유전자 발현 캡 분석

Cap analysis of gene expression

유전자 발현의 캡 분석(CAP analysis of gene expression, CAGE)은 생물학적 샘플(전사체)에서 전령 RNA 집단의 5' 말단의 스냅샷을 생성하기 위해 분자 생물학에서 사용되는 유전자 발현 기술입니다.mRNA의 시작 부분(5' 말단의 캡핑된 전사체)의 작은 조각(역사적으로 27개의 뉴클레오티드 길이이지만, 현재는 염기서열 기술에 의해서만 제한됨)은 추출되고, cDNA로 역전사되며, PCR 증폭 및 염기서열 분석됩니다.케이지는 [1]하야시자키, 카닌치 및 동료들에 의해 2003년에 처음 출판되었습니다.CAGE는 FANTOM 연구 프로젝트에서 광범위하게 사용되어 왔습니다.

분석.

CAGE의 출력은 관찰된 카운트와 함께 짧은 뉴클레오티드 시퀀스(표현된 시퀀스 태그와 유사하게 태그라고 종종 불립니다)의 세트입니다.CAGE 태그의 복사 번호는 생물학적 샘플에서 RNA 전사체 풍부도의 디지털 정량화를 제공합니다.참조 게놈을 사용하여 연구자는 일반적으로 태그가 추출된 원래 mRNA(그리고 따라서 어떤 유전자)를 어느 정도 자신 있게 결정할 수 있습니다.

태그가 전사체의 다른 부분에서 오는 유사한 기술의 유전자 발현 직렬 분석(SAGE)과 달리, CAGE는 주로 게놈에서 정확한 전사 시작 부위를 찾는 데 사용됩니다.이 지식을 통해 연구자는 유전자 발현에 필요한 프로모터 구조를 조사할 수 있습니다.

CAGE 태그는 게놈에 인코딩되지 않은 추가 구아닌(G)으로 시작하는 경향이 있으며, 이는 캡 [3]자체의 첫 번째 가닥 cDNA[2] 합성 또는 역전사 동안 템플릿이 없는 5' 확장에 기인합니다.수정하지 않으면 예를 들어 전사되지 않은 유사 [2]유전자에 대한 CAGE 태그의 잘못된 매핑이 발생할 수 있습니다.한편, 이러한 Gs의 추가는 보다 신뢰할 수 있는 TSS [4]피크를 필터링하기 위한 신호로도 활용되었습니다.

역사

원래의 CAGE 방법(Shiraki et al., 2003)[1]은 5' 말단을 캡처하기 위해 CAP Trapper[5], cDNA를 합성하기 위한 올리고-dT 프라이머, 태그 절단을 위한 II형 제한 효소 MmeI 및 이들의 염기서열 분석을 위한 Sanger 방법을 사용했습니다.

무작위 역전사 프라이머는 2006년에 Kodzius [6]et al.에 의해 비폴리아데닐화 RNA를 더 잘 검출하기 위해 도입되었습니다.

DeepCAGE(Valen et al., 2008)[7]에서는 태그 콘카테머가 454 "차세대" 시퀀싱 플랫폼에서 더 높은 처리량으로 시퀀싱되었습니다.

2008년, 바코드 멀티플렉싱이 DeepCAGE 프로토콜에 추가되었습니다(Maeda et al., 2008).[8]

nanoCAGE(Plessy et al., 2010)[9]에서는 총 RNA의 더 작은 시작 양을 분석하기 위해 CAP Trapper 대신 템플릿 전환 방법으로 5' 말단 또는 RNA를 캡처했습니다. 더 긴 태그는 Type III 제한 효소 EcoP15I로 절단하고 연결 없이 Solexa(당시 Illumina) 플랫폼에서 직접 시퀀싱했습니다.

효소 태그 절단을 건너뛰고 5' cDNA 염기서열 쌍 끝단을 배열한 CAE 스캔 방법론(Plessy et al.,[9] 2010)은 새로운 프로모터를 알려진 주석에 연결하기 위해 동일한 기사에서 소개되었습니다.

HeliScope CAGE(Kanamori-Katayama et al., 2011)[10]를 사용하여 CAP 트랩된 CAGE 프로토콜이 PCR 증폭 없이 HeliScope 플랫폼에서 효소 태그 절단을 건너뛰고 캡핑된 5' 말단을 직접 시퀀스하도록 변경되었습니다.그 후 2012년에 이토 [11]등에 의해 자동화되었습니다.

2012년, 표준 CAGE 프로토콜은 Takahashi [12]등에 의해 EcoP15I로 태그를 절단하고 Illumina-Solexa 플랫폼에서 시퀀스를 수행하도록 업데이트되었습니다.

2013년, Batut [13]등은 프로모터 특이성을 극대화하기 위해 RAMP에서 CAP 트래퍼, 템플릿 스위칭 및 5'-인산 의존적 핵산 분해 효소 소화를 결합했습니다.

2014년에 Murata [14]등은 nAnTi-CAGE 프로토콜을 발표했습니다. 여기서 상한 5' 말단은 PCR 증폭 및 태그 절단 없이 Illumina 플랫폼에서 시퀀싱됩니다.

2017년에 Poulain [15]등은 다중화를 위해 (Tn5 전위에 기초한) 태그 부착 방법을 사용하도록 nanoCAGE 프로토콜을 업데이트했습니다.

2018년 Cvetesic [16]등은 선택적으로 분해 가능한 운반체 RNA(SLIC-CAGE, "Super-Low Input Carrier-CAGE")를 도입하여 CAP 트랩 케이지의 민감도를 높였습니다.

2021년, 다카하시 [17]외 연구진은 단일 가닥 cDNA(저수량 단일 가닥 CAGE, "LQ-ssCAGE")를 직접 로딩하는 2차 가닥 합성을 건너뛰어 일루미나 시퀀서에서 CAGE 라이브러리의 순서를 단순화했습니다.

참고 항목

레퍼런스

  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 (1): 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). "Linking promoters to functional transcripts in small samples with nanoCAGE and CAGEscan". 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.

외부 링크