Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Энхансерные РНК (эРНК) — это некодирующие РНК, продуцируемые активными энхансерами. Оптимальным подходом к изучению функций эРНК является манипулирование их уровнями в нативных участках хроматина. В данной работе мы представляем надежную систему для исследований эРНК с использованием слитых с помощью CRISPR-dCas9 транскрипционных активаторов для индуцирования экспрессии представляющих интерес эРНК.
Энхансеры являются ключевыми элементами генома, разбросанными по всему геному млекопитающих и определяющими тканеспецифичные программы экспрессии генов. Все больше доказательств показывает, что энхансеры не только обеспечивают мотивы связывания ДНК для факторов транскрипции (ТФ), но и генерируют некодирующие РНК, которые называются эРНК. Исследования показали, что транскрипты эРНК могут играть важную роль в регуляции генов как в физиологии, так и при заболеваниях. Обычно используемые методы исследования функции эРНК ограничены подходами «потери функции» путем нокдауна эРНК или химического ингибирования транскрипции энхансера. Не существует надежного метода проведения исследований «усиления функции» эРНК для имитации конкретных заболеваний, таких как рак человека, где эРНК часто чрезмерно экспрессируются. В данной работе мы представляем метод точной и надежной активации эРНК для функционального исследования их ролей с применением системы синергетических активационных медиаторов (SAM), опосредованной dCas9. Мы представляем весь процесс активации эРНК, от выбора эРНК, дизайна гРНК до валидации активации эРНК с помощью ОТ-кПЦР. Этот метод представляет собой уникальный подход к изучению роли конкретной эРНК в регуляции генов и развитии заболеваний. Кроме того, эта система может быть использована для объективного скрининга CRISPR для выявления мишеней eRNA, управляющих фенотипом, в контексте конкретного заболевания.
Геном человека содержит созвездие регуляторных элементов 1,2,3. Среди них энхансеры являются одной из наиболее важных категорий 4,5,6. Энхансеры играют важную роль в регулировании развития и отвечают за создание пространственно-временных программ экспрессии генов для определения идентичности клеток 5,6,7. Традиционно энхансеры рассматриваются только как элементы ДНК, обеспечивающие связывающие мотивы для транскрипционных факторов (ТФ), которые затем контролируют экспрессию генов-мишеней 6,8. Тем не менее, серия исследований показала, что многие активные энхансеры также транскрибируют некодирующие энхансерные РНК (т.е. эРНК)4,9,10.
Установлено, что уровень транскрипции эРНК коррелирует с активностью энхансера 4,10. Активные энхансеры производят больше транскриптов эРНК и демонстрируют более высокие уровни эпигеномных маркеров, связанных с активной транскрипцией, таких как H3K27ac и H3K4me1 9,11,12. Некоторые исследования показали, что транскрипты эРНК могут играть важную роль в транскрипционной активации генов-мишеней10,12. Было идентифицировано большое количество эРНК, нарушающих регуляцию при раке человека 13,14,15,16, многие из которых продемонстрировали высокую специфичность типа рака и клиническую значимость. Эти результаты открывают возможности для того, чтобы выяснение эРНК, которые могут стимулировать/способствовать онкогенезу, может предложить новые мишени для терапевтического вмешательства13,15.
Современные методы изучения функций эРНК почти исключительно основаны на нокдаун-стратегиях, в которых используются малые интерференционные РНК (миРНК), короткие шпильчатые РНК (шРНК) или антисмысловые олигонуклеотиды (АСО, из которых обычно используются в исследованиях заблокированные нуклеиновые кислоты (ЛНК)10,12,17. Тем не менее, заболевания человека, такие как рак, преимущественно демонстрируют сверхэкспрессию эРНК по сравнению с соседними нормальнымитканями15, что требует инструментов для «сверхэкспрессии» эРНК для имитации их паттернов экспрессии, связанных с заболеванием, для функциональных исследований. Для достижения этой цели система эктопической сверхэкспрессии на основе плазмид не является оптимальной, поскольку точные сайты начала и окончания транскрипции эРНК остаются в значительной степени неясными. Кроме того, система экспрессии плазмид может изменять расположение эРНК, вызывая потенциальные артефакты их функций18. Здесь мы предоставляем подробный протокол для облегчения функциональной характеристики эРНК путем обеспечения их «сверхэкспрессии» в нативном геномном локусе их продукции (т.е. in situ), который основан на CRISPR/dCas9-синергетической системе медиаторов активации (SAM).
Система SAM была первоначально разработана для активации кодирующих генов и длинных межгенных некодирующих РНК (линкРНК), связанных с резистентностью к ингибиторам BRAF в клетках меланомы19. В отличие от других технологий активации CRISPR (CRISPRa), система SAM состоит из комбинации активаторов транскрипции для обеспечения надежной транскрипционной активации целевых областей. Эти активаторы включают: ферментативно мертвый Cas9 (dCas9), слитый с VP64 (т.е. dCas9-VP64); направляющая РНК, содержащая два аптамера РНК MS2, и белок-активатор слияния MS2-p65-HSF1. Присутствие аптамеров MS2 в гРНК может рекрутировать гибридный белок MS2-p65-HSF1 в окрестности сайтов связывания dCas9/гРНК. Среди них VP64 является сконструированным тетрамером домена активатора транскрипции VP16 простого герпеса, который, как было показано, сильно активирует транскрипцию генов путем рекрутирования общих факторов транскрипции 20,21,22. Гибридный белок MS2-p65-HSF1 состоит из трех частей. Первая часть, MS2-N55K, представляет собой мутантную форму MS2-связывающего белка, которая имеет более сильное сродство23; двумя другими частями этого гибридного белка являются трансактивационный домен p65 и фактор теплового шока 1 (HSF1), оба из которых являются факторами транскрипции, обладающими сильными трансактивационными доменами и способными индуцировать устойчивые транскрипционные программы24,25. Таким образом, система SAM по существу создала высокоэффективный активаторный комплекс для активации транскрипции обозначенных кодирующих генов и линкРНК19.
Весь рабочий процесс этого протокола показан на рисунке 1.
1. Выбор энхансерной РНК (эРНК)
2. Дизайн гРНК
3. Клонирование гРНК в лентивирусную конструкцию
4. Тест на эффективность гРНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя это может быть не обязательно для каждой гРНК, исследователям рекомендуется изучить качество гРНК путем проведения анализа Surveyor (т.е. анализа расщепления несоответствия) для обнаружения инделов или мутаций, которые могут быть эффективно сгенерированы только высококачественными гРНК33,34. Другие методы, такие как отслеживание инделов по разложению (TIDE), также могут быть использованы для определения эффективности гРНК30,35. Сервейерная нуклеаза является членом семейства эндонуклеаз, специфичных для несоответствия, которые могут разрезать двухцепочечную ДНК с несоответствиями (рис. 3A). Качество гРНК может быть выявлено по эффективности производства более мелких видов ДНК. На практике эффективность резки геодезиста также может зависеть от эффективности трансфекции гРНК и Cas9.
5. Генерация лентивирусов
6. Культура клеток
7. Клеточное инфицирование и отбор
8. Экстракция РНК и количественная ОТ-ПЦР для исследования уровня эРНК
9. dCas9 ChIP и кПЦР
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот этап является необязательным экспериментом для проверки связывания комплекса dCas9/SAM-гРНК с энхансером-мишенью специфическими гРНК. Несмотря на то, что пользователям рекомендуется выполнить этот шаг, нет необходимости тестировать каждую отдельную гРНК. Обратитесь к примеру, показанному на рисунке 5B. Обратитесь к праймерам, перечисленным в дополнительной таблице 1.
10. Анализ роста клеток и другие функциональные тесты на сверхактивацию эРНК
На рисунке 1 показан общий рабочий процесс этого протокола. Мы сосредоточились на репрезентативной эРНК, NET1e15, которая сверхэкспрессируется при раке молочной железы, для активации и изучения биологической роли которой в регуляции эк?...
На основании полученных данных мы пришли к выводу, что система SAM подходит для изучения роли эРНК в регуляции клеточных фенотипов, например, роста клеток или лекарственной устойчивости. Тем не менее, тщательное проектирование гРНК требуется для надежной активации эРН...
Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения Института профилактики и исследований рака Техаса.
Эта работа поддерживается грантами W.L (Институт профилактики и исследований рака Техаса, CPRIT RR160083 и RP180734; NCI K22CA204468; NIGMS R21GM132778; Премия UT Stars Award Техасского университета; и фонд Уэлча AU-2000-20190330) и постдокторская стипендия в J.L (UTHealth Innovation for Cancer Prevention Research Training Program Post-doctoral Fellowship, CPRIT RP160015). Мы признаем первоначальную публикацию15 , из которой были взяты некоторые из наших текущих фигур (с изменениями), которая соответствует лицензии Creative Commons (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Blasticidin | Goldbio | B-800-100 | |
BsmBI restriction enzyme | New England BioLabs Inc. | R0580S | |
Cas9 mAb | Active Motif | 61757 | Lot: 10216001 |
Deoxynucleotide (dNTP) Solution Mix | New England BioLabs Inc. | N0447S | |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium | Corning | 10-013-CM | |
Dynabeads Protein G | Thermo Fisher Scientific | 65002 | |
EDTA | Thermo Fisher Scientific | BP118-500 | |
EGTA | Sigma | E3889 | |
Fetal Bovine Serum | GenDEPOT | F0900-050 | |
Glycogen | Thermo Fisher Scientific | 10814010 | |
Hepes-KOH | Thermo Fisher Scientific | BP310-100 | |
Hexadimethrine Bromide | Sigma | H9268 | |
Hygromycin B | Goldbio | H-270-25 | |
IGEPAL CA630 | Sigma | D6750 | |
IncuCyte live-cell imager | Essen BioScience | IncuCyte S3 Live-Cell Analysis System | |
lenti_dCAS-VP64_Blast | Addgene | 61425 | |
lenti_gRNA(MS2)_zeo backbone | Addgene | 61427 | |
lenti_MS2-p65-HSF1_Hygro | Addgene | 61426 | |
LiCL | Sigma | L9650 | |
Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher Scientific | 11668-500 | |
NaCl | Sigma | S3014 | |
Na-Deoxycholate | Sigma | D6750 | |
NaHCO3 | Thermo Fisher Scientific | BP328-500 | |
N-lauroylsarcosine | Sigma | 97-78-9 | |
Opti-MEM Reduced Serum Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
PES syringe filter | BASIX | 13-1001-07 | |
Protease Inhibitor Cocktail Tablet | Roche Diagnostic | 11836145001 | |
pSpCas9(BB)-2A-Puro | Addgene | 62988 | |
Q5 High-Fidelity DNA Polymerase | New England BioLabs Inc. | M0491S | |
Q5 Reaction Buffer | New England BioLabs Inc. | B9027S | |
Quick-DNA Miniprep | ZYMO Research | D3025 | |
Quick-RNA Miniprep | ZYMO Research | R1054 | |
Restriction enzyme buffer | New England BioLabs Inc. | B7203S | |
RT-qPCR Detection System | Thermo Fisher Scientific | Quant Studio3 | |
SDS | Thermo Fisher Scientific | BP359-500 | |
Sonicator | Qsonica | Q800R2 | |
Sso Advanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad Laboratories | 1725274 | |
Stbl3 competent cell | Thermo Fisher Scientific | C7373-03 | |
Superscript IV reverse transcript | Thermo Fisher Scientific | 719000 | |
Surveyor Mutation Detection Kits | Integrated DNA Technologies | 706020 | |
T4 DNA Ligase | New England BioLabs Inc. | M0202S | |
T4 DNA Ligase Reaction Buffer | New England BioLabs Inc. | B0202S | |
TE buffer | Thermo Fisher Scientific | 46009CM | |
Thermal cycler | Bio-Rad Laboratories | T100 | |
Thermomixer | Sigma | 5384000020 | |
Zeocin | Thermo Fisher Scientific | ant-zn-1p |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены