Method Article
כאן, אנו מתארים את בדיקת Ago2-miRNA-co-IP שנועדה לכמת מאגר פעיל של miRNAs ספציפיים המושרים על ידי TGF-β1 בתאי אפיתל CFBE41o- של הסימפונות האנושיים. בדיקה זו מספקת מידע פונקציונלי על גיוס miRNA לקומפלקס ההשתקה המושרה על ידי RNA, שכומת על ידי qRT-PCR באמצעות פריימרים miRNA ספציפיים ובדיקות הידרוליזה של TaqMan.
מיקרו (mi) RNA הם RNA קצרים שאינם מקודדים המתווכים את הפרעות ה-RNA (RNAi) על ידי מנגנונים פוסט-שעתוק. miRNAs ספציפיים מגויסים לקומפלקס ההשתקה המושרה על ידי RNA ציטופלזמי (RISC). Argonaute2 (Ago2), מרכיב חיוני ב-RISC, מקל על קשירת miRNA לאתר המטרה ב-mRNA, ואחריו פיצול הדופלקס miRNA-mRNA עם פעילות האנדונוקלאז שלו. RNAi מתווך על ידי מאגר ספציפי של miRNAs שגויסו ל-RISC, ולכן מכונה המאגר הפונקציונלי. הרמות התאיות של miRNAs רבים מושפעות מגורם הגדילה המשנה ציטוקין-β1 (TGF-β1). עם זאת, מעט ידוע על האם ה-TGF-β1 משפיע על המאגרים הפונקציונליים של ה-miRNAs האלה. בדיקת Ago2-miRNA-co-IP, הנדונה בכתב יד זה, נועדה לבחון את ההשפעות של TGF-β1 על גיוס miRNAs ל-RISC והיא עוזרת לקבוע אם שינויים ברמות ה-miRNA התאיים קשורים לשינויים במאגרים הפונקציונליים הקשורים ל-RISC. העקרונות הכלליים של הבדיקה הם כדלקמן. תאים מתורבתים שטופלו ב-TGF-β1 או בבקרת רכב עוברים ליזה וה-Ago2 האנדוגני עובר זריזות חיסונית עם נוגדן אנטי-Ago2 משותק, וה-miRNAs הפעילים המורכבים עם Ago2 מבודדים עם ערכת בדיקת RISC immunoprecipitation (RIP). ה-miRNAs מזוהים עם תגובת שרשרת פולימראז כמותית (qRT-PCR) באמצעות פריימרים עם לולאת גזע ספציפיים ל-miRNA במהלך שעתוק הפוך, ואחריהם PCR באמצעות פריימרים קדימה ואחורה ספציפיים ל-miRNA, ובדיקות הידרוליזה של TaqMan.
Transforming Growth Factor-β1 (TGF-β1) הוא ציטוקין רב תכליתי שיכול לשנות את הביטוי של מיקרו-(mi) RNA רבים 1,2,3. הרמה התאית הכוללת של miRNA מסוים אינה מתואמת עם הפוטנציאל המעכב שלו מכיוון שרק חלק ספציפי של ה-miRNA משולב בקומפלקס השתקה המושרה על ידי RNA (RISC) לביצוע הפרעות RNA (RNAi)3. רק עד 10% מכל miRNA קשור ל-RISC ומשתתף ב-RNAi 4,5. לאחר מכן, תהליך ה-RNAi כולל קשירה של ה-miRNA הקשור ל-RISC לרצפי זיהוי ה-mRNA המטרה6. האסוציאציה של RISC מושפעת מהזמינות של ה-mRNA המטרה ומהשלמת ה-miRNA לאתר הקשירה, הקיים בדרך כלל באזור לא מתורגם (UTR) של ה-mRNA4. בדיקת Argonaute2-miRNA-co-immunoprecipitation (Ago2-miRNA-co-IP), המתוארת בכתב יד זה, נועדה לבחון את ההשפעה של TGF-β1 על גיוס miRNAs ספציפיים ל-RISC על ידי זיהוי הבדלים ב-miRNAs הקשורים ל-RISC לאחר טיפול ב-TGF-β1, בהשוואה לביקורת הרכב. בחינת המאגר התפקודי הקשור ל-RISC של miRNA ספציפי היא הרבה יותר אינפורמטיבית לגבי השפעות ה-miRNA מאשר בחינת הרמה התאית הכוללת של ה-miRNA. RISC מורכב מחלבונים הסורקים את אתר הקישור ב-mRNA המטרה ומבקעים את הדופלקס miRNA-mRNA. Argonaute2 (Ago2) הוא המרכיב העיקרי של RISC. מתוך חמשת האיזופורמים של Ago (Ago1-Ago5), Ago2 הוא היחיד שיש לו פעילות אנדונוקלאז ומשתתף ב-RNAi בתאים אנושיים 7,8,9,10. קומפלקס Ago2-miRNA-RISC הוא היחידה הפונקציונלית לדיכוי mRNA לאחר שעתוק בתיווך miRNA11. ה-miRNA הקשור ל-Ago2 מייצג את המצב המקורי של miRNA בתגובה לאיתות תוך-תאי או חוץ-תאי. לפיכך, משקעים חיסוניים של Ago2 האנדוגני מספקים הזדמנות מצוינת לזהות את החלק הפעיל הקשור ל-RISC של miRNA ספציפי כמו גם את ההערכה התפקודית של מטרותיו. בדיקה זו עדיפה על משיכה כלפי מטה של mRNA מטרה אנדוגני עם חיקוי miRNA ביוטיניל בגלל היעילות הבלתי צפויה של הספיגה התאית של מולקולות חומצות גרעין ביוטיניליות והשפעותיהן מחוץ למטרה.
מבחן Ago2-miRNA-co-IP, שנדון בכתב יד זה, עבר אופטימיזציה כדי לקבוע את ההשפעות של TGF-β1 על גיוס RISC של miRNAs בתאי CFBE41o- אפיתל סימפונות אנושיים אימורטליים3. רכיבים של ערכת בדיקת RIP שימשו לביצוע בדיקת Ago2-miRNA-co-IP עם שינויים בפרוטוקול שסופק על ידי היצרן. נעשה שימוש בשיטת הפרדה לבידוד RNA קטן וגדול, שבה נעשה שימוש ב-RNA קטן כדי לכמת miRNA בעזרת תגובת שרשרת פולימראז הפוכה כמותית (qRT-PCR) באמצעות פריימרים עם לולאת גזע ספציפיים ל-miRNA במהלך שעתוק הפוך, ואחריו PCR באמצעות פריימרים קדימה ואחורה, ובדיקות הידרוליזה של TaqMan.
1. הכנה לפני הניסוי
2. משקעים חיסוניים של Ago2
3. בידוד RNA
4. כימות miRNA על ידי תגובת שרשרת פולימראז הפוכה כמותית (qRT-PCR)
הראינו בעבר ש-TGF-β1 העלה את הרמות התאיות הכוללות של miR-145-5p, miR-143-5p ו-miR-154-5p miRNAs בתאי CFBE41o-3. לאחר מכן, השתמשנו במבחן Ago2-miRNA-co-IP כדי להבהיר את ההשפעות הפונקציונליות של TGF-β1 על miRNAs אלה. גיוס ה-RISC של miR-145-5p, miR-143-5p ו-miR-154-5p נחקר בתאי CFBE41o- המבטאים ביציבות את מווסת המוליכות הטרנסממברני מסוג הבר (WT)-סיסטיק פיברוזיס (CFTR) או CFTR מוטנטי עם מחיקת פנילאלנין במיקום 508 (F508del)-CFTR14,15. תרביות ממשק אוויר-נוזל של תאי WT- או F508del-CFBE41o- טופלו ב-TGF-β1 או ברכב במשך 24 שעות. התאים עברו ליזה ו-Ago2 אנדוגני הושקע חיסוני וזוהה על ידי כתמים מערביים עם נוגדן אנטי-Ago2 חד-שבטי ראשוני של עכבר בדילול של 1:3000 ואחריו נוגדן משני נגד חזרת פרוקסידאז נגד עכברים. כימות המשקעים החיסוניים של Ago2 בוצע על ידי צפיפות באמצעות ImageJ עם חשיפות בטווח הדינמי הליניארי של הסרט. שפע ה-Ago2 המשקע החיסוני חושב לאחר הפחתת הרקע ונורמליזציה ל-WCL Ago2. הקו-אימונו-משקעים של miR-145-5p, miR-143-5p ו-miR-154-5p עם Ago2 זוהה על ידי qRT-PCR באמצעות פריימרים עם לולאת גזע ספציפיים ל-miRNA להכנת cDNA, ואחריו ה-PCR עם פריימרים קדימה ואחורה ספציפיים ל-miRNA, ובדיקות הידרוליזה של TaqMan. הממוצעים בין הקבוצות חושבו על ידי מבחן t של תלמיד דו-זנבי. הנתונים מוצגים כממוצע ± S.E.M. שפע חלבון Ago2 ויעילות המשקעים החיסוניים שלו היו דומים ב-TGF-β1 או בקווי תאים שטופלו ברכב (איור 1A-1C). miR-145-5p ו-miR-143-5p היו נוכחים בקומפלקסים שזרעו יחד עם Ago2 בתאים המבטאים WT- ו-F508del-CFTR (איור 1D-1E). TGF-β1 הגדיל את הקו-אימונו-משקעים של miR-145-5p ו-miR-143-5p עם Ago2 בשני קווי התאים, בהשוואה לבקרת רכב. miR-154-5p משקע חיסוני משותף עם Ago2 אך TGF-β1 לא השפיע על השפע של מאגר miR-154-5p הפעיל, בהשוואה לבקרת רכב (איור 1F). יחד, התוצאות לעיל מדגימות כי TGF-β1 יכול להגדיל את רמת ה-miRNA התאית הכוללת מבלי להשפיע על המאגר התפקודי שלו. בדיקת Ago2-miRNA-co-IP הגדילה את ההבנה שלנו לגבי ההשפעות הברורות של TGF-β1 על miRNAs.
איור 1. סיכום בדיקת Ago2-miRNA-co-IP מראה כי TGF-β1 תיווך גיוס סלקטיבי של miRNAs ספציפיים ל-RISC בתאי WT- ו-F508del-CFBE41o-. (A) Ago2 אנדוגני היה משקע חיסוני (IP) מליזאטים של תאים שלמים (WCL) של תאי CFBE41o- המבטאים WT- או F508del-CFTR עם נוגדן אנטי-Ago2 או IgG2 לא חיסוני (ביקורת שלילית) וזוהה על ידי Western Blotting (WB). מוצגים WB מייצג מתאים המבטאים WT-CFTR. הרצועה הלא ספציפית בדגימות IP מסומנת בכוכבית. תמונות WB מייצגות (B) וסיכום נתונים (C) המראים כי ל-TGF-β1 לא הייתה השפעה על שפע Ago2 ב-WCL ולא שינתה את היעילות של Ago2 IP. (D-F) נתוני qRT-PCR המציגים את ה-co-IP של miRNAs עם Ago2 אנדוגני. ערכי ה-Ct של miR-145 (miR-145-5p) בתאים שטופלו ברכב הופחתו מערכי ה-Ct של miR-145 בתאים שטופלו ב-TGF-β1 כדי ליצור ΔCts. שינוי הקיפול (FC) ברמת miR-145 בין הדגימות נקבע באמצעות המשוואה 2−ΔCt ובא לידי ביטוי כ-Log2 FC לעומת רכב. TGF-β1 הגדיל את ה-miR-145 (D) ו-miR-143 (miR-143-5p) (E) עם Ago2 בתאי WT- ו-F508del-CFBE41o- ולא השפיע על ה-co-IP של miR-154 (miR-154-5p) (F). קווי שגיאה, S.E.M. N = 10/קבוצה. * עמ' < 0.05. (זהו נתון מייצג המבוסס על כתב יד3 שפורסם בעבר). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
בדיקת Ago2-miRNA-co-IP נועדה לחקור את המאגר הפעיל של miRNAs בתגובה לטיפול ב-TGF-β1. ה-miRNAs הפעילים או הקשורים ל-RISC חשובים להבנת הפוטנציאל המעכב שלהם עבור ה-mRNA4 המטרה. Panshin et al. הראו לאחרונה כי יעילות המשקעים החיסוניים של Ago2 ו-miRNAs עשויה להיות תלויה בפרוטוקול16. ישנם מספר הבדלים בין הפרוטוקול כאן לבין הנתונים שפורסמו לעיל. הפרוטוקול כאן עבר אופטימיזציה עבור תאי CFBE41o. לעומת זאת, פנשין ועמיתיו חקרו את Ago2 IP בתאי פלזמה אנושית או HEK293. חיסנו את Ago2 עם נוגדן Ago2 חד-שבטי של עכבר, אנטי-אנושי, תת-מחלקה IgG2, מצומד עם חרוזי אגרוז חלבון G. Panshin et al. השתמשו בנוגדנים פוליקלונליים נגד Ago2 מצומדים לחרוזי אגרוז של חלבון A, שיכולים לגרום לשונות בין מאגרי miRNA משקעים חיסוניים16. חרוזי חלבון A אינם נקשרים לכל תת-קבוצות ה-IgG האנושיות ביעילות כמו חלבון G17. בדקנו את תת-המחלקה IgG2 של נוגדן האנטי-Ago2 על ידי שימוש בבקרת IgG2 שלילית לא ספציפית. באמצעות אותו פרוטוקול IP, בחנו את השפעות TGF-β1 על מאגר ה-miRNA הקשור ל-RISC.
הצגנו מספר שינויים בערכת בדיקת RIP כדי לייעל את המשקעים החיסוניים ובידוד ה-RNA כדי לחקור את גיוס ה-RISC המושרה על ידי TGF-β1 של miRNAs. ראשית, השתמשנו בנפח גדול יותר של PBS לשטיפה מלאה של חרוז אגרוז חלבון G. שנית, הפחתנו את כמות הנוגדנים נגד Ago2 ואת מאגר הכביסה ב-50% כדי להפחית את העלות. שלישית, ביצענו את כל השלבים בטמפרטורה קרה אחידה והוספנו מאגר ליזה קר ישירות על התאים. רביעית, לא בודדנו RNA טרום-משקעים לכימות miRNA מכיוון שכבר פרסמנו את הנתונים על ביטוי miRNA בליזאט תא שלםשל תאי CFBE41o- 3. ניתן להשתמש בשיטות אחרות, כגון אימונו-משקעים של חלבון קושר RNA מבוסס חרוזים מגנטיים כדי לבחון את ה-mRNA. עם זאת, השיטות המבוססות על חרוזים מגנטיים אינן יכולות לכוון באופן ספציפי לרכיב של RISC ולכן ייתכן שלא יתאימו להערכת מאגר פעיל של miRNAs.
ברצוננו להדגיש מספר תנאים קריטיים להצלחת בדיקת Ago2-miRNA-co-IP. הצימוד היעיל של נוגדן האנטי-Ago2 עם חרוזי אגרוז החלבון G הוא הצעד הקריטי הראשון. לאחר מכן, המשיכה היעילה של Ago2 מ-WCL עם נוגדן האנטי-Ago2 המשותק היא הצעד הבא. תאים ליזים מכילים פסולת, אותה יש להסיר ביעילות באמצעות צנטריפוגה כדי למנוע הפרעה למשיכת Ago2. יש לנקוט בזהירות בעת איסוף הסופרנטנט המכיל ליזאט תאים כך שהכדור המכיל פסולת תאית לא יתנתק ויתערבב עם הסופרנטנט. שלב הניקוי המקדים לפני המשקעים החיסוניים נחוץ גם כדי להסיר כל קישור לא ספציפי של חלבונים לחרוזים הריקים (חרוזים שאינם מצומדים עם הנוגדן). הבחירה בבידוד RNA לפני משקעים חיסונית צריכה להיקבע על פי הניסוי. הבידוד של RNA קדם-אימונו-משקעים הושמט וכאן בחנו את ההשפעה של TGF-β1 על גיוס RISC של miRNAs. ה-miRNA FC לאחר טיפול ב-TGF-β1 לעומת בקרת רכב מספק ראיות משכנעות לגיוס TGF-β1 של miRNAs ל-RISC. לטמפרטורת העבודה יש תפקיד מכריע וכל השלבים במהלך המשקעים החיסוניים של Ago2 חייבים להתבצע על קרח או בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס כדי למנוע פירוק או דנטורציה של חלבונים ו-RNA הקשורים ל-RISC. כל השלבים הנוספים הכרוכים בפליטת RNA מחרוזים חייבים להתבצע בטמפרטורה דומה מכיוון שפעילות ה-RNase, אנזים שנמצא בכל מקום ואחראי על פירוק מהיר של RNA, היא אופטימלית בטמפרטורת החדר. מומלץ מאוד להשתמש בסביבה נטולת RNase, כולל ציוד, טיפים, צינורות, פיפטות וספסל. יש לתרגל לבישת כפפות ניטריל ללא RNase וללא אבקה, המוחלפות לעתים קרובות, בכל שלב. מומלץ לאחסן מיד RNA בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס לאחר השטיפה. הזיהום בחרוזי אגרוז עלול לגרום לבעיות במהלך הכנת cDNA ועלול להשפיע על הכימות היחסי של miRNA או mRNA במהלך qRT-PCR. תרבית התאים דורשת תשומת לב מיוחדת ויש לעקוב אחריה בקפידה. יש לצפות את כלי תרבית הרקמה בקולגן כדי להגביר את היצמדות התאים ולקדם התמיינות תאי אפיתל. ביצענו את בדיקת Ago2-miRNA-co-IP במודל התאים CFBE41o.
המגבלה של הפרוטוקול היא שהוא רגיש מאוד לשונות במספר התאים המשמשים. יש לשלוט במדויק במספר התאים ולבצע אופטימיזציה של המשקעים החיסוניים של Ago2 בהתאם לקלט התא כדי למנוע רוויה של Ago2 המשקע החיסוני ב-miRNAs. בעתיד, הבדיקה תוכל להיות ישימה במספר מסגרות ניסיוניות, כגון הפלת גנים ולבחינת מאגר פעיל של miRNAs במודלים שונים של מחלות. ניתן לבצע אופטימיזציה של הבדיקה לשימוש עם מודלים אחרים של תאים אפיתל ולא אפיתל, כולל תאים ראשוניים או מודלים של בעלי חיים.
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרס כלכלי מתחרה ואין להם מה לחשוף.
אנו מודים לג'ון ווייקפילד מ-Tranzyme, Inc. (ברמינגהם, אלבמה) שיצר את תאי CFBE41o, ולג'יי.פי קלנסי מ-CFFT שסיפק את התאים. מחקר זה מומן על ידי מענקי המכונים הלאומיים לבריאות R01HL144539 ו-R56HL127202 (ל-A.S.-U.), ומענקי קרן סיסטיק פיברוזיס SWIATE18G0.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mM dNTPs (with dTTPs) | Applied Biosystems | 4366596 | |
10x Reverse Transcription Buffer (RT Buffer) | Applied Biosystems | 4366596 | |
2-propanol | Fisher BioReagents | BP2618-1 | |
2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 1610737 | |
7300 Real Time PCR System | Applied Biosystems | 4345240 | |
Anti-Ago2 antibody (anti-EIF2C2), mouse monoclonal against human Ago2 | Medical & Biological Laboratories Co. Ltd | RN003M | |
Bovine Albumin Fraction V (7.5% solution) | Thermo Scientific | 15260037 | |
Collagen I (Purecol-Type I Bovie collagen solution) | Advanced Biometrix | 50005-100mL | |
DL-Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 646563-.5ML | |
DTT | Sigma-Aldrich | 646563 | |
Ethanol | Deacon Laboratories | 64175 | |
Fetal Bovine Serum | ATLANTA Biologicals | S10350 | |
Goat Anti-Mouse IgG | Bio-Rad | 1706516 | |
L-glutamine (200 mM Solution; 29.20 mg/mL) | Corning | 25-005-Cl | |
Mini cell scrapers United Biosystems | Thermo Fisher | MCS-200 | |
Minimal Essential Medium | Thermo Fisher Scientific | 11095-080 | |
miRNA specific stem looped RT primers | Applied Biosystems | 4427975 | |
Mouse IgG2 control | Dako, Glostrup, Denmark | A0424 | |
MultiScribe Reverse Transcriptase, 50 U/µL | Applied Biosystems | 4366596 | |
Nano Drop ND-1000 Spectrophotometer | NanoDrop Technologies, Inc. | E112352 | |
Nuclease-free water | Ambion | AM9937 | |
Opti-MEM (1x) Reduced Serum Medium | Gibco by Life Technologies | 11058-021 | |
PBS | Gibco | 14190250 | |
Penicillin-streptomycin, Sterile | Sigma-Aldrich | P0781 | |
Pierce Protease Inhibitor Tablets, EDTA-Free | Thermo Scientific | A32955 | |
Protein G agarose beads (Pierce Protein G Plus Agarose) | Thermo Scientific | 22851 | |
Puromycin | InvivoGen | ant-pr-1 | |
RiboCluster Profiler RIP-Assay Kit for microRNA | Medical & Biological Laboratories Co. Ltd | RN1005 | |
RNase Inhibitor, 20 U/µL | Applied Biosystems | 4366596 | |
TaqMan 2x Universal PCR master mix without AmpErase UNG | Applied Biosystems | 4427975 | |
TaqMan miRNA single tube Assay (20x) containing miRNA specific forward/reverse primers and probe | Applied Biosystems | 4427975 (assay ID #002278, #002146, and #000477) | |
TGF-beta1 | Sigma | T1654 | |
Transwell filters (24 mm) | Corning Life Sciences Plastic | 3412 | |
Veriti 96 Well Thermal Cycler (Model:9902) | Applied Biosystems | 4375786 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved