Para esse fim, é apresentado um protocolo que utiliza oligonucleotídeos antisense modificados para obter knockdown efetivo em linhagens celulares por 21 dias.
Os RNAs longos não codificantes (lncRNAs) desempenham papéis regulatórios importantes na expressão gênica no nível transcricional. Evidências experimentais estabeleceram que uma fração substancial de lncRNA se acumula preferencialmente no núcleo. Para a análise da função dos lncRNAs nucleares, é importante obter um knockdown eficiente desses transcritos dentro do núcleo. Em contraste com o uso de interferência de RNA, uma tecnologia que depende da maquinaria de silenciamento citoplasmático, uma tecnologia de oligonucleotídeo antisense (ASO) pode atingir o knockdown de RNA recrutando RNase H para os duplexes de RNA-DNA para clivagem de RNA nuclear. Ao contrário do uso de ferramentas CRISPR-Cas para engenharia genômica, onde podem ocorrer possíveis alterações no estado da cromatina, os ASOs permitem o knockdown eficiente de transcritos nucleares sem modificar o genoma. No entanto, um dos principais obstáculos ao knockdown mediado por ASO é seu efeito transitório. Para o estudo dos efeitos duradouros do silenciamento do lncRNA, é necessário manter o knockdown eficiente por um longo tempo. Neste estudo, foi desenvolvido um protocolo para obter um efeito knockdown por mais de 21 dias. O objetivo foi avaliar os efeitos cis-regulatórios do knockdown do lncRNA no gene codificador adjacente RFC4, que está relacionado à instabilidade cromossômica, uma condição que é observada apenas com o tempo e o envelhecimento celular. Duas linhagens celulares humanas diferentes foram usadas: PrEC, células epiteliais primárias normais da próstata, e HCT116, uma linhagem celular epitelial isolada de carcinoma colorretal, alcançando knockdown bem-sucedido nas linhagens celulares testadas.
A grande maioria do genoma humano é transcrita, dando origem a uma grande variedade de transcritos, incluindo lncRNAs, que, em número, excedem o número de genes codificantes anotados no transcriptoma humano1. LncRNAs são transcritos com mais de 200 nucleotídeos que não codificam proteínas 2,3 e foram recentemente examinados por suas importantes funções regulatórias na célula4. Suas funções têm se mostrado dependentes de sua localização subcelular5, como o núcleo onde uma fração significativa de lncRNAs se acumula e participa ativamente da regulação transcricional6 e da manutenção da arquitetura nuclear7, entre outros processos biológicos 8,9,10.
Para a caracterização funcional de lncRNAs nucleares, métodos capazes de induzir knockdown (KD) no núcleo devem ser usados, e os ASOs são uma ferramenta poderosa para silenciar transcritos nucleares. Em geral, ASOs são sequências de DNA de fita simples ~ 20 pares de bases de comprimento que se ligam ao RNA complementar pelo emparelhamento de bases Watson-Crick 11,12,13 e podem modificar a função do RNA por meio de mecanismos que dependem de sua estrutura química e modificações 13,14. As modificações químicas do ASO podem ser divididas em 2 grupos principais: modificações da espinha dorsal e modificações do anel de açúcar 2 '15, ambas destinadas a aumentar a estabilidade, conferindo alta resistência às nucleases, mas também a aumentar o efeito biológico pretendido13,16. Entre as modificações da espinha dorsal, as ligações fosforamidato morfolino (PMO), tiofosforamidato e morfolino são amplamente utilizadas para fins como interferência no splicing17,18 servindo como agentes bloqueadores estéricos19, mas não para induzir a degradação do transcrito. Outra modificação da espinha dorsal é a ligação fosforotioato (PS), uma das modificações mais comumente usadas em ASOs. Em contraste com as modificações mencionadas anteriormente, as ligações PS não interferem no recrutamento da RNase H12,20, permitindo assim o knockdown do RNA. No entanto, há também uma grande variedade de modificações do anel de açúcar 2 '21; no entanto, para fins de knockdown de RNA, entre as modificações que induzem efeitos de silenciamento eficientes estão os ácidos nucléicos bloqueados (LNAs) 22, 23 e a modificação de 2'-O-metil24. Embora os LNAs tenham se mostrado altamente eficazes para knockdown em comparação com outras modificações25, eles podem induzir efeitos indesejados, como hepatotoxicidade26 e indução de apoptose in vivo e in vitro27.
Para fins de knockdown de RNA, ASOs com as modificações adequadas mencionadas anteriormente podem recrutar RNase H1 e H220,28, e essas enzimas são recrutadas para híbridos de DNA-RNA e clivam o RNA alvo, liberando o ASO13. Os produtos de RNA dessa clivagem são então processados pelo maquinário de vigilância de RNA, resultando na degradação do RNA29 sem modificar a região genômica de interesse, em contraste com outras técnicas, como os sistemas CRISPR-Cas, onde modificações no estado da cromatina podem criar efeitos biológicos indesejados30. Apesar das vantagens da tecnologia ASO, os efeitos de silenciamento temporário devido à divisão celular ou degradação da ASO ao longo do tempo são um obstáculo a ser superado quando se estuda processos dependentes do tempo, como a instabilidade cromossômica (NIC)31.
