La reazione a catena della DNA polimerasi презентация

Содержание

PCR “polymerase chain reaction” Descrizione della tecnica, metodo, componenti, variabili, strumenti = termociclatori Tecnica: amplificazione esponenziale a cicli successivi tramite DNA polimerasi (adesso e’ termo resistente) DNA

Слайд 1Lezione 15 - 16 mercoledì 20 aprile 2011
corso vettori biologici II
Biotec industriali
ore

14:00 -16:00 aula 6A

Слайд 2PCR “polymerase chain reaction”
Descrizione della tecnica, metodo, componenti, variabili, strumenti =

termociclatori

Tecnica: amplificazione esponenziale a cicli successivi tramite DNA polimerasi (adesso e’ termo resistente)

DNA polimerasi di “thermophilus aquaticus” (Taq polimerasi)
- salto di qualita’ del metodo, molto piu’ efficiente.

Le applicazioni si sono moltiplicate nella ricerca biologica e medica, nella diagnostica e medicina forense (legale)

Il principio sfrutta l’efficienza (velocita’ di sintesi) della DNA polimerasi utilizzando due inneschi (primers) artificiali scelti dallo sperimentatore sulla sequenza da amplificare (modo esponenziale).

La reazione a catena della DNA polimerasi


Слайд 3Come si fa la PCR, in cosa consiste
amplificazione tramite sintesi

de-novo di nuovi filamenti di DNA da parte della DNA polimerasi di Thermophilus aquaticus
- definizione: reazione ad amplificazione esponenziale con un raddoppio teorico della quantità di DNA ad ogni ciclo di sintesi.

La DNA polimerasi di cosa ha bisogno ?
- del templato denaturato a singolo filamento (forca replicativa?)
dei primers (inneschi)
dei nucleotidi per la sintesi
del tampone
del Magnesio

Reazione a Catena di Polimerizzazione RCP PCR


Слайд 41 denaturazione del DNA a 94°C
2 appaiamento (“annealing”) dei primers al

ssDNA templato, temperatura misurata sulla t° di denaturazione dei primers

3 temperatura ottimale di sintesi della Taq polimerase 72°C che eviti rinaturazione e amplificaz. aspecifiche

alla fine del ciclo prima si doveva riaggiungere la polimerasi

ogni fase del ciclo può durare da 30” ad 1’ o più minuti secondo la lunghezza del frammento da amplificare
(oltre 1’ per più di 2 kb fino a 10’ per 10 kb)

le tre temperature


Слайд 5
applicazione del sistema naturale
la sintesi del DNA è semiconservativa (duplicazione)
le

DNA polimerasi e anche le RNA pol sintetizzano tutte sullo stesso modello di funzionamento:

con il verso 5’- 3’ su uno stampo (templato) antiparallelo 3’-5’
partendo dal 3’ libero di un innesco (primer) appaiato sul templato

anche in vitro si può sfruttare il metodo naturale di sintesi


Слайд 6

l’invenzione geniale
dalla amplificazione lineare a quella esponenziale:
la sintesi in vitro di

DNA già era stata usata anche per le reazioni di sequenziamento, ma solo per una delle due eliche

se aggiungiamo un primer sulla catena complementare:

otteniamo una amplificazione di tutte e due le eliche,
e poi ? se la reazione coninua è esponenziale !


Слайд 7
attenzione al verso dei primers
la doppia elica di DNA ha i

due filamenti antiparalleli dovuti al sistema che è stato selezionato in origine con le polimerasi degli acidi nucleici che sintetizzano tutte nello stesso verso 5’ 3’ da un 3’ libero e su un templato 5’ 3’



dopo la sintesi si otterrano 2 doppie eliche identiche alla prima

denaturazione


Слайд 8
se la reazione in vitro continua
1 doppia elica
2 doppie eliche


Слайд 9
diventa una reazione esponenziale
ma come è possibile fare avvenire la

reazione senza farla fermare ? da sola una doppia elica non si duplica se non si ha la separazione (denaturazione) delle due eliche neosintetizzate !

la tabellina del 2


Слайд 10


5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
Denaturazione
Extension (Polimerizzazione)
Annealing a ~ 50°- 60° C
Denaturazione
5’
5’
5’
3’
3’
3’
3’
5’

Primer frw.

Primer rev.


I CICLO
2 eliche
4

eliche

5’

3’

3’

5’

pr. rev.

pr. frw.

= seq +

+

_

= seq -

Il ciclo (non il velocipede)



Слайд 11
Annealing Extension (Polimerizzazione)
La crescita e’ esponenziale : teoricamente ad ogni ciclo

un raddoppio di DNA, ma dipende dalla messa a punto del protocollo di reazione, molte variabili da ottimizzare

- senza contaminazioni amplificazione da quantita’ minime di DNA (famtogrammi o singole cellule)

- genoma diploide 2 doppie eliche di templato in interfase

II CICLO 4 eliche

5’

5’

5’

3’

3’

3’

3’

5’





5’

5’

5’

3’

3’

3’

3’

5’

5’

5’

5’

3’

3’

3’

3’

5’

Denaturazione

III CICLO

8 eliche

16 eliche

5’

3’

5’

3’

3’

5’

3’

5’

32 eliche…..

IV ciclo

Ciclo continuo


Слайд 12vanno determinate per i tempi, temperature e quantita’(conc.) ogni ciclo =

3 passaggi (fasi)

I passaggio denaturazione (5-10 min. quella iniz. della reazione)

II passaggio appaiamento dei primers (annealing)

III passaggio di sintesi del DNA,
estensione del filamento di DNA a partire dai primers (inneschi)

Fine del ciclo

Alla fine dei cicli programmati viene fatta una estensione di 5 -10 min. per assicurare il completamento della sintesi di tutti i nuovi frammenti iniziati e non terminati

Le condizioni di reazione di ogni passaggio


Слайд 13l’enzima sarà una Taq polimerasi (ne esistono diverse ottenute da mutanti

che aumentano la specificità, efficienza e lunghezza del frammento amplificato

il DNA templato sufficientemente purificato se genomico ad alto peso molecolare

i primers di sintesi prodotti da ditte specializzate (15-25 bp)

la concentrazione del Mg di solito 1,5 mM

il Buffer ottimale per la polimerasi

H2O per portare al volume finale di reazione ~ 50 microlitri

i reagenti della reazione enzimatica


Слайд 14Volume di reazione: da 10 a 50 μl (max 100 μl)

per una preparativa.
Il DNA (templato), abbastanza pulito, non deve essere purissimo, la quantita’ puo’ essere molto poca, normamlmente si usano 10-100 ng di un genoma eucariotico, più di 500 ng possono inibire della reazione

La Taq polimerasi, DNA polimerasi di “thermophilic eubacterium thermus acquaticus” resiste a 95°, frequenza di errore superiore a quelle di eucarioti,
26 x10- 6, ora ce ne sono per diverse finalita’, a basso tasso di errore = high fidelity 8.5 x10- 6, e per frammenti lunghi genomici. Se ne usa da meno di 1U fino a 5 U, ma se si fanno molti cicli conviene spezzare la reazione in due fasi e riaggiungerla

dNTPs: conc. standard 100 μM per ognuno

Il tampone: sale di Tris, il Mg concentrazione empirica tra 0. 5 mM e 4. 5 mM, ogni Taq pol. ha un tampone con concentrazioni saline (buffer) ideali

I primers: scelti per funzionare in coppia, evitare GC ed AT finali, palindromi, sequenze complementari, devono avere TM(melting) simili,

H2O q.b. sterile incontaminata per arrivare al volume finale

Le componenti per la reazione:


Слайд 15la PCR si utilizza per amplificare i frammenti random da sequenziare

a cui sono stati attaccati dei primers tramite ligasi e che fanno da inneschi, prima per la PCR e poi per la reazione di pirosequenziamento delle palline collocate nelle celle in cui entra una pallina solamente.
La reazione è colorimetrica tramite un metodo che vedremo più avanti

nel caso del pyrosequencing


Слайд 16applicazioni della PCR
RT-PCR, nested PCR
PCR inversa
RACE 3’ e RACE 5’
variazioni

sul tema PCR multiplex

Real Time PCR abbreviata = RT-PCR da non confondere

AFLPs
(uso di adapters anche col random sequencing e PCR)

Mutagenesi

Pcr quantitativa e semiquantitativa competitiva

3C = chromosome conformational capture e varianti


Слайд 17Ricerca di un vettore
Per inserzione random nel genoma

Per inserzione sito specifica

nel genoma


Cosa cambia?

