知識分享:mRNA的分離和純化

實驗原理

從細胞或組織中得到RNA是一種混合物,其中包括tRNA,rRNA和mRNA,其中RNA為75%~ 85%,tRNA佔10%~16%,而mRNA僅佔1%~5%,並且mRNA基因序列不同,分子量大小不均一,各基因的表達丰度也不一樣。每克細胞可分離出5-10mg RNA。

真核生物mRNA具有5’端帽子結構(m7G)和3’端的poly(A)尾巴。絕大多數哺乳動物細胞的3’端存在20-300個腺苷酸組成的poly(A)尾,這種結構為真核mRNA分子的分離和純化,提供了極為方便的條件,寡聚(dT)纖維素或寡聚(U)瓊脂糖親合層析分離純化mRNA的實驗理論就在於此。

一般mRNA分離純化的原理就是根據mRNA 3’端含有poly(A)尾巴結構特性設計的。當總RNA流經寡聚(dT)(即oligo(dT))纖維素柱時,在高鹽緩衝液作用下,mRNA被特異地吸附在oligo(dT)纖維素柱上,在低鹽濃度或蒸餾水中,mRNA可被洗下,經過oligo(dT)纖維素柱吸附和解吸附,即可得到較純的mRNA。


實驗材料

1、0.1mol/L NaOH (用0.1% DEPC處理過的無RNase水配置)

2、寡聚Oligo(dT)-纖維素

3、加樣/洗滌緩衝液1:0.5 mol/L NaCl, 20 m mol/L Tris-HCl(pH 7.6),每組250mL或0.5mol/L NaCl, 20mmol/L Tris-HCl(pH7.6), 1mmol/L EDTA(pH8.0), 0.1% SDS。(用0.1% DEPC處理過的無RNase水配置)

4、洗滌緩衝液2:0.1 mol/L NaCl, 20 m mol/L Tris-HCl(pH 7.6),每組250mL或10mmol/L Tris-HCl (pH7.6), 1mmol/L EDTA (pH8.0), 0.05% SDS。(用0.1% DEPC處理過的無RNase水配置)

5、5 mol/L NaCl(加0.1% DEPC處理過夜)

6、3 mol/L NaAc pH5.2(加0.1% DEPC處理過夜)

7、無RNase雙蒸水(DEPC水)

8、70%乙醇(用0.1% DEPC處理過的無RNase水配置)

需要用到的實驗儀器:恆溫水浴箱,高速冷凍離心機,紫外分光光度計,巴斯德吸管,玻璃棉,5ml一次性注射器。


實驗過程

(一) oligo(dT)纖維素的預處理

1、用0.1mol/L NaOH懸浮0.5-1.0g oligo(dT)纖維素。

2、將懸浮液裝入填有經DEPC水處理,高壓滅菌後的玻璃棉的巴斯德吸管中,柱床約0.5-1.0mL,用3倍柱床體積的無RNase的滅菌雙蒸水沖洗oligo(dT)纖維素。

3、用3-5倍柱床洗滌緩衝液I沖洗oligo(dT)纖維素,直到流出液的pH值小於8.0。

4、將處理好的oligo(dT)纖維素從巴斯德吸管倒出,用適當的柱床洗滌緩衝液I懸浮,濃度約為0.1g/mL,保存在4℃待用。

(二) 總RNA濃度的調整

1、把總RNA液轉到適合的無RNase離心管中,測定總RNA的濃度。如果總RNA的濃度大於0.55mg/mL,則用無RNase的雙蒸水稀釋至0.55mg/mL,總RNA的濃度對除去rRNA是很重要的。濃度調整以後,把RNA溶液置於65℃水浴加熱5 min,然後迅速插在冰上冷卻。

2、加入一定體積5 mol/L NaCl使RNA溶液中鹽的濃度調至0.5 mol/L。

(三) mRNA的分離

1、mRNA與Oligo(dT)-纖維素結合:用移液器重新懸浮oligo(dT)-纖維素,取適量的oligo(dT)-纖維素到RNA樣品中,蓋上蓋子,顛倒數次將oligo(dT)-纖維素與RNA混勻。於37℃水浴保溫並溫和搖盪15min。oligo(dT)-纖維素與RNA所需量如下表。

表1 總RNA量所需材料的體積

總RNA(mg)

oligo(dT)-纖維素(ml)

洗滌緩衝液1,2(ml)

洗脫體積(ml)

<0.2

0.2

1.0

1.0

0.2-0.5

0.5

1.5

1.5

0.5-1.0

1.0

3.0

3.0

1.0-2.0

2.0

5.0

5.0

2、轉移:取1個5ml注射器,用經過高溫滅菌的玻璃棉塞緊注射器前端,注射器固定在無RNase的支架上,把oligo(dT)-纖維素/RNA懸浮液加入注射器中,把塞子推到底部,收集流出的液體,即把含有未結合上的RNA液體收集到無RNase的離心管中(保留至確定獲得足夠的mRNA)。

3、洗滌:根據表1所需洗滌緩衝液1的體積,直接用注射器慢慢吸取,溫和振盪,充分懸浮mRNA-oligo(dT)-纖維素,推動塞子,用無RNase的離心管收集洗出液。測定每一管的OD260,當洗出液中OD值為0時準備洗脫。

4、洗脫:根據表1所需洗脫液體積,用注射器慢慢吸取洗脫緩衝液2或無RNase雙蒸水到注射器內,充分重懸mRNA-oligo(dT)-纖維素,推動塞子,以1/3至1/2柱床體積分裝到無RNase的離心管中。

5、測定每一管的OD260,合併含有RNA的洗脫液。在4℃條件下,2500g,離心2-3min,將上清轉移至新無RNase的離心管中。

6、沉澱:向上清液中加入1/10體積的3mol/L NaAc (pH5.2), 再加入2.5倍體積的冰冷乙醇,混勻後,-20℃條件下沉澱30min或放置過夜。

7、離心收集:4℃條件下,12000g, 離心15min,小心棄去上清,用70%乙醇漂洗沉澱,4℃條件下,12000g, 離心5 min,小心棄去上清液。沉澱空氣乾燥10min。將mRNA沉澱溶於適當體積的無RNase的雙蒸水,立即用於後續實驗,或用70%乙醇溶解,貯存於-70℃。

8、定量:測定OD260和OD280,計算產率以及OD260/OD280的比率


注意事項

1、整個操作過程必須嚴格遵守無RNase操作環境,且注意操作中的低溫要求。

2、用於純化的總RNA樣品須儘量保持RNA完整,不能被降解,獲得完整mRNA質量的前提條件。

3、總RNA與Oligo(dT)-纖維素的比例要適當,若總RNA會影響mRNA純度。

4、RNA溶液與Oligo(dT)-纖維素結合前必須置於65℃加熱5min,其作用:(1)破壞mRNA的二級結構,特別是poly(A+)尾處的二級結構,使poly(A+)尾充分暴露,提高poly(A+)RNA回收率;(2)解離mRNA與rRNA的結合。加熱後應立即插入冰上,以免由於溫度的緩慢下降使mRNA又恢復其二級結構。


5、應注意mRNA不能被DNA汙染,否則嚴重影響實驗結果。

6、mRNA製備後,可用變性瓊脂糖凝膠電泳撿測其完整性和有無DNA汙染。提取的mRNA應該在0.5~8.0kb之間呈現彌散狀,無明顯區帶,但大部分的mRNA應在1-2.0kb範圍內呈彌散狀。經過一次純化分離的mRNA還會有微量的rRNA殘留,但一般來說不會對後續實驗造成很大的影響,如果樣品純化後量足夠,可將經過一次純化分離的mRNA再純化一次,進一步提高其純度。

7、為防止mRNA降解,應避免多次凍融,可將mRNA少量分裝後保存。 也可將mRNA用70%乙醇溶解,在-70℃保存,保存時間在一年以上。

8、Oligo(dT)-纖維素柱用後可用0.3mol/l NaOH洗淨,然後用層析柱加樣緩衝液平衡,並加入0.02%疊氮鈉(NaN3),放在4℃冰箱保存。經過預處理後可以重複使用。


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