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mRNA技术和它的PolyA尾长案例分析 [复制链接]

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疫情以来,mRNA疫苗迅速破圈走红,刮起了一场“催生新一代疗法的医学革命”。实际上,早在年代,科研人员就首次发现了mRNA。此后历经半个多世纪的探索,直至年新冠mRNA疫苗上市,这款被寄予厚望的明星产品终于走向商业化落地的初舞台。

mRNA技术大放异彩的背后,是工艺技术的大跨步进展。研究表明,核酸的PolyA结构可以让mRNA在细胞中免受核酶的降解,增强mRNA的稳定性,同时PolyA结构长度可以控制转录效率。因此,有效地检测核酸尾部PolyA的长度及不同长度A的占比是评估mRNA质量的重要指标。

随着越来越多mRNA产品的研发申报,客户对于polyA分析方法的可靠性和完成周期提出了更高的要求,这也对研究型实验室提出了更高的挑战。本期#微谱药研院·技术共探,我们将共同探讨LC-MS法检测mRNA核酸PolyA尾长的原理,以两则案例展开分析,并就常见问题给予答疑。如果还有更多疑问,欢迎文末留言讨论!

1、方法原理

mRNA样本的PolyA酶切处理一般采用RnaseT1酶。T1酶的特异性酶切位点是G碱基右侧的磷酸二酯键,而酶切后的PolyA尾片段回收方式一般有两种:一是直接将PolyA尾片段从mRNA中进行直接分离后上机分析;二是在前一步基础上,再利用Oligo磁珠提取PolyA尾巴片段进行上机分析(LC-MS)。

2、案例分析

CASE01T1酶直接酶切,无纯化

T1酶直接酶切,前处理简单,但是杂质较多。对于碱基个数多的核酸片段,出峰时间会靠后,见图1。对单个峰进行原始质荷比图的提取,通过原始质荷比图的特征定位PolyA尾巴片段。

PolyA尾巴片段的原始质荷比图为正态分布或者类正态分布,见图2。

再对质谱数据进行解卷积分析可得到结果,见图3。

CASE02T1酶切和Oligo磁珠纯化

与前面的方法相比,加入olig磁珠虽然使得前处理变复杂,成本也会相对升高,但最终呈现的效果会有明显提升,杂峰也显著减少,见图4。

对于一个mRNA样品,假设理论序列如图5所示。采用T1酶酶切,可能会有2段PolyA尾巴片段。但是多段尾巴可能在TIC图上是重叠的,原始质荷比图也会有所重叠,但分子量不会重叠,如图4所示,RT为8.81min的峰,其实是两段PolyA尾巴片段(碱基差异值是35A)的重叠。

1)当碱基个数相差更多时,可在TIC图上看到区别,同样原始质荷比图可以看到有所叠加,如图6所示。根据碱基个数多的核酸片段,出峰时间会靠后的特点,合理选择提取原始质荷比图的范围或者优化液相参数,可对被T1酶切成两段的PolyA尾巴片段进行数据分析。

2)也可优化液相参数将两段加尾片段在UV和TIC图谱上进行分离,如图7所示。两段加尾片段的原始质荷比图和解卷积图谱见图8和图9。

PolyA尾巴片段主要报告不同长度尾巴片段的占比,根据不同长度A在解卷积图谱上的响应值来计算。一般理论分子量和实际分子量的差值不超出2Da。

计算公式如下所示:

比例(%)=(X/S)×%

X:不同PolyA长度的峰高,不同的PolyA长度利用其分子量来区分。

S:所有检测到的不同PolyA长度的峰高之和。

3、常见答疑

Q:理论分子量和实测分子量对不上?

A:注意碱基是否有修饰,一般U碱基会进行甲基化修饰。

T1酶的特异性酶切位点是G碱基右侧的磷酸二酯键,尾部片段中G碱基在尾巴片段的左边和右边,理论分子量差值是80。

Q:如何获得完整的加尾片段?

A:可利用H酶的特异性,切割DNA和RNA的杂交位点,但是会有多个切割位点。

先根据RNA的理论序列设计探针,在加尾片段的前段形成DNA和RNA杂交链;然后利用H酶的特异性获得完整的加尾片段。

Q:解卷积图谱中加合峰的来源?

A:化合物在质谱中出峰,大部分情况下是以加H+的模式,但是也有因为系统(流动相中、系统管路、六通阀、喷雾针等均可能)中或者前处理过程中有残留的金属离子,而形成金属离子加合峰的情况。

采用磁珠纯化过程中会使用到一些金属离子钠,锂,流动相中可能还会出现钾,这都可能会导致加合峰的产生。

同时,同一个仪器测试多个不同类型的项目,这种使用方式也可能会带来加合峰的产生。

Q:检测不到尾巴片段?

A:流动相在超声过程中,瓶子敞口,导致六氟异丙醇挥发。

操作环境的温度可能导致核酸降解。

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