CAGE的全称是cap analysis of gene expression,*早是由日本科学家Hayashizaki等发表在《PNAS》杂志上的。顾名思义,它是有关5’帽子的分析。CAGE是一种使用在分子生物学中的技术,能产生样品中mRNA的5’端快照。这种技术实现了高通量的基因表达分析以及转录起点的图谱分析。
很多方法都能确定转录本的丰度,包括RT-PCR、EST测序、SAGE和大规模平行测序等,这其中大部分都依赖3’端的序列。但是对于转录起点和相关启动子的鉴定,5’端特异的特征序列则是表达谱注释所必需的。因此,研究人员开始利用CAGE进行5’端短序列标签的克隆。
如何开展CAGE呢?《NatureMethods》上曾刊登过详细的实验步骤。1首先,逆转录并富集全长cDNA;然后在cDNA的5’端加上双链CAGE接头,以引入限制性内切酶MmeI的识别位点。在合成**条链之后,用MmeI消化双链RNA,再与**个接头XmaJI连接。之后进行PCR扩增,这样就产生了CAGE标签。纯化和浓缩后,即可进行高通量测序分析。
随后,研究人员利用这种技术产生了人和小鼠组织转录起点和启动子的**张综合的单碱基分辨率图谱,并破译了人白血病细胞系THP-1的转录网络。
然而,在应用过程中,研究人员也发现了一些问题。CAGE需要大量的起始材料,大约50μg总RNA,这就阻碍了一些样品量有限材料的转录组分析。为此,Hayashizaki等开发出一种小规模的CAGE,称为nanoCAGE2,这种方法能够捕获低至10 ng总RNA的5’端转录本。
在2011年1月的《Cold Spring HarborProtocols》上,CharlesPlessy等发表了NanoCAGE的详细步骤。与标准方法不同,nanoCAGE采用了模板转换(template-switching)方法来捕获分子的5’端。操作流程如下图。
在**链cDNA合成反应中加入模板转换寡核苷酸(TS Oligo)和逆转录引物。TSOligo 3’端的3个鸟苷酸以帽依赖的方式与新合成cDNA链3’端的脱氧胞苷杂交。之后,逆转录酶利用TSOligo作为模板,延伸cDNA链。因此,cDNA 3’端的序列与TSOligo的序列反向互补。这些序列是合成和扩增**条链所必需的。这篇操作步骤是可以免费查看的,详见参考文献3。
另外,研究人员还以CAGE为基础开发出了CAGEscan技术。它能够定位转录起点的RNA分子,是探索RNA世界的重要工具。关于CAGE相关技术的原理及成果,详见横滨理化研究所(RIKENYokohama Institute)的网页,地址为: