طريقة ChIRP معتمدة على الأشعة فوق البنفسجية لتحديد التفاعلات المباشرة بين lncRNA والبروتينات.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
طريقة ChIRP معتمدة على الأشعة فوق البنفسجية لتحديد التفاعلات المباشرة بين lncRNA والبروتينات.
ظهرت الحمض النووي الريبي غير المشفر طويل الأمد (lncRNAs) كمنظمات مهمة للعمليات البيولوجية المتنوعة. ومع ذلك، لا تزال الآليات الجزيئية التي تقوم عليها وظائف معظم ال lncRNA غير مفهومة بشكل جيد. تحديد البروتينات المتفاعلة، وخاصة البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبي (RBPs)، هو استراتيجية رئيسية لتوضيح وظيفة lncRNA. من بين الأساليب المتاحة، يستخدم التعرف الشامل على بروتينات ارتباط الحمض النووي الريبي (ChIRP) مع مطيافية الكتلة على نطاق واسع بسبب تصميم المجسات البسيط وسير العمل البسيط. يعتمد التفاعل التقليدي على الربط المتقاطع للبارافورمالديهايد (PFA)، الذي يلتقط كل من الاتصالات المباشرة مع البروتينات الريبية والتفاعلات غير المباشرة التي تتوسط عوامل جسر. في المقابل، يحافظ الربط العرضي بالأشعة فوق البنفسجية مع ظروف الغسيل الصارمة بشكل مفضل على التفاعلات المباشرة بين الحمض النووي الريبي والبروتينات. باستخدام نموذج lncRNA Tug1 ، تمت مقارنة الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية وربط PFA ضمن إطار ChIRP في الخلايا المزروعة، مما أثبت أن ChIRP المعتمد على الأشعة فوق البنفسجية يثري للتفاعلات المباشرة بين lncRNA والبروتينات. تم توسيع هذا السير المعتمد على الأشعة فوق البنفسجية لاحقا ليشمل خصيتي الفئران، حيث تم تفكيك الأنسجة إلى تعليقات خلية واحدة قبل الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية، مما مكن من تحديد بروتينات ارتباط Tug1 في سياق نسيج طبيعي. كشفت المقارنة مع التفاعلات المشتقة من خط الخلايا عن تفاعلات مشتركة وخاصة بالأنسجة. تم التحقق من صحة تفاعلين مباشرين مشتركين بشكل مستقل من خلال تعزيز الربط المناعي المعززة (eCLIP). يشار إلى هذا النهج القائم على الأشعة فوق البنفسجية ChIRP باسم cPDiRT (التقاط البروتينات التي تتفاعل مباشرة مع هدف RNA). معا، تمكن cPDiRT من تحديد البروتينات المرتبطة ب lncRNA في كل من الخلايا المزروعة والأنسجة الأصلية. يوفر الجمع بين تفكك الأنسجة والربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية استراتيجية قابلة للتطبيق على نطاق واسع لدراسة التفاعلات المباشرة بين ال lncRNA والبروتين عبر أنظمة الأعضاء المتنوعة.
كشفت دراسات حديثة عالية الإنتاجية عن النسخات الجاهزة آلاف الحمض النووي الريبي غير المشفر الطويل (lncRNAs) التي تشارك في عمليات بيولوجية متنوعة، تتراوح من تنظيم الكروماتين إلى الإشارات الخلوية 1,2. على الرغم من تعبيرها الواسع وأهميتها الوظيفية، إلا أن الآليات الجزيئية لمعظم lncRNA لا تزال غير محددة جيدا. أحد العقبات الرئيسية هو تحديد شركائهم الفيزيائيين في البروتين، وخاصة البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبي (RBPs)3,4,5.
تعتمد الطرق الحالية التي تركز على RNA بشكل أساسي على الربط الكيميائي المتبادل، الذي يلتقط التفاعلات المباشرة وغير المباشرة بين الحمض النووي الريبي والبروتينات. وبالتالي، فإن هذه الأساليب أكثر ملاءمة لرسم خرائط التفاعل العالمي منها لتحديد جهات اتصال مباشرة حقيقية6. التعرف الشامل على بروتينات الارتباط بالرنا متبوعا بمطيافية الكتلة (ChIRP-MS) هو تقنية شائعة الاستخدام لرسم خرائط تفاعلات lncRNA-RBP بسبب تصميمها المباشر للمجسات وسير العمل الفعال 7,8. يستخدم التفاعل التقليدي في ChIRP-MS الربط المتقاطع للبارافورمالديهايد (PFA)، الذي يلتقط كل من الاتصالات المباشرة مع بروتين الحمض النووي الريبي والارتباطات غير المباشرة التي تتوسط عوامل جسر9،10.
