3.用RNase III 消化長片斷雙鏈RNA制備siRNA
其他制備siRNA的方法的缺陷是需要設計和檢驗多個siRNA序列以便找到一個有效的siRNA。而用這種方法——制備一份混合有各種siRNAs “混合雞尾酒” 就可以避免這個缺陷。選擇通常是200—1000堿基的靶mRNA模版,用體外轉錄的方法制備長片斷雙鏈dsRNA ,然后用RNase III (or Dicer) 在體外消化,得到一種siRNAs“混合雞尾酒”。在除掉沒有被消化的dsRNA后,這個siRNA混合物就可以直接轉染細胞,方法和單一的siRNA轉染一樣。由于siRNA混合物中有許多不同的siRNAs,通常能夠保證目的基因被有效地抑制。
dsRNA消化法的主要優點在于可以跳過檢測和篩選有效siRNA序列的步驟,為研究人員節省時間和金錢(注意:通常用RNAse III通常比用Dicer要便宜)。不過這種方法的缺點也很明顯,就是有可能引發非特異的基因沉默,特別是同源或者是密切相關的基因。現在多數的研究顯示這種情況通常不會造成影響。
zui適用于:快速而經濟地研究某個基因功能缺失的表型
不適用于:長時間的研究項目,或者是需要一個特定的siRNA進行研究,特別是基因治療體內表達前面的3種方法主要都是體外制備siRNAs,并且需要專門的RNA轉染試劑將siRNAs轉到細胞內。而采用siRNA表達載體和基于PCR的表達框架則屬于:從轉染到細胞的DNA模版中在體內轉錄得到siRNAs。這兩種方法的優點在于不需要直接操作RNA。
4. siRNA表達載體
多數的siRNA表達載體依賴三種RNA聚合酶III 啟動子(pol III)中的一種,操縱一段小的發夾RNA(short hairpin RNA, shRNA)在哺乳動物細胞中的表達。這三類啟動子包括大家熟悉的人源和鼠源的U6啟動子和人H1啟動子。之所以采用RNA pol III啟動子是由于它可以在哺乳動物細胞中表達更多的小分子RNA,而且它是通過添加一串(3到6個)U來終止轉錄的。要使用這類載體,需要訂購2段編碼短發夾RNA序列的DNA單鏈,退火,克隆到相應載體的pol III 啟動子下游。由于涉及到克隆,這個過程需要幾周甚至數月的時間,同時也需要經過測序以保證克隆的序列是正確的。siRNA表達載體的優點在于可以進行較長期研究——帶有抗生素標記的載體可以在細胞中持續抑制靶基因的表達,持續數星期甚至更久。
病毒載體也可用于siRNA表達,其優勢在于可以直接率感染細胞進行基因沉默的研究,避免由于質粒轉染效率低而帶來的種種不便,而且轉染效果更加穩定。zui適用于:已知一個有效的siRNA序列,需要維持較長時間的基因沉默。不適用于:篩選siRNA序列(其實主要是指需要多個克隆和測序等較為費時、繁瑣的工作)。
5. siRNA表達框架
siRNA表達框架(siRNA expression cassettes,SECs)是一種由PCR得到的siRNA表達模版,包括一個RNA pol III啟動子,一段發夾結構siRNA,一個RNA pol III終止位點,能夠直接導入細胞進行表達而無需事前克隆到載體中。和siRNA表達載體不同的是,SECs不需要載體克隆、測序等頗為費時的步驟,可以直接由PCR得到,不用一天的時間。因此,SECs成為篩選siRNA的zui有效工具,甚至可以用來篩選在特定的研究體系中啟動子和siRNA的zui適搭配。如果在PCR兩端添加酶切位點,那么通過SECs篩選出的zui有效的siRNA后,可以直接克隆到載體中構建siRNA表達載體。構建好的載體可以用于穩定表達siRNA和長效抑制的研究。
這個方法的主要缺點是①PCR產物很難轉染到細胞中(晶賽公司的Protocol可以解決這一問題)②不能進行序列測定,PCR和DNA合成時可能差生的誤讀不能被發現導致結果不理想。zui適用于:篩選siRNA序列,在克隆到載體前篩選zui佳啟動子不適用于:長期抑制研究。(如果克隆到載體后就可以了)
(三)siRNA的轉染
將制備好的siRNA,siRNA表達載體或表達框架轉導至真核細胞中的方法:
將氯化鈣,RNA(或DNA)和磷酸緩沖液混合,沉淀形成包含DNA且極小的不溶的磷酸鈣顆粒。磷酸鈣-DNA復合物粘附到細胞膜并通過胞飲進入目的細胞的細胞質。沉淀物的大小和質量對于磷酸鈣轉染的成功至關重要。在實驗中使用的每種試劑都必須小心校準,保證質量,因為甚至偏離zui優條件十分之一個pH都會導致磷酸鈣轉染的失敗。
為了達到高的轉染效率,在轉染實驗過程中,需要注意以下幾點:
1.純化siRNA
在轉染前要確認siRNA的大小和純度。為得到高純度的siRNA,推薦用玻璃纖維結合,洗脫或通過15-20%丙烯酰胺膠除去反應中多余的核苷酸,小的寡核苷酸,蛋白和鹽離子。注意:化學合成的RNA通常需要跑膠電泳純化(即PAGE膠純化)。
2.避免RNA酶污染
微量的RNA酶將導致siRNA實驗失敗。由于實驗環境中RNA酶普遍存在,如皮膚,頭發,所有徒手接觸過的物品或暴露在空氣中的物品等,此保證實驗每個步驟不受RNA酶污染非常重要。
3.健康的細胞培養物和嚴格的操作確保轉染的重復性
通常,健康的細胞轉染效率較高。此外,較低的傳代數能確保每次實驗所用細胞的穩定性。為了優化實驗,推薦用50代以下的轉染細胞,否則細胞轉染效率會隨時間明顯下降。
4.避免使用抗生素
Ambion公司推薦從細胞種植到轉染后72小時期間避免使用抗生素。抗生素會在穿透的細胞中積累毒素。有些細胞和轉染試劑在siRNA轉染時需要無血清的條件。這種情況下,可同時用正常培養基和無血清培養基做對比實驗,以得到zui佳轉染效果。
5.選擇合適的轉染試劑
針對siRNA制備方法以及靶細胞類型的不同,選擇好的轉染試劑和優化的操作對siRNA實驗的成功至關重要。
6.通過合適的陽性對照優化轉染和檢測條件
對大多數細胞,看家基因是較好的陽性對照。將不同濃度的陽性對照的siRNA轉入靶細胞(同樣適合實驗靶siRNA),轉染48小時后統計對照蛋白或mRNA相對于未轉染細胞的降低水平。過多的siRNA將導致細胞毒性以至死亡。
7.通過標記siRNA來優化實驗
熒光標記的siRNA能用來分析siRNA穩定性和轉染效率。標記的siRNA還可用作siRNA胞內定位及雙標記實驗(配合標記抗體)來追蹤轉染過程中導入了siRNA的細胞,將轉染與靶蛋白表達的下調結合起來。