La reazione a catena della DNA polimerasi

Содержание

Слайд 2

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

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 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 3

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

Come 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 4

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

1 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)

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

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

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

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

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’

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

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 12

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

vanno 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 13

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

l’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 14

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

Volume 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 15

la PCR si utilizza per amplificare i frammenti random da sequenziare

la 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 16

applicazioni della PCR RT-PCR, nested PCR PCR inversa RACE 3’ e

applicazioni 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 17

Ricerca di un vettore Per inserzione random nel genoma Per inserzione

Ricerca di un vettore

Per inserzione random nel genoma
Per inserzione sito specifica

nel genoma
Cosa cambia?
Слайд 18

Cambia la regione limitrofa Gene targeting deve avere regioni limitrofe note

Cambia 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 19

Altre possibilità di analisi tramite PCR perfezionamenti delle tecniche e degli

Altre 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 20

Altre possibili applicazioni della PCR - abbiamo visto RT-PCR tramite reverse

Altre 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 21

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

applicazione 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 22

La reverse trascrittasi RT L’uso della reverse trascrittasi risale a quando

La 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 23

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

RT-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 24

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

stratagemmi 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 25

la retrotrascrizione Per RT si intende reverse transcriptase su templato di

la 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 26

vantaggi della RT-PCR Analisi della trascrizione tramite PCR Analisi della trascrizione

vantaggi 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 27

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

come 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 28

RT-PCR dal II filamento in poi Accorgimenti e controlli della RT-PCR

RT-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 29

genomic & coding sequence, mRNA, cDNA 5’ 3’ 5’ 3’ PCR

genomic & coding sequence, mRNA, cDNA

5’

3’

5’

3’

PCR su cDNA a due filamenti

genomic

sequence con esoni ed introni

5’

3’

Слайд 30

Correzione parametri di una PCR La PCR deve dare dei prodotti

Correzione 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 31

sequenza di un cDNA dalla banca dati per aumentare specificità? facciamo

sequenza 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 32

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

la 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 33

una nested PCR 1 gatcacaggt ctatcaccct attaaccact cacgggagct ctccatgcat ttggtatttt 61

una 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 34

i controlli essenziali Controlli, negativi, positivi, (i controlli ci fanno capire

i 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 35

procedure la Rev Transcript virale a 37°C, mutanti max 65°C oligo

procedure

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 36

precauzioni estrarre RNA eliminando DNA genomico che falsifica il risultato cosa

precauzioni

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 37

può essere quantitativa? la RT-PCR può essere quantitativa l’amplificazione è proporzionale

può 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 38

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

perchè 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

la rivelazione su gel

dopo elettroforesi su gel di agarosio si rivela

il DNA amplificato come intensità di banda
Слайд 40

controllo di RT-PCR altro controllo negativo : assenza di amplificazione sui

controllo 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 41

Controlli della PCR Controlli di estrazione: quali? ripetibilità della amplificazione ripetibilità

Controlli 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 42

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

R.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

(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 44

Differenze nella ricerca di 5’ o 3’ ignoti mRNA AAAAA 5’

Differenze 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 45

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

Cerchiamo 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

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

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 48

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

Scelta 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 49

RACE 3’ TTT…..TTT 5’ 5’ mRNA poly(A) tail 1 - Annealing

RACE 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 50

Nested PCR o PCR interna cDNA 5’ 3’ TTTTT regione nota

Nested 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 51

un trucco che inganna la polimerasi 3’ 5’ 5’ 3’ primer

un 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

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’

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 54

PCR nested RACE 3’ Nel caso di una RACE 3’ cambia

PCR 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 55

RACE 5’ Cerchiamo il 5’ ignoto Dobbiamo comunque ottenere il cDNA

RACE 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

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

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

Race 5’ fase III

I inosina

Слайд 59

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

mRNA

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 60

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

dopo 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