على النقيض من ذلك، يوفر الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية عند 254 نانومتر ميزة حرجة. يربط الحمض النووي الريبي والبروتينات تساهميا فقط عندما تكون على مسافة قريبة من الصفر (عادة <1 Å)11. تحول هذه العملية الروابط الهيدروجينية إلى روابط تساهمية مستقرة وتتيح ظروف غسيل شديدة الملح تزيل المتفاعلات غير المباشرة غير المرتبطة تساهميا. وبالتالي، توفر الأساليب المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية خصوصية أكبر للتفاعلات المباشرة بين الحمض النووي الريبي والبروتين مقارنة بطرق الربط الكيميائيالمتقاطع 12,13. ومع ذلك، لا تزال الأساليب المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية غير مستغلة بشكل كاف في دراسات تفاعل الحمض النووي الريبي المشتق من الأنسجة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى مخاوف بشأن كفاءة الربط المتقاطع وقلة اختراق الأشعة فوق البنفسجية.
لدراسة التفاعلات المباشرة بين lncRNA والبروتين في سياق فسيولوجي ذي صلة، تم اختيار lncRNA Tug1 كنظام نموذجي. يمثل Tug1 معيارا مثاليا للتحقق من سير عمل تفاعل مباشر متوافق مع الأنسجة بسبب نمطاته الشديدة التي تسبب الإثراء الشديد وتثريبه العالي في الخصية. يؤدي الاستئصال الجيني لتوغ1 إلى عقم كامل للذكور، وضعف تكوين الحيوانات المنوية، وشكل غير طبيعي للحيوانات المنوية14. بالإضافة إلى ذلك، يدعم Tug1 وظيفة خلايا سيرتولي وسلامة حاجز الدم والخصية في فئران الحمية عالية الدهون15. على الرغم من هذه الأنماط الظاهرية المعروفة، لا تزال الشركاء البروتينية المباشرة الذين يرسلون وظيفة Tug1 في الخصية—وهي عضو يعبر عن أعداد كبيرة من RBPs والتي تم تصنيفها تجريبيامؤخرا 16—مجهولة. تعكس هذه الفجوة المعرفية إلى حد كبير حقيقة أن معظم طرق رسم خرائط تفاعل البروتين بين lncRNA تم تطويرها لأنظمة الخلايا المزروعة.
ولمعالجة هذا القيد، تم تعديل إطار عمل ChIRP باستبدال الربط المتقاطع PFA بالربط المتقاطع UV لالتقاط البروتينات التي تتفاعل مباشرة مع Tug1. تم التحقق من صحة التفاعلات المرشحة بشكل مستقل من خلال تعزيز الربط المناعي المتقاطع، تليها التسلسل العميق (eCLIP-seq)17. تم توسيع سير العمل ليشمل تطبيقات الأنسجة من خلال تفكيك نسيج الخصية الطازج للفأر إلى خلايا فردية قبل الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية. تم تسمية هذا النهج المحسن باسم cPDiRT (التقاط البروتينات التي تتفاعل مباشرة مع هدف RNA).
تطبيق cPDiRT على Tug1 في الخصية المأمن مكن من رسم خرائط التفاعل المباشر في سياق نسيج أصلي. قدمت التجارب المتوازية في الخلايا المزروعة مقارنة جنبا إلى جنب بين ملفات التفاعل القائمة على PFA والأشعة فوق البنفسجية. وبالاقتران مع التحقق المستقل من eCLIP، أنتج هذا النهج مجموعة عالية الثقة من الشركاء الجزيئيين الذين قد يساهم في وظيفة Tug1 أثناء تكوين الحيوانات المنوية. البروتوكول المعروض هنا يتيح التقاط البروتينات التي تتفاعل مباشرة مع lncRNA المستهدف في كل من الخلايا المزروعة والأنسجة الأصلية. من خلال تعريف التفاعل المباشر ل Tug1 في الخصية، تتقدم هذه الطريقة في الدراسات الميكانيكية لحمض النووي الريبي اللامركزي الضروري للخصوبة وتوفر منصة قابلة للتعميم للتحقيق في تفاعلات البروتين بين ال ncRNA في الأنسجة التناسلية وغيرها من الأنسجة المعقدة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تجهيز جميع المحاليل باستخدام ماء فائق النقاء خال من النوكلياز والبروتيز ومواد كيميائية. جميع المواد والمواد مدرجة في جدول المواد.
تمت الموافقة على جميع التجارب على الحيوانات من قبل لجنة أخلاقيات الحيوان في جامعة نانجينغ الطبية (رقم الموافقة: IACUC-1812003-4) وأجريت وفقا لدليل العناية واستخدام الحيوانات المخبرية (المجلس الوطني للبحوث، الطبعة الثامنة). حافظ على ذكر C57BL/6 فئران (عمرها 4 أسابيع) تحت دورة 12 ساعة ضوء و12 ساعة مظلمة مع إمكانية الوصول إلى الطعام والماء بحرية مفادمة. تقليل معاناة الحيوانات باستخدام أقل عدد ممكن من الحيوانات لتحقيق الدلالة الإحصائية. قتل الفئران عن طريق استنشاق ثاني أكسيد الكربون ثم خلع عنق الرحم وفقا لبروتوكولات مؤسسية معتمدة.
1. تحضير المخازن
2. تصميم وتحضير المجسات
3. إجراء جمع الخلايا، وتفكك الأنسجة، والربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية
4. أداء التصويب الصوتي
5. تنفيذ سحب بروتين RNA للأسفل
6. استخراج الحمض النووي الريبي
7. إجراء تحليل LC-MS/MS
8. إجراء تحليل إثراء الأنطولوجيا الجينية
9. إجراء التحقق من eCLIP-seq
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لتحديد بروتينات ارتباط Tug1، تم دمج الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية في سير عمل ChIRP، مما أدى إلى إنشاء طريقة تسمى cPDiRT (الشكل 1). تم إجراء ChIRP التقليدي لأول مرة في خلايا GC2 لإثراء البروتينات المتفاعلة مع Tug1 (الشكل 2A, B). حدد تحليل مطيافية الكتلة أكثر من 190 بروتينا غنيا بالنسبة للضابط السلبي (الشكل 2C؛ الجدول التكميلي 2). على النقيض م...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تطوير cPDiRT كبروتوكول معدل قائم على ChIRP يستبدل الربط المتقاطع للبارافورمالديهايد (PFA) بالربط الفوري UV لالتقاط التفاعلات المباشرة بين lncRNA والبروتينات بشكل انتقائي. من خلال دمج التفكك الإنزيمي للأنسجة الخصية الطازجة إلى خلايا مفردة مع الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية، تم توسيع رسم خرائط التفاعل المباشر من خطوط الخلايا المزروعة إلى الأنسجة الأصلية. مكنت التجارب المتوازية في الخلايا المزروعة من مقارنة جنبا إلى جنب بين الأساليب المعتمدة على PFA والأشعة فوق البنفسجية، وتم التحقق...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
جميع المؤلفين يعلنون عدم وجود مصالح مالية متنافسة.
يشكر المؤلفون تشيانغفنغ تشانغ (جامعة تسينغهوا) وتسي تشو (مختبر هوارد تشانغ) على المناقشات المفيدة حول بروتوكول ChIRP الأصلي. حظي ك.ز. بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (32170858) والقائد الأكاديمي المتميز لبرنامج المواهب الشرقية في شنغهاي (BJKJ2025057). حظيت L.Y. بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82571836، 32070843، و 82371617).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| محلول تريبسين-إي دي تي إيه 0.25% | Gibco | 25200056 | لتفكك الأنسجة وتحضير تعليق الخلايا المفردة |
| كحول إيثانول 100% | Sigma-Aldrich | 459844 | لتنظيف الحمض النووي الريبي |
| عكس النسخ العكسي AffinityScript | Agilent | 600107 | لتخليق الحمض النووي الريبي المكمّل لـ eCLIP |
| جسم مضاد لـ CCT3 | Abcam | Ab225878 | جسم مضاد لـ eCLIP |
| جسم مضاد لـ PABPC1 | Abcam | Ab312314 | جسم مضاد لـ eCLIP |
| الكلوروفورم | Sigma-Aldrich | C2432 | لخلع الحمض النووي الريبي |
| كولاجيناز من النوع الرابع | Sigma-Aldrich | C5138 | للتفكك الأنزيمي للأنسجة الخصيوية |
| عوامل نزع الفوسفات (T4 PNK) | New England Biolabs | M0201S | لنزع الفوسفات من الحمض النووي الريبي لـ eCLIP |
| محلول DMEM عالي الجلوكوز | Gibco | 11965092 | لزراعة الخلايا ومحلول تفكك الأنسجة |
| مغناطيس Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | Thermo Fisher Scientific | 65001 | لفصل معقدات الحمض النووي الريبي المقترن بالبيوتين |
