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          MeRIP-qPCR方法原理、結果含義、展示方法及應用細談

          瀏覽次數:21855 發布日期:2021-8-10  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
          m6A等RNA修飾的主要研究手段是通過MeRIP方法對發生修飾的片段進行富集,其后進行高通量測序分析修飾位點。而無論是一篇僅展示修飾位點分布特點的譜學文章,還是深入研究修飾調控基因表達機制的文章,在高通量測序這一步之后,通常都需要對篩選出來的部分修飾位點進行低通量的MeRIP-qPCR驗證。這個實驗說來簡單卻必不可少,對于剛剛接觸RNA修飾研究的小伙伴來說,可能會對MeRIP-qPCR的方法原理、結果含義、展示方法等有一些疑問,而看文章中又常常是幾句話帶過,無法解答心中的困惑,看過仍然對自己手里的數字一頭霧水。這次我們就在這里詳細談一談MeRIP-qPCR相關問題。

          1.MeRIP-qPCR的目的是什么?
          首先我們需要明確的是,MeRIP-qPCR的目的是驗證某個目標基因上的某個修飾位點(以一小段區域的形式,MeRIP法精確不到單堿基)的修飾水平。
          得到的結果往往是一個%(IP/Input)的數值,它體現的是該位點的修飾水平(可以大致理解為:這個轉錄本表達了很多條,其中百分之多少是這個位點有修飾的?)需要與普通qPCR驗證基因表達水平(可以大致理解為:這個轉錄本表達了多少條?)的目的區分開。
           
          2.MeRIP-qPCR的實驗方法?
          MeRIP-qPCR就是MeRIP實驗后進行一個qPCR。
          這里的MeRIP實驗同MeRIP-seq測序中的其實相同:對RNA進行片段化。然后每個樣品一分為二,一部分片段用針對該修飾的特異性抗體與RNA片段進行免疫共沉淀(IP),留為IP樣品,另一部分不進行IP直接留作Input樣品。之后對兩部分RNA片段分別進行逆轉錄和qPCR。如果是測序,就是在這里把緊接的qPCR改為接建庫測序。
           
          MeRIP-qPCR流程圖

          3.MeRIP-qPCR引物如何設計?
          由于目的是定量位點的修飾水平,因此MeRIP-qPCR的引物不僅是針對目標基因,還要是針對其上的那個修飾位點(區域)。這個位點信息可以從:

          (1)MeRIP-seq的測序結果中篩選得來
          通常是一段位置坐標,比如云序生物提供的MeRIP-seq結果,某個甲基化峰位置如:chr1:111234-111567。有了這個位置信息,可以去UCSC genome browser網站:
          http://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgGateway選對應的基因組版本獲取這段序列。
           

          (1)MeRIP-seq的測序結果中篩選得來

          (1)MeRIP-seq的測序結果中篩選得來


          (2)網站預測得到
          如果沒有測序,想先通過MeRIP-qPCR看看關注的某基因上是否可能存在修飾,就只能預測一下發生修飾概率高的區域位置。通常這些網站是基于研究公認的該種修飾motif序列等進行預測,需要將目標RNA的序列輸入,可生成預測結果。

          m6A RNA甲基化預測網站:
          http://www.cuilab.cn/sramp/
          m5C RNA甲基化預測網站:
          http://www.rnanut.net/rnam5cfinder/
           
          站預測得到
           
          站預測得到

          4.MeRIP-qPCR為什么沒有內參基因?
          (1)MeRIP-qPCR不需要內參來進行樣本間的均一化矯正
          從結果的形式%(IP/Input)我們也可以看到,這個實驗側重看修飾的片段(IP樣品qPCR結果)占總片段(Input樣品qPCR結果)的比例,實驗目的只是要得到這兩者的比值就體現修飾水平,因此MeRIP-qPCR不涉及到普通的相對定量qPCR需要的內參:
          內參是衡量不同樣品間表達量時用來均一化樣品的,比如默認GAPDH在你的各個樣本之間表達量應當相同,qPCR結果樣品A中目的基因表達量1,GAPDH表達量10;樣品B中目的基因表達量1.5,GAPDH表達量15,那么不能說因為1<1.5所以就說A樣品目的基因表達量低,因為從GAPDH來看可能只是實驗某環節中A樣品的量整體少了一些而已。而是要看A中目的基因表達量是GAPDH的0.1倍,B也是0.1倍,兩樣品中目的基因表達量其實無差別。

          換做MeRIP-qPCR中,如果針對目的基因目的位點qPCR,樣品A的IP結果0.2,Input結果1;樣品B的IP結果0.3,Input結果1.5,我們的%(IP/Input)結果顯示兩個樣品甲基化水平數值都是0.2,修飾水平無差異,到此就完成了目的。

          有人問那沒有做內參,萬一發生如上段提到的樣品用量等環節有差異,會不會影響修飾水平的比較?顯然,如果兩個樣品本來修飾水平相同,那么夸張地想,即使B樣品用量由于手抖加了A的10倍,qPCR結果也會IP和Input信號都增長10倍,不影響這個比值即修飾水平。
           
          qPCR對比示意圖
            
          (2)沒有公認在不同樣品中修飾水平都會穩定的基因可做參照
          前面第1點主要從多個樣品比較的角度解釋了MeRIP-qPCR為何不需要內參基因。
          而有時出現以下情況:1)沒有分組對比,只想看下這一個(組)樣品中該基因算不算有修飾,此時有個疑問:結果的%(IP/Input)達到多少可算作有修飾?——回答是目前沒有一個定值。那么此時難免會希望能有個已知有修飾的參考基因,我們的目的基因如果水平接近或者超過就算有修飾。2)想看看MeRIP實驗體系有沒有問題,做個已知有修飾的基因當陽性對照看看效果。然而RNA修飾是一個動態的可逆的酶促反應,在同個組織細胞中的水平可能都會隨著環境千變萬化,不同組織中更是差別很大,與普通qPCR檢測基因表達時能找到穩定表達的看家基因不同,MeRIP-qPCR沒有一個穩定修飾的基因做參照,目前RNA修飾文章也都不要求有這種參照。

          針對上述目的1),可以同時多做一個非特異性IgG抗體的免疫沉淀富集,對比樣品本身的IP和IgG是否有顯著差異,放在文章中作為該位點有一定程度的修飾的證據。

          針對目的2),也可做IgG對照檢測體系的特異性。除此之外,云序生物代理的GenSeq m6A MeRIP試劑盒中除了提供了IgG抗體,還提供了一對m6A的陽參和一對陰參引物,是根據文獻報道的,靶向 HEK293 細胞中 m6A 修飾的某段 RNA 區域(Positive Primers)和無 m6A 修飾的某段 RNA 區域(Negative Primers), 供有條件且感興趣的用戶驗證實驗效率和抗體特異性。但如前面所說,m6A 修飾具有很強的細胞類型特異性,無法保證在任何細胞系或樣品中,該引物都能作為很好的參照。因此,建議想對實驗體系進行進一步自驗證的用戶,采用 HEK293 細胞的 RNA 進行驗證實驗。
           
          m6A試劑盒
          m6A試劑盒介紹

          5.MeRIP-qPCR不能看出基因表達量?
          有人想:Input樣品又沒經過IP,qPCR操作不就與普通qPCR沒什么差別,那么做了MeRIP-qPCR,不能得到基因表達量的結果嗎?比如前面MeRIP-qPCR例子中A和B樣品Input分別是1和1.5的結果可以用來看一下這個基因在兩樣品中的表達量有沒有差異?——我們不知道,因為沒有GAPDH等內參基因來計算,要看表達量的話就不知道1和1.5的差異是否是如前一段那樣由于用量差異等因素帶來的了。因此通常說起MeRIP-qPCR,結果不能用來體現基因表達量。
          那如果在MeRIP-qPCR步驟中直接多擴增一個GAPDH基因,與目的基因Input聯合在一起定量表達量是否可行?我們只能說可以參考,不過由于MeRIP實驗是有片段化這一步驟的,PCR信號會弱一些,對于驗證表達量的目的來說還是推薦采用常規的qPCR步驟會更準確、風險更小。
           
          6.IP/Input/IgG傻傻分不清:我需要做哪些、如何展示?
          前面1.和2.兩個環節談到過,IP是用該修飾的特異性抗體,通過免疫共沉淀富集帶修飾的片段,Input是不進行富集的所有片段,這兩個是MeRIP-qPCR必做的,每個樣品分別做了這兩部分的PCR結果合起來計算才能體現修飾水平,達到實驗的目的。而IgG如4(2)提到,是用非特異性抗體,通過免疫共沉淀富集非特異性結合的片段,作為對IP的對照,證明IP的信號不是源自抗體非特異性和,而是確實是針對發生修飾的片段。IgG可以選做。MeRIP-qPCR結果通常用柱狀圖展示即可,常見的如以下3種情況:

          (1)只做IP和Input:展示%(IP/Input)值
          如果有兩組樣品,展示一個目的基因在兩組的修飾水平。或者一組樣品,展示多個基因的修飾水平差異,可以只做IP和Input,展示%(IP/Input)值。[1][2]
           (1)只做IP和Input:展示%(IP/Input)值
           
          *為了便于直觀體現組間的比較,有時會將所有%(IP/Input)數值統一除以第一組樣品或第一個基因的%(IP/Input)數值,使柱狀圖中第一組樣品或第一個基因的柱高是1,相當于全部以第一組樣品或第一個基因為基準展示相對修飾水平。經這種處理后通常縱坐標會稱為relative enrichment、relative level.[3][4]
           
          (1)只做IP和Input:展示%(IP/Input)值
           
          (2)做IP、IgG和Input:展示%(IP/Input)值、%(IgG/Input)值
          如果為了嚴謹的證明實驗體系沒有問題,或者驗證指標只有一個分組/一個基因但需要一個對照,可以同時多做一個IgG,結果展示%(IP/Input)和%(IgG/Input)兩個柱子對照。[5][6]
           
          (2)做IP、IgG和Input:展示%(IP/Input)值、%(IgG/Input)值

           
          (3)做IP、IgG和Input:展示Fold enrichment值(%(IP/Input)和%(IgG/Input)的比值)
          如果做了IgG對照,還可以選擇用Fold Enrichment來展示,富集倍數%(IP/Input)/%( IgG/Input),即IP比對照的IgG信號高多少倍,也可以用來體現修飾的水平。通常是分組和基因都是多個時不想一一單獨展示IgG。[7]
           
          (3)做IP、IgG和Input:展示Fold enrichment值(%(IP/Input)和%(IgG/Input)的比值)

          *以上圖參考文獻:
          [1] Liu, L. , Wang, J. , Sun, G. , Wu, Q. , & Pan, Q. . (2019). M6a mrna methylation regulates ctnnb1 to promote the proliferation of hepatoblastoma. Molecular Cancer, 18(1).
          [2] Tong, J. ,  Wang, X. ,  Liu, Y. ,  Ren, X. ,  Wang, A. , &  Chen, Z. , et al. Pooled crispr screening identifies m 6 a as a positive regulator of macrophage activation. Science advances, 7(18), eabd4742.
          [3] Yin, H. ,  Zhang, X. ,  Yang, P. ,  Zhang, X. , &  Zhang, R. . (2021). Rna m6a methylation orchestrates cancer growth and metastasis via macrophage reprogramming. Nature Communications, 12(1).
          [4] Yang, X. ,  Shao, F. ,  D  Guo,  Wang, W. , &  Lu, Z. . (2021). Wnt/β-catenin-suppressed fto expression increases m6a of c-myc mrna to promote tumor cell glycolysis and tumorigenesis. Cell Death & Disease, 12(5).
          [5] Wang, W. ,  Shao, F. ,  Yang, X. ,  Wang, J. , &  Lu, Z. . (2021). METTL3 promotes tumour development by decreasing APC expression mediated by APC mRNA N6-methyladenosine-dependent YTHDF binding. Nature Communications.
          [6]Chen, C. ,  Liu, W. ,  Guo, J. ,  Y  Liu, &  Gao, S. . (2021). Nuclear m6a reader ythdc1 regulates the scaffold function of line1 rna in mouse escs and early embryos. Protein & Cell(7849).
          [7] Zhou, B. ,  Liu, C. ,  Xu, L. ,  Yuan, Y. , &  Ma, X. . (2020). N 6 -methyladenosine reader protein ythdc2 suppresses liver steatosis via regulation of mrna stability of lipogenic genes. Hepatology.

          7.MeRIP-qPCR結果的計算?
          MeRIP-qPCR結果計算如下表:
          計算公式
          *其中DF和IF分別是稀釋倍數。是說一個樣品,由于其中IP到的RNA量一定會比不IP直接保留的Input的RNA量少很多,IP和Input實際取來做逆轉錄+qPCR的模板稀釋倍數不同,因此要把這個倍數考慮進去。比如15μg的片段化RNA經過IP后的RNA全部拿去做IP樣品的qPCR實驗得到Ct值A1, 另3μg的片段化RNA用來作為Input樣品qPCR得到Ct值B1,則%(IP/Input)=2(B1-A1)*(3/15)*100。IgG/Input的計算也是同理。
           
          云序生物m6A修飾研究五大模塊
          01 m6ARNA修飾測序
          m6A RNA修飾測序(m6A-meRIP-seq)
          對m6A RNA甲基化,目前流行的檢測手段為m6A-Seq技術,適用于m6A RNA甲基化譜研究,快速篩選m6A RNA甲基化靶基因。云序可提供mRNA和多種非編碼RNA的m6A測序:
          ●  m6A 全轉錄組測序(涵蓋mRNA,LncRNA,circRNA)
          ●  m6A LncRNA測序(涵蓋LncRNA和mRNA)
          ●  m6A Pri-miRNA測序(涵蓋Pri-miRNA和mRNA)
          ●  m6A  mRNA測序
          ●  m6A  miRNA測序

          02 檢測整體m6ARNA修飾水平
           LC-MS/MS檢測整體RNA修飾水平
          精準高效,可以實現一次檢測,9類修飾水平檢測,一步到位。
          比色法檢測整體RNA修飾水平
          快速檢測m6A整體甲基化水平

          03 m6A RNA修飾上游酶的篩選
           m6A RNA修飾相關酶PCR芯片
          尋找上游直接調控m6A RNA甲基化的甲基轉移酶。

          04 m6A RNA修飾靶基因驗證
           meRIP-qPCR
          云序提供各類不同修飾的meRIP-qPCR服務,可針對mRNA,lncRNA,環狀RNA等不同類型的RNA分子進行檢測,低通量驗證RNA修飾靶基因表達水平。

          05機制互作研究
          5.1 RIP-seq/qPCR
          篩選或驗證RNA修飾直接靶點,研究RNA修飾靶基因的調控機制。
          5.2 RNA pull down -MS/WB
          篩選或驗證目標RNA互作基因或蛋白,研究相應的分子調控機制。
          5.3 雙熒光素酶實驗
          驗證兩基因互作,研究相應的分子調控機制。
          5.4 ChIP-seq
          篩選或驗證目標蛋白與DNA互作,研究相應的分子調控機制。

           
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          標簽: MeRIP qPCR
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