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生物素标记探针-液相杂交-非变性PAGE检测非编码小RNA方法的建立和优化

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国际检验医学杂志2012年3月第33卷第6期lnt J LabMed,March ! :塑! ・645・ ・基础实验研究论著・ 生物素标记探针一液相杂交一非变性PAGE检测非编码 小RNA方法的建立和优化 郭跃辉 ,刘立宾 ,徐芒华 ,郭竹英 ,姜 斌 ,李 伟。,高丰厚 (1.上海交通大学医学院附属第三人民医院实验中心,上海201900;2.浙江省医学遗传学重点实验室/ 检验医学省部共建教育部重点实验室/温州医学院检验医学院与生命科学学院,浙江温州325035) 摘方法要:目的 建立生物素标记探针一液相杂交一非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)检测非编码小RNA(sRNA)的方法。 将生物素标记的sRNA U6寡核苷酸探针经非变性PAGE电泳后转印至尼龙膜上,然后用辣根过氧化物酶(HRP)耦联链 将Biotin一11-dUTP成功标记至寡核苷酸上,随着寡核苷酸浓度 霉亲和素进行检测。从细胞中提取总RNA,用已标记U6探针优化液相杂交退火条件及杂交缓冲液;用建立的方法检测并计算 BEAS-2B、A549细胞中sRNA U6与miRNA145的含量。结果增加,检测信号强度越强,10 ̄mol/L时达到最强。采用水浴反应条件与采用聚合酶链反应(PCR)仪梯次降温反应条件下得到的 杂化链无明显差异;以磷酸盐缓冲液作为杂交缓冲液优于Tris—HC1、DEPC水;BEAS-2B、A549细胞5 p-g RNA中U6含量接近; BEAS-2B细胞中miRNA145绝对含量高于A549细胞。结论 成功建立并优化了sRNA检测新方法,为简单、易行、可靠地检测 sRNA提供了可能。 关键词:非编码小RNA; 生物素化探针; 液相杂交; 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 DOI:10.3969/j.issn.1673—4130.2012.06.003 文献标识码:A 文章编号:1673—4130(2012)06—0645—03 Establishment and optimization of non-coding small RNA detection methods by biotin-labeled probe-liquid hybridization-non-denaturing PAGE Guo Yuehui ,Liu Libin ,X“Manghua ,Guo Zhuying ,Jiang Bin ,Li肌 ,Gao Fenghou (1_Experimental Centre, People Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 201900,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Medical Genetics/Key Laboratory of Laboratory Medicine,Ministry of Education/School of Life Sciences,Wenzhou Medical College,Wenzhou Zhejiang 325035,China) Abstract:Objective To develop a method for detecting non-coding small RNA(sRNA)by biotin-labeled probe-liquid hybrid— ization-non-denaturing polyacrylamide gel electrophoresis(PAGE).Methods The biotinylated oligonucleotides of sRNA U6 were treated by non—denaturing PAGE,transferring to nylon membrane,and then were detected by horseradish peroxidase(HRP)一coniu— gated streptavidin-biotin.U6 and miRNA一145 contents in BEAS-2B and A549 cells were detected and calculated through the estab— lished method.Results The U6 oligonuc1e0tides were successfully labeled with bio一11-dUTP,which had the strongest signal at concentration of 10 btmol/L.There was no significant difference of hybrid chains,acquired by water bath or polymerase chain reac— tion(PCR)instrument.According to liquid hybridization solution,phosphate buffer was superior to Tris—HC1 and DEPC water.U6 content in BEAS-2B cells was almost equivalent to the content in A549,while the abundance of miRNA一145 in BEAS-2B was higher than that in A549.Conclusion A new method for detecting sRNA was successfully established and optimized.which could offer possibility for simple and reliable detection of sRNA. Key words:non-coding small RNA; biotin-labeled probe;liquid hybridization; non-denaturing polyacrylamide gel electro— phoresis 非编码小RNA(sRNA)是细胞中一大类由几十核苷酸到 几百核苷酸组成的、不编码蛋白质的RNA,包括核小RNA、核 仁RNA、微小RNA、干扰小RNA、时序小RNA等,其本身或 素,需特殊防护设备及相关专业人员,使其推广应用受到限 制_5 ]。因此,有必要对Northern印迹检测sRNA进行方法学 改良。本研究在传统Northern印迹基础上发展了非同位素探 针、液相杂交、非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)系统检测 sRNA技术。 与蛋白质结合形成复合体有重要生物学功能 ]。目前sRNA 检测技术主要有RNA印迹(Northern印迹)、逆转录聚合酶链 反应(rt-PCR)、微阵列芯片及测序技术。rt-PCR、微阵列芯片 及测序技术与Northern印迹相比,均需要特殊仪器设备,且检 1材料与方法 1.1仪器与试剂Trizol试剂(美国Invitrogen),生物素探针 测费用高昂L2 ]。传统Northern印迹技术不仅可直接检出待 测RNA,能明确RNA碱基数目,同时也可进行半定量检测, 是检测sRNA不可取代的方法[5 ]。然而Northern印迹检测 sRNA耗时长,步骤繁琐,技术要求较高,尤其是需使用同位 标记试剂盒、化学发光检测试剂盒(美国Pierce),RNA酶 (RNase)抑制剂(RNaseZap)、二乙基焦磷酰胺(DEPC)(美国 Sigma),1×PCR反应液(大连宝生物),退火缓冲液(南通碧云 天),电泳仪、转印槽、普通PCR仪(美国Bio—rad)。人肺正常 * 基金项目:国家自然科学基金资助项目(81172322);上海市自然科学基金资助项lil(11ZR1421000)}上海交通大学医学院科技基金资助项 目(YZ1027)。 通讯作者,E—mail:fenghougao@163.corn。 ・646・ 旦堕 验医学杂志2012年3月第33卷第6期Int J JlbMed,March 2012,Vo1.33,No.6 支气管上皮细胞株BEAS-2B、人肺癌细胞株A549细胞购于上 海中科院细胞研究所。 1.2方法 1.2.1细胞培养 细胞株BEAS-2B、A549在含1O 胎牛血 清、100 u/mI 青一链霉素的RPMI 1640完全培养液内,37℃、 5 C()z饱和湿度培养箱内培养。细胞单层贴壁生长至7O ~ 8O 融合时,以0.25 胰蛋白酶消化、传代。 1.2.2总RNA提取 使用Trizol试剂提取细胞总RNA, A㈣ /Azso >1.8且28S rRNA/18S rRNA>2用于后续 试验。 1.2.3寡核苷酸探针合成与标记hsa—miR一145探针序列: 5 I_AGGGATTCCTGGGAAAACTGGAC~3 和hsa—U6探针序 列:5LATTTGCGTGTCATCCTTGCG-3 ,由上海生工有限公 司合成。按DNA 3 末端生物素标记试剂盒说明书进行寡核酸 标记。 1.2.4核酸、探针液相杂交及检测取总RNA 5,ug、探针2 L混匀,用1×PCR反应液补充体积至16 I 。不同退火条件 下进行杂交。PCR仪反应条件为:95℃2 min;每90 S降低 1℃,直至42℃;42℃6O min。水浴反应条件为:95℃2 min, 42℃3 h。采用水浴退火方式,以不同杂交缓冲液进行杂交。 4种不同杂交缓冲液包括:磷酸盐缓冲液、l×PCR反应液 (Tris—HCI缓冲液,以DEPC水配制)、退火缓冲液(Tris—HC1 缓冲液,以DEPC水配制)和DEPC水。将杂交后的样品加入 4 I 上样缓冲液,非变性PAGE分离核酸后,转移至尼龙膜 上,紫外线强度1.5 J条件下交联照射;42℃干燥10 min, 42℃封闭30 min;加入辣根过氧化物酶(HRP)标记链亲和霉 素(稀释比例为1:300),42℃处理45 min;洗涤缓冲液洗涤4 次,每次5 min;底物平衡缓冲液5 mL,洗涤5 rain;化学发光检 测试剂盒检测发光的核酸条带。 1.2.5 sRNA表达量的计算 反应体系中,已知总探针量且 总探针足量时,理论上总探针量为与sRNA杂交的探针量和 未杂交的探针量相加之和,故与sRNA杂交结合的探针量计 算公式为:与sRNA杂交结合的探针量一总探针量×[与sR— NA杂交的探针量/(与sRNA杂交的探针量+未杂交的探针 量)]。由于探针与目的sRNA完全碱基互补配对,故与sRNA 结合杂交的探针量即为sRNA含量。根据图像处理分析得到 的各条带灰度值,可计算sRNA含量:sRNA含量一生物素标 记探针总量×[杂化双链条带灰度值/(杂化双链条带灰度值十 未杂交探针条带灰度值)]。 1.3统计学处理所有试验均重复3次,计量资料以 ±5表 示,采用SPSS11.5统计学软件进行均数配对t检验,以P< 0.05为差异有统计学意义。 2结 果 2.1 生物素标记探针非变性PAGE检测 以浓度分别为1、 2、5、10“mol/I 寡核苷酸探针,采用末端转移酶于3 端标记生 物素,各取等量已标记探针,经l5 非变性PAGE、转膜后检 测HRP,结果如图1所示。探针浓度为1、2、5、10/lmol/L时, 均可在探针末端成功标记生物素,在浓度为10/mlol/L时,探 针信号达到最强,说明探针标记成功。 2.2 液相杂交后非变性PAGE检测系统的建立 以U6为 例,总RNA、U6探针在液体环境下充分杂交后,非变性PAGE 检测。只加入U6探针时,仅在2O核苷酸(nt)处显示条带;杂 交条带出现在探针条带上方,过量探针条带在约20 nt处。结 果见图2。 2.3不同条件下的液相杂交反应 以PCR仪及水浴条件进 行杂交,并对杂交产物进行检测,结果见图3。不同的液相杂 交条件均能使探针和目的RNA杂交,形成杂化链。 标记物  1∞f,L 2 mI/L 5 uml/L t0 .Il。I/L 嘲 图1 非变性聚丙烯酰胺胶电泳一转膜一交联固定一加 HRP后检测生物素标记U6探针 标记物 总RNA+U6探针 单u6探针 祭爻蓉赣 60 nt 20 nt 图2 液相杂交一非变性PAGE检测系统建立 2.4不同缓冲液体系中的液相杂交反应 水浴条件下,采用 4种不同缓冲液进行杂交,杂交产物检测结果见图4。采用4 种杂交缓冲液均可形成目的杂化链,其中磷酸盐缓冲液、退火 缓冲液形成的杂化链更为明显。采用4种杂交缓冲液均可形 成非特异杂化链,但磷酸盐缓冲液形成的非特异性杂化链最少 (仅1条)。 标记镪 lanel Iane2 Iane3 Iane4 lane5 U6 懒 鹕 Ijl障i榭■ _嘲■ 2o 一 ■ lanel:5/tg总RNA+2 pmol U6探针;lane2:5 btg总RNA+5 pmol U6探针;lane3:5 g总RNA+2 pmol U6探针;lane4:5 g总 RNA+5 pmol U6探针;lane5:U6探针2 pmol;lanel、lane2退火条件: 在PCR仪上设置逐步降温,先95℃、2 min,然后每90 S降低1℃,直 至温度达到42℃;42℃维持60 rain。lane3、lane4退火条件95℃水浴 2 min,然后嚣于42℃,3 h。 图3 液相杂交不同退火条件的比较 标志物 ^ 8 c D 单U6探针 _一簟 A:磷酸盐缓冲液;B:1×PCR反应液(Tris—HCI缓冲液);C:退火 缓冲液(Tris—HCI缓冲液);D;DEPC水。 图4 液相杂交不同杂交缓冲液的比较 标记物BEAS-2B^54S BEAS-2B A549 U6 miRNA-145 U6 mlRNA-145 -一- 4IIIPW 沸 ・ —_-.-——_● 图5 BEAS-2B与A549细胞U6、MiRNA145的表达量 2.5 BEAS-2B与A549细胞U6、miRNA一145表达量检测与 比较分别取BEAS一2B与A549细胞总RNA各5/tg,在磷酸 盐缓冲液中加入U6与miRNA一145探针2 L(含探针5 pmo1),水浴条件下退火杂交,非变性PAGE电泳检测U6与 国际检验医学杂志2012年3月第33卷第6期012,Vo1.33,No.6 Int J LabMed,March Z・647・ miRNA145含量(见图5)。在BEAS-2B与A549细胞中均可 检出U6、miR-145。采用图像处理分析软件计算图5各条带灰 量为(2.59±0.03)和(2.82土0.04)prnol;在5 g A549细胞 总RNA中,U6、miR-145含量为(2.66±0.44)和(2.28--+ 度值(见表1)。根据sRNA含量计算公式计算miR-145、U6表 达量。在5 g BEAS-2B细胞总RNA中,U6、miRNA一145含 表1 0.03)pmol。miRNA145/U6比值在BEAS-2B、A549细胞分别 是1.08、0.85,差异具有统计学意义(£一46.77,P<0.05)。 根据图5计算的条带灰度值(互±s) 3讨 论 Rev Med,2009,60(1):167-I79. 生物体内存在的大量sRNA组成了细胞中高度复杂的 RNA网络,对细胞增殖、周期、分化和凋亡等进行。 因此,有必要建立快速、简单、可靠的sRNA检测方法。本研 究所建立检测方法的主要流程为:生物素标记探针一液相杂 交一非变性PAGE电泳一转印至尼龙膜一HRP耦联链霉亲 和素检测。 E2]Tang F,Hajkova P,Barton SC,et a1.MicroRNA expression profi— ling of single whole embryonic stem cells[J/OL].Nucleic Acids Res,2006—01—24[2012-01—14],http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pmc/articles/PMC1351374/?tool=pubmed. [3]Chen C,Ridzon DA,Bromer AJ,et a1.Real time quantification of microRNAs by stem—loop RT-PCR[J/OL].Nucleic Acids Res, 2005—11-.27[2012-01—14],http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ articles/pmid/16314309/?tool=pubmed. 采用Northern印迹技术检测非编码RNA的原理是用已 标记的寡核苷酸探针检测与寡核苷酸探针互补的未知RNA。 寡核苷酸探针可根据需要选择性合成,因此探针的标记是实现 检测目的的关键 由于同位素标记法存在局限,具有较高敏感 性及稳定性的生物素一亲和素系统得到广泛应用 ]。本研究通 过末端转移酶将Biotin-11一dUTP成功连接至合成的寡核苷酸 [4]Castoldi M,Schmidt S,Benes V,et a1.A sensitive array for mi— croRNA expression profiling(miChip)based on locked nucleic acids(LNA)[刀.RNA,2006,12(5):913—920. [5]Strit S,Michalisk CW,Erkan M,et a1.Northern blot analysis for detecting and quatification of RNA in pancreatic cancer cells and 3 末端,且随着寡核苷酸浓度增加,检测信号强度越强,1O /lmol/L时达到最强,说明标记体系最好选用浓度为10 ̄mol/L 的寡核苷酸。 tissues[J].Nat Protoc,2009,4(1):37—43. [6]李善清,唐万兵,孙鹏,等.全反式视磺酸及干扰素对胃癌细胞系 MNK45中p16,p21,cMyc基因表达的影响[J].国际检验医学杂 志,2011;32(2):159—162. 传统Northern印迹固相杂交反应过程繁琐,耗时费力,且 RNase无处不在,进行多步操作增加了sRNA被降解的可 能[5 ]。液相杂交使杂交反应在溶液里完成,简化了步骤,缩短 了时间,增加了特异性和敏感性[g 。因此,本研究选择将探 [7]Tran N.Fast and simple microRNA northern bots[J].Methodolo— gy,2009,2(1):1-3. E8]Duan Z,Choy E,Nielsen GP,et a1.Differetial expression microR— NAs in chordoma reveals a role for miRNA一1 in Met expression 针与待杂交样品置于不同杂交缓冲液中,采用不同退火条件, 探索sRNA最佳检测条件。结果显示液相杂交检测sRNA无 需特殊试剂及仪器,采用磷酸盐缓冲液及水浴条件即可进行杂 交反应。 [J].J Orthop Res,2010,28(6):746—752. [9]Wang X,Tong Y,Wang S.Rapid and accurate detection of plant miR— NAs by liquid northern hybrIdization[J].Int J Mol Sei,2010,1 1(9): 3138-3148. 生物素标记寡核苷酸探针稳定性较高,如在液相杂交体系 中加入准确定量的寡核苷酸探针,便可根据最终的灰度值计算 样品中的sRNA含量。本研究证实5 g肺支气管上皮细胞 [1O]Yan F,wu X。Crawford M,et a1.The search for an optimal DNA, RNA,and protein detection by in situ hybridization,immunohisto— chemistry,and solution-based methods[J].Methods,2010,52(4): 281-286. BEAS-2B与肺癌细胞A549总RNA中,U6绝对含量相近( 一 1.5,P一0.27);miRNA145在BEAS-2细胞中的含量高于 A549。说明本研究所建立的方法可用于sRNA的定量检测, 甚至可直接检测目的RNA,且无需设置内参。 综上所述,本研究在传统Northern印迹基础上建立并优 化了检测sRNA的新方法,为简单、易行、可靠地检测sRNA [11]徐卫,李建勇,陆凤翔.液相杂交检测B细胞淋巴瘤细胞系miR一 28的表达[J].中国实验血液学杂志,2006,14(2):289—292. [12]Chamnongpol S,Maroney PA,Nilsen Tw.A rapid,quantitative assay for direct detection of microRNAs and other small RNAs u— sing splinted ligation[J].Methods Mol Biol,2010,667(1):3-17. (收稿日期:2011-12-18) 提供了可能,也为sRNA基础及临床研究提供了有力地保障。 参考文献 Ei]Garzon R,Calin GA,Croce CM.MicroRNAs in Cancer[J].Annu (上接第644页) Different mechanisms for anti—tumor effects of low-and high—dose lular invasion[J].Int J Oncol,2001,19(4):709—715. [12]韩锐.抗癌药物研究与实验技术[M].北京:北京医科大学、中国 协和医科大合出版社,1997:271. cyclophosphamide[J].Oncol Rep,2006,16(1):141—146. [11]Teraoka H,Sawada T,Yamashita Y,et a1.TGF-betal promotes liver metastasis of pancreatic cancer by modulating the capacity of cel— (收稿日期:201I-12-19) 

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