microRNA实验方法
作者:
Mary Johnson
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概观miRNA
MicroRNAs(miRNAs)是一类非编码的小RNA分子，通过与靶RNA的3´UTR互补或部分互补结合，使其降解或介导其翻译抑制，参与细胞增殖、凋亡、分化、代谢、发育、肿瘤转移等多种生物学过程.miRNAs基因通常位于基因间或编码蛋白基因的内含子中，在核内由RNA聚合酶II或III转录产生具有特征性茎环结构的pri-miRNA,然后在Drosha-DGCR8复合体的作用下，剪接成70nt的pre-miRNA,它由exportin5由核内运到胞浆。在胞浆内，pre-miRNA在Dicer酶作用下剪切成22bp的成熟双链miRNA,其中的一条链与RISC结合而参与基因转录后水平的调控。
根据miRBase数据库，目前所发现的miRNAs已超过700个，随着高通量测序的应用，将会有更多的新的miRNAs被发现。可能近90%的人类基因受到miRNAs调控，然而，当过表达或抑制某一个miRNA时，在发生调变的众多基因当中寻并鉴定其中起关键作用的靶基因仍然具有相当大的挑战。目前鉴定miRNA靶基因的常用策略是利用生物信息学软件预测，结合基因芯片分析以及生物学实验方法来研究miRNA的功能及寻其中起重要作用的靶基因。此外，利用蛋白质质谱来寻miRNA靶基因也成为一种新的途径。 microRNA的筛选
在上千个miRNA中，哪些miRNA在特定的生物学功能起着关键的作用呢？这是研究miRNA功能所面临的首要问题。miRNA基因技术可以快速有效的提供miRNA表达图谱。通过比较正常样本与疾病样本中miRNA表达图谱的差异，寻在生物学功能上起作用的miRNA。该技术为临床肿瘤诊断提供了新的思路，也为miRNA作为肿瘤的标志物提供了依据。然而基因芯片技术的结果是半定量的，且重复性较差,这就需要通过其它的实验方法来进一步验证。
miRNA的实验验证
为了进一步验证miRNA在组织细胞内的表达，目前常用来检测miRNA的技术主要有以下几种：Northern杂交;原位杂交; Stem-loop实时定量RT PCR.这三种技术各有利弊，可以相互结合应用，来反映细胞内miRNA的真实表达水平。 Northern杂交
MicroRNA是一类很小的分子，部分microRNA表达水平可能很低，因而需要极为灵敏而定量的分析工具。由于其分子很小，用RT-PCR的方法来定量研究有一定困难，特别是重复性较差，步骤繁琐等。目前多数研究人员采用Northern Blot，它是一种重复性好、灵敏高、直接的方法,可以用来检测microRNA的存在、表达量的变化等。而由于放射污染等原因，同位素标记的探针的使用有一定的局限性。而Exiqon公司推出的锁核苷酸（locked-nucleic acid, LNA）探针，具有稳定性高、特异性好、无放射污染等优点，成为新的Northern Blot检测探针[1] [2] [3]。
图 1. Northern杂交表明从人类和小鼠来的前miR-499和成熟miR-499条带。来源于 [6]。
基本原理：将待检测的RNA分子变性后，通过尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离,继而按其在凝胶中的位置转移到尼龙膜上，固定后再与同位素、或其它标记物标记的DNA或RNA探针进行反应。如果待检物中含有与探针互补的序列，则二者通过碱基互补的原理进行结合，游离探针洗涤后用自显影或其它合适的技术进行检测，从而显示出待检的片段及其相对大小。 用途：检测样品中的RNA及其含量，了解基因的状态, 如是否有点突变、扩增重排等。
实验过程
1.提前配制无APS和TEMED的15%的Ura-PAGE胶的混合液，即50ml of Pre-Gels：
1.Urea: 24 g
2.40% Acrylamide: 18.75 mL
3.5x TBE Buffer: 10 mL
4.ddH20: 0 mL
2.器皿的清洗：器皿同Western Blotting装置。
1.用清水冲洗干净，乙醇擦干3%；
2.H2O2 填充浸泡电泳槽、玻璃片、梳子10分钟；
3.用0.1% DEPC处理过的水冲洗电泳槽，梳子和玻璃片。
4.用RNAase Away 擦海绵和其他相关器材。
5.安装配胶装置。
3.配胶：取10 ml Pre-Gels，加入33.3- 45 ul的APS 和 10-20ul的TEMED，混匀，加入玻片中，加入10或15齿梳子。大约30-60 min 即可凝好。
4.RNA样品的准备 Small RNAs（大约107细胞） （或者Total RNA ~20-200ug） 在 ~18ul DEPC H2O 加入 2ul 10xRNA loading buffer。 95℃加热 5min, 冰上冷却。 瞬时离心收集RNA样品。
5.电泳：（装置同Western Blotting电泳装置），电泳液1xTBE。15% Urea-PAGE 在电泳液 1xTBE进行电泳。电压180V 直到溴芬兰到达胶的底部。根据Ambion公司的步骤，在上样之前，300V 预电泳10min（防止胶漏同时活化胶），然后用电泳液1xTBE冲洗孔，将尿素冲出后然后小心、迅速加样。选用的是Roche公司提供的LNA-labeled DNA作为对照，同时将自己合成的RNA Oligo作为阳性对照（总量为1 pmol即可）。其中 溴芬兰的对应的分子量为13nt左右，二甲苯青FF对应的为40 nt左右。
6.转膜（装置同Western Blotting转膜装置），转膜液为0.5ⅹTBE。
1.将胶浸泡在0.5ⅹTBE大约 10min 。
2.用EtBr （0.5ug/ml）染胶10min 后，用紫外凝胶观测RNA电泳情况(参考Ambion公司的条带分析)。用0.5ⅹTBE 洗胶 5min.
3.用铅笔标记好转膜的面，将 Nylon membrane（GE公司）和两片厚滤纸浸泡在 0.5ⅹTBE 大约10min.
4.制备凝胶、膜夹层。将滤纸、胶、膜、滤纸形成三明治结构，注意胶应该靠近阴极侧。注意每层间不能有气泡。
5.装配好转膜装置，装置同Western Blotting转膜装置。
6.于冰上300mA转膜 1 h。
7.把膜（RNA 面朝上）放在紫外交联仪中使用4000J UV进行交联.
8.将膜夹在厚的滤纸中间，80℃烘烤0.5-2 h，可以轻压，以防止膜发生翻卷。
9.如果可以直接做，则放在室温即可；也可以储存在4ºC ，直到使用（可储存6个月）。
10.亚甲蓝（methylene blue）染 3~5min, 在可见光下 黄滤光片对膜照相。
7.杂交
1.在杂交炉中37- 42℃ 在杂交液（7% SDS， 0.2M Na2HPO4）中预杂交1h , 然后将膜放入杂交袋，然后加入配好浓度的Dig-Labeled probe，在杂交炉中37- 42℃杂交过夜。Dig-Labeled probe使用浓度：将10ul的25uM的公司原液稀释十倍后分装储存，取储存probe液（2.5uM）20ul/6ml（U6内参）或2.7-27ul储存液/10ml杂交液（根据miRNA的量或丰度定）。
2.37- 42℃洗膜液（2×SSC，0.1%SDS）洗膜三次，每次15min。
3.室温MABT（0.1M Maleic Acid， 0.15M Nacl，0.3% Tween-20 ，PH7.5）洗膜三次，每次5min。
4.室温用Blocking Solution (用MAB 10倍稀释10×Blocking Solution)封闭 1h 。
5.室温加入anti-Dig antibody 40 min (1:10000-1:5000 in Blocking Solution)。注意：抗体用之前，应该以12000g速度离心5 min。
6.用MABT液洗膜两次，每次15 min。
7.膜在Detection buffer（ 0.1 M Tris-HCl, 0.1M NaCl, pH 9.5）中平衡5 min。
8.配CSPD液（1：100 Detection Buffer），有RNA的膜面向上放入杂交袋中，加入1ml 配好的CSPD液，挤出气泡，封口，孵育5 min.
9.挤出CSPD液，封口，37℃孵育5-15 min。
10.曝光2 min~1h (根据情况定)。一般内参U6在5分钟内即可显影。
实验注意事项
1.配胶时，由于浓度较大，所以尿素比较难溶，尿素的溶解不能加热，可以采用振荡或颠倒离心管；配好的无APS和TEMED的15%的Ura-PAGE胶可以储存在室温或4℃冰箱中（可储存1个月左右）。
2.电泳前，应该按照步骤将装置尽量进行RNAase free处理。
3.RNA上样前，300V 预电泳10min（防止胶漏，同时活化胶），然后用电泳液1xTBE冲洗孔，将尿素冲出后然后小心、迅速加样。此操作需要一定的训练，因为加样孔中很快会析出尿素，一旦有尿素析出对RNA电泳的形态会有一定的影响。
4.LNA探针使用前进行分装，然后冻存于-70℃冰箱中。
5.不同miRNA杂交的温度和时间不同，需要进行条件的摸索。一般内参温度为42℃。
6.尼龙膜紫外交联和烘烤后，可以在4℃冰箱中保存半年以上。
原位杂交
原位杂交分为细胞和组织内原位杂交，该技术检测miRNA表达，可更直观的展示出miRNA的时空表达模式。它不仅可以检测不同细胞系单个细胞中的miRNA表达，还可在不经分类和分离的情况下，比较不同细胞系中miRNA的表达水平。它是分析miRNA表达组织和时序特异性的有力工具。
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图 2. miRNA原位杂交。原位杂交中阴性和阳性对照是非常重要的。来源于 [7]。
佩纳博士2009年发表的原位杂交的方法是被广泛引用的 [4]。 这方法的特点是用甲醛和1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳化二亚胺（EDC）来固定哺乳动物组织。在那篇文章中列出的补充里有实验过程的详细步骤。 miRNA是非常小的，防止miRNA在杂交过程中的损失是最关键步骤之一。EDC的固定可以不可逆地将miRNA的5'磷酸和蛋白质基质绞连。甲醛或EDC单独固定都不能防止miRNA从组织切片在原位杂交过程中损失的。此外，探头和miRNA的熔融温度由于杂交步骤中甲酰胺的干扰也会有改动。
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