万字长文教你做m6A-IP-qPCR至尊豪华版 | m6A专题
第一步,先对RNA进行特异性富集。至于打断或不打断,都是可行的。假如要打断的话请在打断之前,确认研究对象只是mRNA还是lncRNA。若只研究mRNA 可以先用oligodT磁珠进行富集后再进行打断。如果是lncRNA和mRNA都要研究,则需要先用试剂盒将total RNA的rRNA先消化干净,再进行打断。如果是进行高通量测序打断长度约为100nt左右,而qPCR 则需要长度至少在200nt以上,部分论文甚至打断长度在300-500nt左右甚至都不打断。、 一般根据文献中的资料显示,IP下来的片段用引物扩增出来的长度在130-150左右,所以100nt不到的长度要设计出合适的引物会非常困难。除非是用5’RACE扩增,否则还是建议大于200nt。当然了,如果不打断的话设计引物就会比较方便。当然如果total RNA本身量比较少,建议老师直接用m6A抗体对total RNA进行富集。 第二步,对RNA进行抗体孵育和特异性富集。打断完了RNA我们会得到长度约为200-300的RNA片段。如果是不打断则是较为完整的RNA全长。这时候我们可以分出约占m6A-IP部分RNA只有10%的RNA作为input。当然如果是细胞样本比较充足,Input和IP的比例可以直接是1:1。如果按照1:1:1,简单来说用于m6A IP的RNA有,3μg,那么Input、IP和IgG的RNA都在1μg左右(无论是total RNA还是mRNA)。如果不含IgG,2μg total RNA直接按照1:1比例分配IP和Input样本。
第三步,洗脱和逆转录扩增。接下来我们需要对m6A抗体和IgG抗体上洗脱下来的RNA,以及Input的RNA,按照常规试剂盒要求进行洗脱,并用随机引物进行逆转录。这边如果RNA起始量较低,洗脱体积(elution buffer)可以适当增加25~30%,洗脱次数可以从2次增加到4-6次。 第四步,设计m6A-IP-qPCR 的特异性引物。由于m6A甲基化基本富集在UTR区和转录终止区,所以如上图所示在这些区域附近我们可以从测序结果里有明显的peak峰。那么我们设计引物可以考虑在基因高甲基化区域来进行。如果某几个常见的基因在不同文献里频繁出现,那么文献里列出来的引物可以被我们直接拿来引用。通常最后PCR产物长度最低会在130-150bp左右。 这里需要注意的是,IP下来的RNA需要用随机引物进行逆转录,而第四步中设计的引物用的是特异性引物,这个大家要注意区分和甄别。另外如果对RNA不富集不打断,在引物设计上按照常规PCR引物设计即可。
第五步,使用上一步设计好的引物,对Input、m6A-IP和IgG-IP(IgG部分通常数字为0)中的RNA进行qPCR反应并计算相应的CT值。
注意事项
m6A抗体富集这部分的protocol,请参考m6A研究方法的权威,m6A-seq的发明人以色列特拉维夫大学医学院的Gideon Rechavi教授发表在Nature Protocols(Pubmed id:23288318)的文章。这里面会有非常详细的步骤教你如何做m6A抗体去IP带有甲基化修饰的RNA。到时候注意打断长度为200-300nt即可,打断需要做几次条件实验。也就是说除了打断长度转换成200-300nt,富集到的RNA从上机测序变为PCR外,其他所有步骤全部一样。当然如果没有打断条件,可以直接对total RNA进行富集且不打断。文章中的生物信息部分可以忽略不计;
在实际操作中,也有人试验过在不打断RNA的情况下进行m6A IP,所得到的结果也符合要求。若要不打断,则对m6A抗体质量要求较高,建议选择Synaptic Systems m6A antibody No.202003,用DEPC水稀释;
IP下来的产物可使用体积比为25:24:1的酚:氯仿:异戊醇抽提RNA,也可直接加入Trizol试剂进行提取;
实验过程中注意在RNase free的实验台上操作;
Total RNA 5-6μg如果不打断直接IP,理论上返还的Input和IP的RNA或cDNA只够验证1个基因。要验证多个基因一种方法是加大total RNA进入IP起始量,否则另一种取巧的办法就是cDNA多PCR几轮增加起始量;
用于测序的IP产物还有大量剩余可以返还,这个说法是存在很大争议的。用于测序的IP产物,打断长度很碎,在100-200nt左右,这类RNA或cDNA无法设计PCR引物。另外通常50μg total RNA,富集一轮mRNA(<600ng)后进行片段化处理,然后才能进行IP,最后IP产物剩余量不足50ng。这个起始量对于测序的建库实验人员而言已经属于风险建库,已经无剩余IP产物返还。如果为了后期结果的准确性,建议重新准备样本或者单独分离一份样本进行额外的IP以用于PCR验证。
参考文献:
Castellanosrubio, A, et al. (2019) A novel RT-qPCR-based assay for the relative quantification of residue specific m6A RNA methylation. Scientific Reports 9.1
Weng, HY., et al. (2017) METTL14 Inhibits Hematopoietic Stem/Progenitor Differentiation and Promotes Leukemogenesis via mRNA m6A Modification. Cell Stem Cell 22.2
Ma, CH., et al. (2018) RNA m6A methylation participates in regulation of postnatal development of the mouse cerebellum. Genome Biology 19.1: 68.
Liu, J., et al. (2018) m6A mRNA methylation regulates AKT activity to promote the proliferation and tumorigenicity of endometrial cancer. Nature Cell Biology 20: 1074
Weng, YL., et al. (2018) Epitranscriptomic m6A Regulation of Axon Regeneration in the Adult Mammalian Nervous System. Neuron 97.2: 313.
Gagliardi, M., et al. (2016) RIP: RNA Immunoprecipitation. Methods in Molecular Biology 1480: 73.
Dominissini, D, et al. (2013) Transcriptome-wide mapping of N6-methyladenosine by m6A-seq based on immunocapturing and massively parallel sequencing. Nature Protocols 8.1: 176-189.
辅助材料——m6A-IP-qPCR不打断直接对total RNA进行IP富集的实验步骤
a.实验前期准备
在进行实验之前,在前期请仔细核对以下信息。在确保任何试剂耗材和仪器设备没有问题情况下,再开展后续实验。
仪器设备
冷冻离心机、磁力架、PCR仪、水浴锅、震荡金属浴、超净工作台和垂直混匀仪等
试剂盒与抗体
RNA提取试剂盒:任意组织对应的Total RNA提取试剂盒
m6A抗体:货号为202003的Synaptic System m6A-antibody
免疫磁珠:货号为14311D Invitrogen Dynabeads Antibody Coupling Kit
RNase 酶抑制剂:Invitrogen 或NEB等品牌的RNase Inhibitor (10 U/μL)
试剂配制
m6A binding buffer(10mL): 0.5 mL Tris-HCl (PH7.4, 1M), 1.5 mL NaCl (5 M), 0.5 mL NP-40 (10% vol/vol stock), 10μL Inhibitor,补ddH2O至10mL
Elution buffer(50mL):10mL 0.1M DTT, 0.44g NaCl, 2.5mL PH7.5 1M Tris-HCl, 0.1mL 0.5M EDTA,0.5mL 10%SDS, 10μL Inhibitor,补ddH2O至50mL
b. 实验步骤
第一步,RNA提取:
可采用TriZol或者RNA提取试剂盒,按照说明进行操作即可,提取后待用。此外,需要将RNA一分为二,推荐按照1:1的比例,一部分用来做IP,另一份当作Input成为本底对照。
第二步,免疫磁珠与m6A抗体预混:
在本次实验中,我们是用有m6A抗体结合的免疫磁珠来达到对m6A修饰RNA的富集的,因此我们需要先制备磁珠,具体步骤如下。
取出Invitrogen Dynabeads Antibody Coupling Kit,在室温平衡半个小时后进行下述操作((注:该步骤中的HB,LB和SB均来自于试剂盒,老师们可以直接用):
(1)按照一个IP体系1 mg beads,5 μL抗体,45 μL C1,50μL C2的比例将上述试剂加入1.5 mL EP管内,吹打混匀(如若打算进行多次qPCR,建议按比例扩大上述体系,以免最终富集到的RNA量不够);
(2)用封口膜包裹EP管,置于恒温震荡金属浴,37℃最大转速孵育16-24h。
(3)将EP管放置在磁力架上至少1min,待溶液澄清后,吸弃上清。
(4)加入800μL HB,吹打混匀,将EP管放置在磁力架上至少1min,待溶液澄清后,吸弃上清。
(5)加入800μL LB,吹打混匀,重复上述操作。
(6)加入800μL SB,吹打混匀,重复上述操作。
(7)重复步骤(4)一次(根据Antibody用量酌情增加重复次数)。
(8)加入800μL SB,吹打混匀,置于垂直混匀仪上混匀15min。
(9)将EP管放置在磁力架上至少1min,待溶液澄清后,吸弃上清。
(10)加入适量体积SB(150μL*样本数),吹打混匀,若不立即使用,置于4℃冰箱待用(不要超过48h)。
第三步,m6A-免疫磁珠与RNA相结合:
(1) 添加150μL已经在3.4步中预混好的m6A-免疫磁珠,加入2 μg RNA(如打算获得更多沉淀下来的m6A修饰RNA,可按照比例扩大免疫磁珠、RNA、binding buffer以及ddH2O的量),添加100 μL m6A binding buffer并加ddH2O补足至500μL。
(2)将这些fragmented RNA与m6A-免疫磁珠在室温下结合1小时,至于垂直混匀仪7圈/分钟。
(3)将EP管放置在磁力架上至少5min,待溶液澄清。
(4)弃上清。
第四步,m6A RNA洗脱(将免疫磁珠上的RNA片段洗脱下来):
(1)将第三步中的EP管从磁力架上取下,加入预热的125μL Elution buffer,缓慢吹打混匀,在42℃下孵育5分钟。
(2)5分钟后再次进行一次缓慢吹打,将EP管置于磁力架上3min。
(3)吸取上清至新的1.5mL EP管。
(4)重复第(1)-(3)步骤三次,目的是将磁珠上RNA片段完全洗脱。
(5)将前面每次洗脱下来的Elution buffer混合到一起,EP管置于冰上。通过4轮洗脱,最后的EP管中的溶液体500μL。
第五步,RNA纯化:
经过洗脱的RNA可能存在浓度较低或者杂质较多的情况,因此需要进一步浓缩,在这里老师可以采用Qiagen货号为74204的RNeasy MinElute Cleanup Kit,提高样品的质量和浓度,使得下游PCR的过程更加的顺利。
Tips:富集前的总RNA总量可能和富集完成纯化后的RNA量有较大的数量级差别,这是正常的。原因在于:
1. 并非所有RNA均具有m6A修饰位点,有些细胞或者组织内的m6A水平较高,但有些可能m6A修饰水平却很低;
2. 我们推荐的抗体虽然是目前市面上品质较好的,但还是可能存在一些“漏网之鱼”,也就是部分m6A修饰的RNA未能与抗体结合。
3. 此外,还可能存在提取出来的RNA量不够下游的反转录以及后续的m6A-IP-qPCR,这个可能是由于RNA富集效果不好,因此需要回溯免疫磁珠与m6A抗体结合的操作过程是否正常;另外一方面也有可能是由于m6A修饰的RNA整体偏低,建议加大整体的反应体系。
第六步,cDNA的合成:
按照反转录试剂盒进行cDNA的合成,(注意:由于该处的打断后的RNA不一定带有polyA尾,所以在这里,进行反转录试剂盒挑选时,建议选择为随机引物并非polydT的反转录试剂盒)
第七步,m6A-IP-Qpcr:
根据m6A-seq的结果,对具有m6A修饰的基因设计适合引物,并采用试剂盒进行qPCR定量实验(在这里,我们推荐老师采用相同浓度的IP和Input进行qPCR,避免繁重的计算)。
qPCR的实验结果为CT值,在这里,大家可能会得到四组Ct值,分别为:对照input的Ct,对照IP的Ct,处理组input的Ct值和对照IP的Ct值,通过以下方式便可计算出这段Peak的变化趋势了:
ΔCt=CtIP-CtInput
ΔΔCt=ΔCt处理组-ΔCt对照组
Fold Change(相对表达量)=2(-ΔΔCt)
一般来说,我们认为当Ct值小于35时,该值是可信的。这里推荐不太建议把CT值在28-30以上的基因作为后期验证的候选基因。当Ct值过大时,可能存在qPCR的假阳性,当这种情况出现时,考虑以下原因:
①RNA质量不好,导致qPCR失败,建议重新IP;
②也有可能该基因m6A修饰程度并不高,导致被拉下的片段偏少,进一步造成Ct值偏大,建议重新挑选目的基因;
③也有可能引物设计不够好,导致循环数偏大,建议看看融解曲线是否有特异性峰。如果没有考虑重新设计引物。
作者简介:
何炳楠博士,联川生物运营部生物信息工程师,负责m6A、RIP、ChIP、转录组、10X单细胞等项目的生信分析及售后工作,在博士期间接受了严格的学术训练,具备扎实的生化功底。何博知识渊博,语言风趣自然,能够博采众长并且用一种较为轻松的方式解答客户的各种疑惑,已展现出联川新一代网红的王者之气。
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