Слайд 18Cambia la regione limitrofa
Gene targeting deve avere regioni limitrofe note a)

Random

recombination ha regioni limitrofe ignote b)


Due tipi di PCR per poter fare l’analisi delle regioni limitrofe

PCR classica con primers interni ed esterni alla regione che ricombina col vettore
b) PCR inversa per identificare le regioni limitrofe


Слайд 19Altre possibilità di analisi tramite PCR
perfezionamenti delle tecniche e

degli enzimi

- nuove macchine con determinazione in tempo reale (real-time PCR) tramite laser (light-cycler) del DNA o cDNA amplificato proporzionale al templato iniziale presente nel campione in analisi.

Questa è la PCR quantitativa, diversa dalla PCR semiquantitativa o competitiva.

La PCR quantitativa da un valore assoluto rispetto ad un amplicone di riferimento a quantità nota con la così detta curva di taratura da cui si ricava un c/t value (threshold cycle)

Слайд 20Altre possibili applicazioni della PCR
- abbiamo visto RT-PCR
tramite reverse transcriptase da

mRNA

RT-PCR è il metodo per determinare l’espressione o meglio la trascrizione di un gene

- alternativa all’analisi Northern ma non determina la lunghezza del mRNA, solo la presenza e volendo la quantità trascritta

Слайд 21applicazione RT-PCR
nuovo esercizio: se devo retrotrascrivere un mRNA per ottenere un

un cDNA

devo fare prima una retrotrascrizione con random priming con esanucleotidi

e poi la PCR per vedere se il gene è espresso (trascritto)
esperimento sostitutivo di un Northern, ma non dice la lunghezza del messaggero

i primers come li scelgo ? : sulla sequenza coding che è quella depositata in banca dati e che non è il cDNA che sarebbe il DNA complementare all’mRNA dopo retrotrascriz.

quindi si selezionano i primers come per una normale PCR purchè si abbia la sequenza corrispondente a quella coding = al mRNA = sequenza codificante (quella in banca dati)


Слайд 22La reverse trascrittasi RT
L’uso della reverse trascrittasi risale a quando furono

scoperti i meccanismi molecolari con cui i virus ad RNA si replicavano all’interno delle cellule infettate.

Le più utilizzate sono quelli della Murine Moloney leukemia virus MMLV, Avian myeloblastosis virus AMV che poi sono state anche trasformate per resistere meglio ad alta temperatura per fare la “one step RT-PCR”

Oltre alle RT anche le Taq polimerasi sono state migliorate per efficienza ed affidabilità (riduzione di errori di sintesi).

Слайд 23RT-PCR: cosa si analizza
= analisi della trascrizione di un gene

o isolamento di un cDNA senza Northern blot o screening di una cDNA library (si deve avere una sequenza nota).

La RT-PCR: da RNA totale di cellule per verificare che sia trascritto quel particolare gene. Basta una quantità di RNA molto piccola a differenza di un northern dove per ogni corsa ci occorrono 2-3 μg di poly A mRNA o 7-10 μg di RNA totale. Nel caso di una cDNA library la quantita’iniziale di RNA e di lavoro e’assai maggiore.

RT-PCR classica:
- Primo filamento o con primer di oligo dT o random priming con esanucleotidi. - L’enzima funziona a 37°C; mutanti resistono fino a 60°C.
Si retrotrascrive tutto l’mRNA o tutto l’RNA, nel caso in cui i trascritti siano molto lunghi e l’enzima potrebbe non completare la retrotrascrizione a partire dal polyA.
- Dall’RNA va eliminato il DNA genomico.
- Dopo la sintesi del primo filamento di DNA si puo’ far partire una normale PCR, ma si fa un trattamento di RNase per eliminare l’RNA, gli esanucleotidi e l’oligo dT; ci sono protocolli in cui si fa un’unica reazione perche’ la temperatura della PCR e’ selettiva e la Taq hot-start non si attiva prima di essere portata oltre 70°C.

Слайд 24stratagemmi della RT-PCR
Accorgimento: quando si estrae l’RNA si deve evitare il

DNA
e si puo’ fare un trattamento di DNAse,
e/o scegliere i primers a cavallo di due esoni

I filamento con rev transcript. a bassa temp.

II filamento con Taq polymerase, I coppia di primers
(sulla sequenza del mRNA). Non si vede tutto il trascritto, come in un Northern, non se ne puo’ valutare il peso, ma solo se quel frammento e’ trascritto (cioe’ se c’e’ quel mRNA), non si vede lo “splicing” alternativo salvo scelta dei primers su esoni diversi

Valgono tutte le cose che si sanno per la PCR compreso rischio di amplificazioni aspecifiche, la reazione va messa a punto ogni volta.
A differenza del Northern la buona amplificazione del frammento (amplicone) puo’ dipendere non solo dal fatto che c’e’ molto mRNA, ma anche dall’efficienza della PCR, quindi così non e’ quantitativa.

Слайд 25la retrotrascrizione
Per RT si intende reverse transcriptase su templato di RNA



Per avere un cDNA (DNA complementare ad un RNA messaggero) si deve retrotrascrivere l’mRNA cioe’ farlo diventare DNA

I retrovirus ad RNA fanno la sintesi del DNA complementare al loro cromosoma ad RNA tramite una DNA polimerasi specifica che usa come templato RNA anziche’ DNA.

Pero’ sempre con la sintesi in direzione 5’-3’come ogni polimerasi.

L’enzima “reverse transcriptase” o trascrittasi inversa che si utilizza non e’ termoresistente, ma deriva da un retrovirus eucariotico, AMV avian myeloblastosis virus, M-MuLV Moloney leukemia virus murino ed anche altri. Piu’ recentemente sono state isolate e clonate delle RT mutanti che resistono a temperatura piu’ alta di 37°C fino a 60°C per aumentare specificità.

Le tecniche precedenti per lo studio della trascrizione erano l’analisi Northern e l’isolamento dei cDNA da libraries clonate in vettori vari.

Слайд 26vantaggi della RT-PCR
Analisi della trascrizione tramite PCR
Analisi della trascrizione e non

determinazione del PM dei trascritti (Northern)

Analisi dei livelli di trascrizione più fine per la sensibilità del metodo, se si vedessero tramite Northern le stesse quantità il Northern sarebbe più informativo (anche PM)

Ampliconi possibilmente a cavallo di introni, perché ?

Analisi a partire da piccole quantità di RNA totale,

svantaggio: non si sa la lunghezza del cDNA o mRNA


Слайд 27come si fa una RT-PCR
Si deve ottenere il retrotrascritto cioè il

cDNA ( DNA complementare all’ mRNA)
Si parte da estratti di RNA totali o arricchiti per poly +(A) su resina con oligo dT
La retrotrascrizione può avvenire con primers di esanucleotidi random o con poly T, a seconda della lunghezza dei trascritti e se si vogliono tutte le regioni trascritte o sempre a partire dal 3’ poliadenilato.
RNA è molto instabile e vanno usati degli inibitori delle Rnasi per evitare che si degradino. Il cDNA è molto più stabile e si conserva meglio e più a lungo.

Il cDNA si utilizza per la PCR però c’è un solo filamento complementare al trascritto con senso 5’-3’ inverso.

Слайд 28RT-PCR dal II filamento in poi
Accorgimenti e controlli della RT-PCR
Prima di

retrotrascrivere il cDNA si tratta l’RNA con DNAse per eliminare ogni traccia di DNA genomico che potrebbe dare falsi positivi.
Ottenuto il cDNA dalla reverse trascrittasi si passa alla PCR vera e propria con i primers specifici della regione del messaggero che vogliamo amplificare.
Come accorgimento si può (si deve quando è possibile) amplificare un amplicone che comprende due porzioni di due esoni diversi e così non si amplifica il frammento di DNA genomico che è molto più lungo in quanto contiene l’introne.
Naturalmente la lunghezza dell’amplicone è sempre ragionevole e non c’è nessun bisogno di amplificare esoni interi, ma sequenze dalle 150 alle 500 pb.

Слайд 29genomic & coding sequence, mRNA, cDNA

5’
3’
5’
3’
PCR su cDNA a due filamenti



genomic

sequence con esoni ed introni

5’

3’


Слайд 30Correzione parametri di una PCR
La PCR deve dare dei prodotti che

corrispondono agli attesi

Quando i prodotti non sono gli attesi:


Smear - poca specificità nonostante i primers specifici

si gioca sulla temperature di “annealing”, temp. su

cicli troppo lunghi rendono aspecifica l’amplificazione


Bassa amplific. - stringenza “annealing” alta, temp. giù

- ciclo troppo corto, allungare tempi di annealing o extension

Ritocco dei parametri del protocollo, le variabili, il ciclo,


Слайд 31sequenza di un cDNA dalla banca dati
per aumentare specificità?

facciamo una doppia

PCR :
la seconda interna alla prima = nested PCR

se abbiamo provato ad ottimizzare in ogni modo la nostra PCR e vediamo che si amplificano altri frammenti si prova a fare una seconda PCR sul primo prodotto con nuovi primers

amplificazioni aspecifiche, peso molecolare diverso dall’amplicone prescelto


Слайд 32la sequenza 5’- 3’ di un cDNA
GGATCCCTGT TCCTGATCAC TGATCTCTGG TTCTTTTATT ATGCATATTC

50
ATTTTGAAAT CTGATTCCTT TTCTGAGCAT GTATCAGTCT GACTAGACAC
TGAGTCCTGT CTGATTTCTG AGCCTTGGCC CTCATGAGTA AGTGACCTGC
AGTGGTGGAG GGAGCTCCAG GGGAGCCGAG ACCCTCTCAG TGCATGTACT
CACTGGTAGA TGAAGAAATG ACCCCAATGA TTGCTCCATT CTTCCAGGCT
CAGAGGGGTG TGTAGGCCCC AGGAGGACTT GGTGGGGAGA AGACCAGCCC
AGGCCCTGTG AGTACACCCA GCCCCAGCCC CTAAGGGGTC GCCAGGTCTC
GACTTAGCAC TGGGGAGGGG GTACAGTACA GGAGTGGGGA CAGGAAGGTG
AGGGGAGGCC ATGCCGTTTG TATTCTCTTG CTTTTCTCTC TCTCCTGAAG
CCTCTTGAAT AGACCTGCAG AAATACCCAA AATAGCCCTG TGGGGTGGCT 500
GAGTCATTGT GAACACAGCC CAGGTCAGGT GTTCCAGCCA GAGAACTGCT
GTTCTGAGAA ACATGCCCCA AAACCGAGAC CTGGCCAGGT GTGCCTGGGG
CCTGAGCGAG GGGCTGCAGC CACAGGTAGG CCCAGCCCCA ACCAGCCCAG
AGTCAGCTAG GGCTTTCCAG GTCCAGGGTT AGGCAGAGGT CAGCCAGGGT
CAACCACGGT CTATCTGAGG GGAGAGACAA GAGACACAGA GACATAGAGA
GAGAGAGACA GGGATGGGGA GAGACAAGAG AGACAGGAAA GGAGAGACAA
AGACAGACAC AGAGAGAGAG ATGGGGATGG AGAGAGATAA GAGACAGGGA
CAGGGAGGGA CAGAGGCGAG GCCAGTGACA GAGACAGAGT TACAAGAGAC
AGAAAGAGAG AGAGATGAGA TGAGAGAGAT CAGAAGAAAC GGAGACACAG
ATGGGAGAAA AAGAGAGGAG ATGGGAACAG GAAAAAGAGA CATGGAGACA 1000

I coppia rossa amplicone + lungo
II coppia celeste nested amplicone + corto

calcolate:
la T°C e lunghezza
ampliconi
da bp a bp

scrivete i
primers
da 5’ a 3’


Слайд 33una nested PCR
1 gatcacaggt ctatcaccct attaaccact cacgggagct

ctccatgcat ttggtatttt
61 cgtctggggg gtgtgcacgc gatagcattg cgagacgctg gagccggagc accctatgtc 1frw
121 gcagtatctg tctttgattc ctgcctcatt ctattattta tcgcacctac gttcaatatt 2frw
181 acaggcgaac atacctacta aagtgtgtta attaattaat gcttgtagga cataataata
241 acaattgaat gtctgcacag ccgctttcca cacagacatc ataacaaaaa atttccacca
301 aacccccccc tccccccgct tctggccaca gcacttaaac acatctctgc caaaccccaa
361 aaacaaagaa ccctaacacc agcctaacca gatttcaaat tttatcttta ggcggtatgc
421 acttttaaca gtcacccccc aactaacaca ttattttccc ctcccactcc catactacta
481 atctcatcaa tacaaccccc gcccatccta cccagcacac acacaccgct gctaacccca
541 taccccgaac caaccaaacc ccaaagacac cccccacagt ttatgtagct tacctcctca
601 aagcaataca ctgaaaatgt ttagacgggc tcacatcacc ccataaacaa ataggtttgg
661 tcctagcctt tctattagct cttagtaaga ttacacatgc aagcatcccc gttccagtga
721 gttcaccctc taaatcacca cgatcaaaag ggacaagcat caagcacgca gcaatgcagc 2rev
781 tcaaaacgct tagcctagcc acacccccac gggaaacagc agtgattaac ctttagcaat
841 aaacgaaagt ttaactaagc tatactaacc ccagggttgg tcaatttcgt gccagccacc
901 gcggtcacac gattaaccca agtcaataga agccggcgta aagagtgttt tagatcaccc 1rev
961 cctccccaat aaagctaaaa ctcacctgag ttgtaaaaaa ctccagttga cacaaaatag
1021 actacgaaag tggctttaac atatctgaac acacaatagc taagacccaa actgggatta

determinare lunghezza posizione T melting dei primers
lunghezza ampliconi = da bp n.x a bp n.y e posizione


Слайд 34i controlli essenziali
Controlli, negativi, positivi,
(i controlli ci fanno capire se l’esperimento

è venuto bene)

Cosa è il controllo negativo? E quello positivo?
A cosa servono?

Rischio contaminazione (il DNA templato potrebbe essere presente nell’ambiente dove si esegue l’esperimento)

Perché si ha contaminazione ?

Слайд 35procedure
la Rev Transcript virale a 37°C, mutanti max 65°C
oligo dT, random

priming con esanucleotidi,

dal cDNA in poi PCR

sistemi onnicomprensivi con entrambe le reazioni

PCR con primers esonici

Primers: le stesse condizioni di scelta di PCR diretta

a differenza del Northern si può usare quantità minime di RNA


Слайд 36precauzioni
estrarre RNA eliminando DNA genomico che falsifica il risultato
cosa si vuole

vedere con RT-PCR: la trascrizione di un gene

come eliminare il DNA: con estrazioni specifiche con gradiente in ClCs o con solventi specifici (Guanidina)

dopo l’estrazione trattamento con DNAse

scelta di primers su esoni diversi: il DNA contaminante ha peso molecolare maggiore (introni)


Слайд 37può essere quantitativa?
la RT-PCR può essere quantitativa
l’amplificazione è proporzionale alla quantità

di templato

l’amplificazione è proporzionale alla quantità iniziale

dopo un certo numero di cicli c’è saturazione

saturazione = impossibilità di rilevazione delle differenze o di crescita lineare del prodotto di amplificazione, si perde la proporzionalità di amplificazione e quindi una risposta di tipo quantitativo, resta solo una indicazione qualitativa.


Слайд 38perchè quantitativa ?
l’amplificazione è proporzionale al templato iniziale,
perchè si conserva

la proporzionalità anche dopo molti cicli di amplificazione ?

rispondete perchè già lo sapete!


Слайд 39
la rivelazione su gel
dopo elettroforesi su gel di agarosio si rivela

il DNA amplificato come intensità di banda

Слайд 40controllo di RT-PCR
altro controllo negativo :
assenza di amplificazione sui campioni di

RNA non retrotrascritti

se si amplifica cosa vuol dire?

altro controllo positivo nel caso che il trascritto sia assente o debolissimo:

amplificazione con primers per un gene house-keeping


Слайд 41Controlli della PCR
Controlli di estrazione: quali?
ripetibilità della amplificazione
ripetibilità su

campioni indipendenti
univocità di amplificazione col protocollo ottimizzato

Controlli di contaminazione: quali?
a. estrazione di controllo con i prodotti di estrazione
assenza di amplificazione su a.
b. assenza di amplificazione
su tutti i prodotti di reazione della PCR:
primers
taq polimerase
nucleotidi
tampone
acqua di diluizione

Слайд 42R.A.C.E.
Con la RT-PCR si amplifica solo un frammento del cDNA
Se si

vuole identificare l’intero cDNA e non si conosce e si vuole evitare lo :screening” di una “library” si può ricorrere alla RACE

Слайд 43
(Rapid Amplification of cDNA Ends)
La RACE è una tecnica per l’amplificazione

di sequenze nucleotidiche, usando come stampo un mRNA tra una ben definita regione interna ad esso ed una sua estremità (3’ o 5’).

Questa tecnica, nota anche come “one-sided” PCR o “anchored” PCR, puo’ essere considerata una variante della più classica PCR.

Principi della RACE


Слайд 44Differenze nella ricerca di 5’ o 3’ ignoti
mRNA
AAAAA
5’
3’
poly TTTTT
5’
3’
oligo esa nucleotidi

random

cDNA primo filamento prodotto dalla RT (completi e non)

5’

5’

TTT

3’

3’

3’

5’

I cDNA ottenuti possono avere estremità diverse a secondo
dell’efficienza della RT, e dei primers usati


Слайд 45Cerchiamo il 3’ sconosciuto
In questo caso si usa un oligo dT

per sintetizzare il cDNA
-Prima della RT si può effettuare una reazione di DNase per eliminare il DNA genomico che potrebbe dare falsi positivi perché contamina l’ RNA e successivamente il cDNA
-Dopo la reazione di RT si può fare una reazione di RNase per eliminare RNA

RT = reverse transcriptase / trascrittasi inversa

cDNA

5’

3’

TTTTT

regione nota

regione ignota


Слайд 46
Dalle banche EST (expressed sequence tags);
Da studi di funzione (per

esempio EXON e PROMOTER
TRAPPING);

Dall’IBRIDAZIONE con sequenze conservate evolutivamente
e/o funzionalmente.

Cosa serve per fare la RACE


Слайд 47
mRNA
poly A
5’ noto
3’ ignoto
sintesi del I filamento di cDNA con RT

con
primer oligo dT


TTTTTT

5’

3’

trattamento con RNase

PCR con primer frw. noto e primer rev. con
coda aggiunta




TTTTTT


5’ noto


3’

5’


prim rev.


prim.frw

TTTTTT

3’

5’

3’ ignoto

Race ricerca del 3’ ignoto


Слайд 48Scelta dei primers per la RACE 3’
Il primo primer obbligato

è quello per la RT (poly T)
Il secondo primer viene scelto nella regione nota e deve essere specifico

cDNA

5’

3’

TTTTT

regione nota

regione ignota

primer specifico

Una amplificazione con un solo primer specifico potrebbe dare dei prodotti anche aspecifici.
Quale strategia si può adottare ? Esiste una possibilità per aumentare la specificità di reazione, per ottenere il prodotto specifico corrispondente a ciò che sto cercando ?


Слайд 49RACE 3’

TTT…..TTT

5’
5’
mRNA
poly(A) tail
1 - Annealing tra la coda di polyA

dell’mRNA e un primer contenente una coda di oligo(dT) all’estremità 3’ e retrotrascizione


5’

AAA….AAA

n

TTT…..TTT


5’

3’


RACE 3’


Слайд 50Nested PCR o PCR interna
cDNA
5’
3’
TTTTT
regione nota
regione ignota
I primer specifico
II primer specifico
Il

secondo primer specifico dovrà corrispondere ad una regione interna a quella nota e più al 5’ del cDNA e cioè più al 3’ nella regione nota dell’ mRNA (coding sequence)

La seconda amplificazione perderà la regione corrispondente al primo primer,
si tratta di sequenza già nota e non si perde informazione,
probabilità alta di avere un frammento specifico
probabilità bassa che due sequenze omologhe siano limitrofe due volte nel genoma.
- in casi estremi si può ricorrere ad un terzo primer interno.



Слайд 51un trucco che inganna la polimerasi
3’
5’
5’
3’
primer
la polimerase estende da un 3’

libero su un templato


la polimerase estende da un 3’ libero purchè appaiato

5’

3’

3’

5’

poco importa se ha una parte al 5’ non appaiata, verrà inglobata lo stesso nell’amplicone e ne farà parte dalla amplificazione successiva in cui serve da templato


Слайд 52
2 - Degradazione del templato di RNA
3 - Amplificazione per PCR

usando un primer specifico del gene (GSP) ed uno specifico alla nuova estremità 5’(AUAP o UAP)

3’


…e la specificità???

gsp = gene specific primer
Uap = universal amplification primer
Auap = abridget univ.ampl. primer

Race fasi successive


Слайд 53

GSP 2
TTT…..TTT
5’
3’

AUAP


UAP


3’
5’
La SPECIFICITA’ può essere garantita da un ulteriore amplificazione con

un secondo primer gene specifico (GSP2)


Specificità GSP2

I primers UAP e AUAP servono per avere delle T melting su cui disegnare i GSP



Слайд 54PCR nested RACE 3’
Nel caso di una RACE 3’ cambia solo

il verso dei primers interni alla regione nota ed il primer del 3’ ignoto può essere anche un poly T con una coda per avere una T° melting più consona ai primers interni

Solammente il primer della seq
nota si può cambiare con un
secondo più interno

mRNA

5’

3’

AAAA

RT reverse trascrittasi

cDNA

3’

TTTT

5’

RACE 3’

I filamento

I filamento

5’

TTTT

3’

seq nota

amplicone finale contenente il 3’ ignoto

I prim

II prim

II filamento

AAAA 3’

5’

prim esterno con coda
eventuale

TTTT


Слайд 55RACE 5’ Cerchiamo il 5’ ignoto
Dobbiamo comunque ottenere il cDNA ed

utiliziamo gli stessi metodi utilizzati per ottenere il cDNA della ricerca del 3’ ignoto. C’è anche la possibilità di fare la RT direttamente con un primer noto. L’unico problema è che pochi sono gli enzimi RT che funzionano ad alta temperatura per cui è possibile che il primer specifico non faccia una RT molto specifica. Per questo motivo si tende a fare una RT di tutti i messaggeri (retro-trascrittoma).
Dopodichè si deve fare una terminal transferasi come spiegato nelle diapositive successive, si preparano dei primers con una coda che possono aumentare l’efficienza rispetto al primer poly C. Si devono usare invece i primers interni specifici nested in maniera simile alla RACE 3’.

Слайд 56
5’
mRNA
poly(A) tail
1 - Annealing tra una regione interna dell’mRNA e

un primer gene specifico (GSP1); oppure con poly T o random priming (esanucleotidi random).


GSP1

NON deve essere interno o sovrapposto ad introni;

NON deve avere una Tm molto alta (lavora circa a 42°C);

NON deve avere una bassa specificità o omologia con altri geni;

Race 5’ fase I



Слайд 57
2 - Retrotrascrizione e tailing all’estremità 3’ del cDNA
5’
AAA….AAA
n
5’
3’
Degradazione mRNA
5’
3’

GSP1

Purificazione

del cDNA



3’

5’

CCC….CCC

Race 5’ fase II


Слайд 58
Race 5’ fase III
I inosina


Слайд 59mRNA
poly A
Sintesi del I filamento di cDNA tramite rev.transcript.

primer rev. specifico
5’
3’
5’
3’

5’
3’
cDNA

singolo filamento

rev. transcript. a temp. restrittiva con enzima mutante RH-

trattamento con RNase


5’

3’

cDNA singolo filamento

trattamento con terminal transferase


CCCC

primer frw di poly G


5’

3’

cDNA singolo filamento


CCCC


sintesi secondo filamento

PCR selettiva

c

c

c

c

c

c

c

c

c

c

primer rev. specif.


race 5’ignoto riepilogo


Слайд 60dopo la sintesi del I filam. di cDNA e la terminal


transferase, PCR selettiva con II primer rev. selettivo interno


5’

3’

CCCC


I primer rev. specif.

5’

3’


II primer rev. spec.
interno (nested)



GGGGG

CCCCC C

5’ sconosciuto

II primer rev. spec.
interno (nested)




Clonaggio in un vettore per inserzione con estremita’ coesive per restrizione dell’adattatore o con A-T

Race 5’ ricapitolazione


Слайд 61Clonaggio in plasmidi dedicati con prodotti PCR


con TAQ polymerase w.t. si

hanno aggiunte di A terminali spuri
TAQ proof reading o altri producono ampliconi “blunt ends”
Secondo che enzima si usa, si sceglie un plasmide adeguato.

Esistono in vendita:
- plasmidi gia’ linearizzati con coda di T terminale per facilitare la ligasi tra l’amplicone ed il plasmide
- plasmidi con topoisomerasi coniugata all’estremita’ del plasmide che attacca direttamente l’amplicone senza bisogno di ligasi

Clonaggio dei prodotti PCR


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