Em particular, a NIC é definida como um aumento da taxa de alterações no número e estrutura cromossômica em comparação com as células normais32 e surge de erros na segregação cromossômica durante a mitose, levando a alterações genéticas que originam heterogeneidade intratumoral33 ao longo do tempo. Assim, a NIC não pode ser avaliada apenas pela descoberta de um cariótipo aneuploide. Para o estudo e avaliação adequados da NIC em cultura celular, é importante monitorar as células ao longo do tempo. Para o estudo dos efeitos de um lncRNA KD na NIC, é necessária uma metodologia que permita um efeito prolongado de KD. Para isso, ASOs foram utilizados neste protocolo, onde o lncRNA-RFC4 foi silenciado com sucesso nas linhagens celulares humanas HCT115 e PrEC por 18 e 21 dias, respectivamente. Este transcrito é um lncRNA não caracterizado de 1,2 kb de comprimento e sua localização genômica está no cromossomo 3 (q27.3). É adjacente ao gene codificador de proteínas RFC4, um gene associado à NIC em diferentes tipos de câncer humano 34,35,36.
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NOTA: Este protocolo destina-se a ser realizado apenas por pessoal de laboratório com experiência em procedimentos de segurança de laboratório. É essencial ler corretamente as fichas de dados de segurança de todos os reagentes e materiais utilizados neste protocolo antes de começar a manusear materiais e equipamentos perigosos. É essencial ler, compreender e cumprir todos os requisitos de segurança indicados no manual de segurança do laboratório da sua instituição ao longo de todo o protocolo. O descarte de todos os resíduos biológicos e químicos deve ser realizado de acordo com o manual de gerenciamento e descarte de resíduos da instituição. Se não forem manuseados com cuidado e de acordo com práticas laboratoriais seguras, os materiais e equipamentos usados neste protocolo podem causar ferimentos graves. Siga sempre o manual do laboratório de segurança da instituição e os procedimentos de segurança.
1. Projeto de ASOs
2. Preparação de células
NOTA: Trabalhe dentro da capa de cultura de células sempre que linhagens celulares, soluções, materiais ou qualquer produto a ser usado durante a manipulação da cultura de células for manuseado. Ao manipular líquidos para cultura de células, use sempre pipetas sorológicas esterilizadas ou micropipetas com pontas esterilizadas. Sempre cumpra e siga todos os requisitos de segurança indicados no manual de segurança do laboratório da instituição durante todo o protocolo.
3. Transfecção
4. Colheita e passagem de células
NOTA: A coleta e a passagem de células são realizadas a cada 2 rodadas de transfecção e após a2ª,4ª e6ª rodadas de transfecção. O tempo médio de colheita nas células HCT116 foi de 6 dias após a1ª,3ª e5ª transfecções, e para as células PrEC, o tempo médio foi de 7 dias após a1ª,3ª e5ª transfecções. O ponto de tempo para a transfecção difere para ambas as linhagens celulares usadas neste protocolo. Para HCT116, as2ª,3ª,4ª,5ª e6ª transfecções são realizadas 3, 6, 9, 12 e 15 dias após a primeira transfecção, respectivamente. Para PrEC, as2ª,3ª,4ª,5ª e6ª transfecções são realizadas 3, 7, 10, 14 e 18 dias após a primeira transfecção, respectivamente. Consulte a linha do tempo na Figura 3 para verificar os pontos de tempo para transfecção, passagem e colheita.
5. Extração de RNA e RT-PCR
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No presente protocolo, o uso de ASOs foi adaptado ao KD de um lncRNA nuclear por um tempo prolongado nas linhagens celulares humanas PrEC e HCT116.
Certamente, o experimento KD foi bem-sucedido na linhagem celular PrEC por 21 dias do experimento, conforme observado na Figura 4. Para confirmar essa afirmação, além de analisar a expressão nos dias de passagem celular (Figura 4 A-C),...
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Como mencionado anteriormente, os lncRNAs têm funções regulatórias importantes na célula; assim, a desregulação desses transcritos pode estar envolvida em doenças. O câncer é uma dessas doenças caracterizada pela desregulação do lncRNA43,44. Nesta doença, sabe-se que os lncRNAs desempenham importantes papéis regulatórios como oncogenes45 ou supressores tumorais46. Al...
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Os autores declaram não haver conflito de interesses.
Montiel-Manriquez, Rogelio é doutorando do Programa de Doutoramento em Ciências Biomédicas da Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) e recebeu uma bolsa CONACyT com o número CONACyT CVU: 581151.
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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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