| مغناطيس DynaMag-15 | Thermo Fisher Scientific | 12301D | لفرز الخرزات المغناطيسية |
| مغناطيس DynaMag-2 | Thermo Fisher Scientific | 12321D | لفرز الخرزات المغناطيسية |
| إي دي تي إيه | Sigma-Aldrich | E9884 | لإشبال الكاتيونات ثنائية التكافؤ في محلول التحلل والغسل |
| الإكسونوكلياز الأول | New England Biolabs | M0293S | لتنقية الحمض النووي الريبي المكمّل لـ eCLIP |
| مصل بقري جنيني (FBS) | Gibco | 10099141C | لوقف عملية الهضم بالتريبسين |
| الفورماميد | Thermo Fisher Scientific | AM9342 | لتحضير محلول الهجينة |
| فرن الهجينة | TUOHE | LF-I | لهجينة المجس وغسل الخرز |
| أجار ذو درجة انصهار منخفضة | Sigma-Aldrich | A9414 | لاختيار حجم مكتبة eCLIP |
| مجموعة استخراج هلام MinElute | Qiagen | 28604 | لاختيار حجم مكتبة eCLIP |
| مجموعة miRNeasy Mini | Qiagen | 217004 | لتنقية الحمض النووي الريبي |
| كلوريد الصوديوم | Sigma-Aldrich | S7653 | لتحضير محلول الغسل عالي الملوحة |
| غشاء نيتروسليلوز | GE Healthcare / Amersham | 10600002 | لنقل الغربلة الغربية لـ eCLIP |
| NP-40 | Thermo Fisher Scientific | 85125 | لمنظف محلول الغسل |
| ماء خالٍ من النيوكليازات والبروتياز | Thermo Fisher Scientific | 10977035 | لتحضير المحاليل الخالية من النيوكلياز |
| جل NuPAGE 4-12% Bis-Tris | Thermo Fisher Scientific | NP0322BOX | لاختيار حجم eCLIP |
| جل NuPAGE Bis-Tris المصبوغ | Thermo Fisher Scientific | NP0321BOX | لفصل البروتين بالـ SDS-PAGE |
| محلول PBS (بـ pH 7.4) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | لغسل الخلايا وإعادة تعليقها |
| فلورايد فينيل ميثيل السلفونيل (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | مثبط للبروتيناز سيرين لمحلول تفتيت الخلايا؛ يضاف طازجًا قبل الاستخدام |
| محلول مثبط البروتياز | Roche | 4693132001 | مثبط واسع الطيف للبروتياز لمحلول تفتيت الخلايا؛ يضاف طازجًا قبل الاستخدام |
| بروتياز K | Sigma-Aldrich | P4850 | لهضم البروتين في استخراج الحمض النووي الريبي |
| خليط qRT-PCR الرئيسي | Thermo Fisher Scientific | 11704044 | للتفاعل البوليميري المتسلسل الكمي للتحقق من إثراء الحمض النووي الريبي |
| محلول RNase/DNase I الخالي من البروتياز | Thermo Fisher Scientific | EN0521 | لتفكك الأنسجة |
| مجموعة RNeasy Mini | Qiagen | 74104 | لتنقية الحمض النووي الريبي |
| محلول SDS-PAGE لتحميل العينات | Beyotime | P0286 | لتحضير عينة البروتين |
| فوسفاتاز القرشي القلوي | New England Biolabs | M0371S | لتنقية الحمض النووي الريبي المكمّل لـ eCLIP |
| مجموعة صبغة الفضة | Beyotime | P00175 | لتصور البروتينات في جل SDS-PAGE |
| ديوكسيكوليت الصوديوم | Sigma-Aldrich | D6750 | لمنظف محلول الغسل |
| دوسيلات الصوديوم (SDS) | Sigma-Aldrich | L3771 | لتفتيت الخلايا وتفكيك البروتين |
| Superase-in RNase Inhibitor | Thermo Fisher Scientific | AM2694 | مثبط متخصص للحمض النووي الريبي؛ يضاف طازجًا قبل الاستخدام |
| التاليغايز RNA T4 | New England Biolabs | M0204 | لربط محول eCLIP |
| ثلاثي هيدروكسي ميثيل أميلينو ميثان-هيدروكلوريد (ثلاثي الهيدروكسي ميثيل أميلينو ميثان- هيدروكلوريد) (pH 7.0) | Sigma-Aldrich | T5941 | لتحضير محلول التحلل، الهجينة، والغسل |
| محلول TRIzol | Thermo Fisher Scientific | 15596026CN | لخلع الحمض النووي الريبي |
| مطحونة الخلايا بالموجات فوق الصوتية | ATPIO | ATPIO-650D | لتفتيت الخلايا وتجزئة الحمض النووي |
| رابط المتبادل بالأشعة فوق البنفسجية | Analytik Jena | UVP CL-1000 | لربط الحمض النووي الريبي-البروتين بالأشعة فوق البنفسجية |
| اليوريا | Sigma-Aldrich | U5128 | لإتلاف البروتين في غشاء eCLIP |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن