캡 분석 유전자 발현상

Cap analysis gene expression

캡 분석 유전자 발현(CAGE)은 분자생물학에서 생물학적 샘플(transcriptom)에서 전령 RNA 모집단의 5′ 끝의 스냅숏을 생성하기 위해 사용되는 유전자 발현 기법이다.mRNA (5' 끝부분의 캡슐화)의 시작 부분부터 작은 파편 (역사적으로 27개의 뉴클레오티드가 길지만 지금은 시퀀싱 기술에 의해서만 제한됨)을 추출하여 DNA로 역번역하고 PCR이 증폭(필요한 경우)하여 시퀀싱한다.CAGE는 하야시자키, 카닌치, 동료들에 의해 2003년에 처음 출판되었다.[1]케이지는 FANTOM 연구 프로젝트 내에서 광범위하게 사용되어 왔다.

분석

CAGE의 출력은 관찰된 카운트와 함께 짧은 뉴클레오티드 시퀀스(흔히 표현된 시퀀스 태그와 유사하게 태그라고 함)의 집합이다.CAGE 태그의 복사 번호는 생물 검체에서 RNA 대본 함량의 디지털 정량화를 제공한다.참조 게놈을 사용하여, 연구자는 대개 어느 정도 자신 있게 태그가 추출된 원래의 mRNA(따라서 어떤 유전자)를 결정할 수 있다.

유전자 발현(SAGE)의 유사한 기술 직렬 분석에서 태그가 대본의 다른 부분에서 나오는 것과 달리, KAIDE는 게놈에서 정확한 전사 시작 사이트를 찾는 데 주로 사용된다.이러한 지식은 차례로 연구자가 유전자 발현에 필요한 촉진자 구조를 조사할 수 있게 한다.

CAGE 태그는 게놈에 인코딩되지 않은 추가 구아닌(G)으로 시작하는 경향이 있는데, 이는 첫 스트랜드 cDNA 합성이나[2] 캡 자체의 역변환 과정에서 템플릿이 없는 5′ 확장 때문이다.[3]수정하지 않을 경우, 이는 예를 들어 번역되지 않은 유사 생성물에 대한 CAGE 태그의 잘못된 매핑을 유발할 수 있다.[2]한편, 이러한 Gs 추가는 보다 신뢰성 있는 TSS 피크를 필터링하는 신호로도 활용되었다.[4]

역사

오리지널 케이지 방식(Shiraki et al., 2003)[1]은 5 ends 끝의 포획에 CAP 트라퍼[5], cDNA 합성을 위한 올리고-dT 프라이머, 태그의 클리어브에 대한 타입 IIs 제한 효소 MmeI, 시퀀싱에 Sanger 방법을 사용하고 있었다.

무작위 역변환 프라이머는 2006년 코지우스 외 연구진에 의해 비폴리adenylated RNA를 더 잘 검출하기 위해 도입되었다.[6]

DeepCage (Valen et al., 2008)[7]에서는 태그 코넥테머가 454 "차세대" 시퀀싱 플랫폼에서 더 높은 처리량으로 시퀀싱되었다.

2008년에는 딥CAGE 프로토콜에 바코드 멀티플렉싱이 추가되었다(Maeda 등, 2008).[8]

나노Cage(플레시 외, 2010)[9]에서는, 총 RNA의 적은 시작량을 분석하기 위해, CAP Trapper 대신 템플릿 스위칭 방법으로 5㎛ 엔드나 RNA를 포착했다. 보다 긴 태그는 타입 III 제한 효소 EcoP15I로 분해하여 연결 없이 Solexa(당시 Illumina) 플랫폼에 직접 배열하였다.

효소 태그의 갈라짐과 페어링 엔드로 시퀀싱된 5 5 cDNA를 생략하는 CAGEscan 방법론([9]Plessy et al., 2010)은 새로운 프로모터들을 알려진 주석에 연결하기 위해 같은 글에서 소개되었다.

HeliScopeCage(가나모리-카타야마 외, 2011)[10]를 사용하여 CAP로 포장된 CAYE 프로토콜을 변경하여 효소 태그의 갈라짐과 시퀀스를 PCR 증폭 없이 HeliScope 플랫폼에서 직접 5˚ 상한 엔드를 건너뛰었다.그 후 2012년 Itoh 외 연구진에 의해 자동화되었다.[11]

2012년,[12] 타카하시 외에 의해 표준 CAGE 프로토콜이 업데이트되어 EcoP15I로 태그를 세분화하여 Illumina-Solexa 플랫폼에서 순서를 정했다.

2013년 바투트 외에서는 [13]RAGM에서 CAP 트래퍼, 템플릿 스위칭, 5㎛-인산 의존성 엑소누클리스 소화를 결합하여 프로모터 특이성을 극대화했다.

무라타 외는 2014년에 PCR 증폭과 태그 분할이 없는 Illumina 플랫폼에서 5㎛의 끝부분이 캡슐화되어 있는 nAnTi-CAGE 프로토콜을 발행했다.[14]

폴레인 [15]등은 2017년 나노CAG 프로토콜을 업데이트해 멀티플렉싱(tn5 transposition)을 위한 태그 지정 방법(tn5 transposition 기반)을 활용했다.

2018년 [16]Cvetesic 등은 선택적으로 분해 가능한 반송파 RNA(SLIC-CAGE, "Super-Low Input Carrier-CAGE")를 도입하여 CAP 포장 CAJE의 감도를 높였다.

다카하시 외는 2021년에 싱글 스트랜드 CDNA(Low Quantity Single Strand CAGE, "LQ-ssCAGE")를 직접 적재하는 2스트랜드를 건너뛰어 Illumina sequencer의 CAGE 라이브러리 시퀀싱을 단순화했다.[17]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Shiraki, T; Kondo, S; Katayama, S; et al. (2003-12-23). "Cap analysis gene expression for high-throughput analysis of transcriptional starting point and identification of promoter usage". Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (26): 15776–81. Bibcode:2003PNAS..10015776S. doi:10.1073/pnas.2136655100. PMC 307644. PMID 14663149.
  2. ^ a b Zhao, Xiaobei (2011). "Systematic Clustering of Transcription Start Site Landscapes". PLOS ONE. 6 (8): e23409. Bibcode:2011PLoSO...623409Z. doi:10.1371/journal.pone.0023409. PMC 3160847. PMID 21887249.
  3. ^ Ohtake, Hideki; Ohkoto, Kuniyo; Ishimaru, Yoshihiro; Kato, Seishi (2004). "Determination of the capped site sequence of mRNA based on the detection of cap-dependent nucleotide addition using an anchor ligation method". DNA Res. 11 (4): 305–9. doi:10.1093/dnares/11.4.305. PMID 15500255.
  4. ^ Cumbie, Jason (2015). "NanoCAGE-XL and CapFilter: an approach to genome wide identification of high confidence transcription start sites". BMC Genomics. 16: 597. doi:10.1186/s12864-015-1670-6. PMC 4534009. PMID 26268438.
  5. ^ Carninci, Piero (1996). "High-efficiency full-length cDNA cloning by biotinylated CAP trapper". Genomics. 37 (3): 327–36. doi:10.1006/geno.1996.0567. PMID 8938445.
  6. ^ Kodzius, Rimantas (2006). "CAGE: cap analysis of gene expression". Nat Methods. 3 (3): 211–22. doi:10.1038/nmeth0306-211. PMID 16489339. S2CID 32641130.
  7. ^ Valen, Eivind (2009). "Genome-wide detection and analysis of hippocampus core promoters using DeepCAGE". Genome Res. 19 (2): 255–265. doi:10.1101/gr.084541.108. PMC 2652207. PMID 19074369.
  8. ^ Maeda, Norihiro (2008). "Development of a DNA barcode tagging method for monitoring dynamic changes in gene expression by using an ultra high-throughput sequencer". BioTechniques. 45 (1): 95–7. doi:10.2144/000112814. PMID 18611171. Retrieved 2016-04-28.
  9. ^ a b Plessy, Charles (2010). "Genome-wide detection and analysis of hippocampus core promoters using DeepCAGE". Nat Methods. 7 (7): 528–34. doi:10.1038/nmeth.1470. PMC 2906222. PMID 20543846.
  10. ^ Kanamori-Katayama, Mutsumi (2011). "Unamplified cap analysis of gene expression on a single-molecule sequencer". Genome Res. 21 (7): 1150–9. doi:10.1101/gr.115469.110. PMC 3129257. PMID 21596820.
  11. ^ Itoh, Masayoshi (2012). "Automated workflow for preparation of cDNA for cap analysis of gene expression on a single molecule sequencer". PLOS ONE. 7 (1): e30809. Bibcode:2012PLoSO...730809I. doi:10.1371/journal.pone.0030809. PMC 3268765. PMID 22303458.
  12. ^ Takahashi, Hazuki (2012). "5' end-centered expression profiling using cap-analysis gene expression and next-generation sequencing". Nat Protoc. 7 (3): 542–61. doi:10.1038/nprot.2012.005. PMC 4094379. PMID 22362160.
  13. ^ Batut, Philippe (2013). "High-fidelity promoter profiling reveals widespread alternative promoter usage and transposon-driven developmental gene expression". Genome Res. 23 (1): 169–80. doi:10.1101/gr.139618.112. PMC 3530677. PMID 22936248.
  14. ^ Murata, Mitsuyoshi (2014). "Detecting Expressed Genes Using CAGE". Transcription Factor Regulatory Networks. Methods in Molecular Biology. Vol. 1164. pp. 67–85. doi:10.1007/978-1-4939-0805-9_7. ISBN 978-1-4939-0804-2. PMID 24927836.
  15. ^ Poulain, Stéphane (2017). NanoCAGE: A Method for the Analysis of Coding and Noncoding 5'-Capped Transcriptomes. Methods in Molecular Biology. Vol. 1543. pp. 57–109. doi:10.1007/978-1-4939-6716-2_4. ISBN 978-1-4939-6714-8. PMID 28349422.
  16. ^ Cvetesic, Nevena (2018). "SLIC-CAGE: high-resolution transcription start site mapping using nanogram-levels of total RNA". Genome Research. 28 (12): 1943–1956. doi:10.1101/gr.235937.118. PMC 6280763. PMID 30404778.
  17. ^ Takahashi, Hazuki (2021). "Low Quantity Single Strand CAGE (LQ-ssCAGE) Maps Regulatory Enhancers and Promoters". Enhancers and Promoters. Methods Mol Biol. Vol. 2351. pp. 67–90. doi:10.1007/978-1-0716-1597-3_4. ISBN 978-1-0716-1596-6. PMID 34382184. S2CID 243553132.

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