Введение
Лабораторный метод, используемый в молекулярной биологии. Быстрая амплификация концов кДНК (RACE) – это метод, применяемый в молекулярной биологии для получения полной длины последовательности РНК-транскрипта, обнаруженного в клетке. RACE приводит к созданию кДНК-копии интересующей последовательности РНК, полученной посредством обратной транскрипции, за которой следует ПЦР-амплификация этих кДНК-копий (см. ОТ-ПЦР). Усиленные кДНК-копии затем секвенируются и, если они достаточно длинные, должны соответствовать уникальной геномной области. Обычно после RACE следует клонирование перед секвенированием исходных отдельных молекул РНК. Более производительной альтернативой, полезной для идентификации новых структур транскриптов, является секвенирование продуктов RACE с использованием технологий секвенирования нового поколения.
Rapid amplification of cDNA ends (RACE) is a technique used in molecular biology to obtain the full length sequence of an RNA transcript found within a cell. RACE results in the production of a cDNA copy of the RNA sequence of interest, produced through reverse transcription, followed by PCR amplification of the cDNA copies (see RT PCR). The amplified cDNA copies are then sequenced and, if long enough, should map to a unique genomic region. RACE is commonly followed up by cloning before sequencing of what was originally individual RNA molecules. A more high throughput alternative which is useful for identification of novel transcript structures, is to sequence the RACE products by next generation sequencing technologies.
Процесс
RACE позволяет определить последовательность РНК-транскрипта от небольшой известной последовательности внутри транскрипта до 5'-конца (5'-RACE ПЦР) или 3'-конца (3'-RACE ПЦР) РНК. Эта методика иногда называется односторонней ПЦР или ПЦР с анкером. Первый этап RACE – использование обратной транскрипции для получения копии цДНК участка РНК-транскрипта. В этом процессе неизвестный концевой участок транскрипта копируется с использованием известной последовательности из центра транскрипта. Копируемая область ограничена известной последовательностью на 5'- или 3'-конце. Протоколы для 5'- или 3'-RACE немного различаются. 5'-RACE ПЦР начинается с использования мРНК в качестве матрицы для первого раунда синтеза цДНК (или обратной транскрипции) с использованием антисенсорного (обратного) олигонуклеотидного праймера, который распознает известную последовательность в середине интересующего гена; этот праймер называется генно-специфическим праймером (GSP). Праймер связывается с мРНК, а фермент обратная транскриптаза добавляет пары оснований к 3'-концу праймера, образуя специфический одноцепочечный продукт цДНК; это обратный комплемент мРНК. После синтеза цДНК фермент терминальная дезоксинуклеотидилтрансфераза (TdT) используется для добавления цепочки идентичных нуклеотидов, известной как гомополимерный хвост, к 3'-концу цДНК. (Существуют и другие способы добавления 3'-концевой последовательности для первой цепи синтеза цДНК de novo, которые гораздо эффективнее, чем добавление гомополимерного хвоста, но принцип метода остается тем же). Затем проводится ПЦР с использованием второго антисенсорного генно-специфического праймера (GSP2), который связывается с известной последовательностью, и сенсорного (прямого) универсального праймера (UP), который связывается с гомополимерным хвостом, добавленным к 3'-концам цДНК, для амплификации продукта цДНК с 5'-конца. 3'-RACE ПЦР использует естественный поли(А)-хвост, существующий на 3'-конце всех эукариотических мРНК, для инициации обратной транскрипции, поэтому этот метод не требует добавления нуклеотидов с помощью TdT. цДНК генерируются с использованием адапторного праймера Oligo dT (праймера с короткой последовательностью дезокситимидиновых нуклеотидов), который комплементарен поли(А)-участку и добавляет специальную адапторную последовательность к 5'-концу каждой цДНК. Затем ПЦР используется для амплификации 3'-цДНК из известной области с использованием сенсорного GSP и антисенсорного праймера, комплементарного адапторной последовательности.
РАЦЕ-последовательность
Молекулы цДНК, полученные методом RACE, могут быть секвенированы с использованием высокопроизводительных технологий секвенирования (также известных как RACE-seq). Высокопроизводительная характеристика фрагментов RACE значительно экономит время, более чувствительна, менее затратна и технически реализуема по сравнению с традиционной характеристикой фрагментов RACE, включающей молекулярное клонирование с последующим секвенированием по Сэнгеру небольшого числа клонов.
История и применение
RACE может быть использован для амплификации неизвестных 5'- (5'-RACE) или 3'- (3'-RACE) участков молекул РНК, когда часть последовательности РНК известна и является мишенью для ген-специфичного праймера. В сочетании с высокопроизводительным секвенированием для характеристики этих амплифицированных продуктов RACE, этот подход позволяет характеризовать любые типы кодирующих и некодирующих молекул РНК. Идея объединения RACE с высокопроизводительным секвенированием была впервые представлена в 2009 году под названием Deep RACE для картирования мест начала транскрипции (TSS) 17 генов в одной клеточной линии. Например, в исследовании 2014 года, направленном на точное определение сайтов расщепления целевой РНК, направляемой синтетическими siRNA, этот подход был впервые назван RACE-seq. В дальнейшем методология использовалась для характеристики полных неизвестных участков новых транскриптов и транскриптов слияния при колоректальном раке. В другом исследовании, целью которого была характеристика неизвестных структур транскриптов lncRNA, RACE использовался в сочетании с полудлинным секвенированием 454.