科普讲堂 | RNA样本提取与判读的方法及常见问题分析
RNA介绍
核糖核酸（缩写为RNA，即Ribonucleic
Acid），存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种，即A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、U（尿嘧啶），其中，U（尿嘧啶）取代了DN的T（胸腺嘧啶）。核糖核酸在体内的作用主要是引导蛋白质的合成。
RNA提取（TRlzol提取法）
1．取样，研磨（组织）： 迅速取出组织样本，在电子天平中称重约0.3-0.5 g（也可根据实际经验估测取样量），放入液氮预冷的研钵中，边研磨边加液氮，整个过程都不要使组织融化。
2．裂解：
（1）组织：按每100
mg组织加入1 mL TRIzol，继续研磨至较细粉末，将组织裂解液转移到1.5 mL 离心管中，每管约1 mL，室温放置15min以上；也可直接将研磨的较细粉末用枪头刮入已取好的含有1 mL TRIzol的1.5 mL 离心管中，4℃放置10 min，或室温放置15min以上；
（2）细胞：（悬浮细胞需预处理：4℃，3000
rpm，离心10 min，收集细胞沉淀于1.5 mL 离心管底）；弃去培养液，加入适量1xPBS洗一次，弃去1xPBS，加入1 mL
TRIzol试剂（TRIzol加入量基于细胞数（1 mL/ 0.5-1x107个）或培养瓶的面积（1 mL/10 cm2），用移液器轻吹打几次，超净台中室温放置15 min以上，转移1 mL 液体到1.5 mL 离心管中。
（3）若不马上进行提取，可放入－80℃冰箱中冻存。
3．抽提： 按0.2 mL 氯仿/ 1 mL TRIzol的比例加入氯仿，vortex 30 sec或用手剧烈摇动15 sec，室温放置2-3 min后， 4℃，12000 rpm，离心15 min；小心转移上清到一新的1.5 mL 离心管中，不要吸取中间层。
4．沉淀： 按异丙醇/上清=1:1的比例加入异丙醇，上下颠倒混匀，-20℃放置30 min后，4℃，12000 rpm 离心15 min。弃上清，异丙醇不要回流过多，可再短暂离心，用移液器将剩余的异丙醇吸出。
5．漂洗： 加入1 mL 75％乙醇，用手指将沉淀块弹起，上下颠倒几次，4℃，12000 rpm 离心5 min。弃上清，75％乙醇不要回流过多，可再短暂离心，用移液器将剩余的75％乙醇吸出。
6. 风干，溶解： 超净台中自然干燥 5-10 min，不要真空离心干燥， RNA不要完全干透，以防不能完全溶解；用DEPC水溶解RNA，60-65℃助溶 5-10 min。
7. 定量： 进行Total RNA定量，如果不马上定量，将样品贮存于-80℃。
RNA定量
我们一般通过Nanodrop紫外分光光度计测定RNA样本在260nm处的吸光值来计算RNA含量。但是，DNA和RNA都有吸收紫外光的性质，其性质是嘌呤环和嘧啶环的共轭双键系统所具有的，所以嘌呤和嘧啶以及一切含有它们的物质，不论是核苷、核苷酸或核酸都有吸收紫外光的特性。所以紫外法不能区分DNA和RNA，只能用来鉴定核酸的纯度和含量。
Nanodrop紫外分光光度计可以得到以下参数：
OD230 ：杂质（酚、糖原等碳水化合物）的吸光度；
OD260 ：核酸的吸光度；
OD280 ：蛋白质的吸光度；
OD260 /280 ：纯的RNA比值在1.5 ~2.1之间，如果比值低，表示受到蛋白质的污染；
OD260 /230 ：纯的RNA比值在2.0 ~2.5之间，如果比值低，表示受到有机物如糖、肽、苯酚等的污染。
RNA完整性鉴定
我们一般使用电泳、Agilent2100等仪器来鉴定RNA的完整
RIN值
RIN（RNA integrity number）代表RNA完整性的数值，对total RNA的完整性进行数字化的评估，范围在1 ~10，数值越接近10表明样品完整性越高，反之完整性越差，如下图所示。
RNA降解程度对各个测序项目的影响
① 转录组测序： 降解程度会影响5’ 端的数据质量；
② micRNA测序： 由于本身的片段较小，受降解的影响较小；
③ 降解组测序： 若受到外源降解，回复给内源性降解，受影响较大；
④ lncRNA和circRNA测序： rRNA去除方式建库，样本降解影响小。
原核污染对各个测序项目的影响
① 转录组测序： 一般不影响数据，轻微污染时可无视，污染较严重时需增加建库起始量；
②micRNA测序： 对数据影响较小，一般是按污染比例对数据的比对率和有效数据量产生影响，轻微污染时可无视，污染比例较高时需加测数据量；
③ 降解组： 情况同转录组；
④ lncRNA和circRNA测序： 影响极大，建库方式决定了如果污染，若不给予处理，数据可能完全没法用，故对该问题需要高度警戒。
常见问题分析
得率低：
① 样品裂解或匀浆处理不彻底；
② RNA沉淀未完全溶解。
A260/A280<1.65（RIN<7）：
①检测吸光度时，RNA样品没有溶于水，而溶于了TE。低离子浓度和低pH值条件下A280值偏高；
②样品匀浆时加的试剂量太少；
③ 匀浆样品时未在室温放置5分钟；
④ 吸取水相时混入了有机相；
⑤ RNA沉淀未完全溶解。
RNA降解：
①组织取出后没有马上处理或冷冻；
②待提取RNA的样品保存在了-5至-20℃；
③细胞在用胰酶处理时过度；
④溶液或离心管未经RNase去除处理；
⑤电泳时使用的甲醛pH值低于了3.5。
DNA污染：
①样品匀浆时加的试剂量太少；
②样品中含有有机溶剂(如乙醇，DMSO等)，强缓冲液或碱性溶液蛋白聚糖和多糖污染：沉淀RNA的过程中作以下改进可去除这些污染，步骤7中，每使用1mlTRIzol在水相中加0.25ml异丙醇和0.25ml高盐溶液(0.8M柠檬酸钠和1.2MNaCl)混合离心，按之前操作进行。这种方法可使蛋白聚糖和多糖留在溶液中，高效沉淀出纯RNA。从含有大量多糖的植物中提取RNA时应在匀浆后离心，并加上以上操作步骤。
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百奥益康是国内为数不多实现“研发+市场”自主大幅增长的落地团队。公司管理团队、技术团队和营销团队有丰富的单细胞领域服务和研发经验，曾成功领导打造了国内领先的单细胞科研服务团队，与10x Genomics、BD、MissionBio等国际领先的单细胞平台公司有深入合作，对单细胞检测相关技术、产品、应用有深厚积淀。依托配置合理、经验丰富的科学家团队，百奥益康实现了单细胞测序技术创新发展，能更加快捷、稳定地完成从样本处理、高通量单细胞分离、测序文库构建，到数据分析和临床意义挖掘等单细胞关键技术流程，提供涵盖单细胞诊断仪器、诊断试剂、医学诊断技术分析等在内的完整技术解决方案。
主营业务
百奥益康科研服务以单细胞服务为主体，配以其他以高通量测序和芯片为基础的多组学服务，提供一站式的科研服务，从而实现从单细胞水平到bulk水平系统完整的解决方案。
嘧啶（C4H4N2，1,3-二氮杂苯）是一种杂环化合物。嘧啶由2个氮原子取代苯分子间位上的2个碳形成，是一种二嗪。和吡啶一样，嘧啶保留了芳香性。嘧啶环广泛使用的合成途径是利用具有N-C-N骨架的试剂和含有C-C-C单元的试剂相结合，即双亲核基团和双亲电基团的方法。N-C-N试剂的两个氮原子作为亲核基团，而C-C-C试剂的两个末端碳原子相当于亲电基团。脲、硫脲和胍常用作N-C-N试剂，而1,3-二酮，二酯和二氰、α,b不饱和酮及酸衍生物都可作为环系的C-C-C部分。文献[8]报道FcCOCH=CHAr与硫脲在碱催化下发生加成反应，生成嘧啶类衍生物10，收率58-79%，醇钠是该反应的最佳催化剂。实验表明采用超声波可以促进该反应的选择性和提高反应速度。嘌呤（Purine），是身体内存在的一种物质，主要以嘌呤核苷酸的形式存在，在作为能量供应、代谢调节及组成辅酶等方面起着十分重要的作用。嘌呤是有机化合物，分子式C5H4N4，无色结晶，在人体内嘌呤氧化而变成尿酸，人体尿酸过高就会引起痛风。嘌呤是由一个嘧啶环和咪唑环组成的，嘌呤环的编号方式是固定的，即是从嘧啶环的N为1开始编号，按照杂原子位数和最小原则向下编号，先编嘧啶环，然后第七位开始编咪唑环，同样是从N开始。
分光光度计已经成为现代分子生物实验室常规仪器。常用于核酸，蛋白定量以及细菌生长浓度的定量。核酸的定量是分光光度计使用频率最高的功能。可以定量溶于缓冲液的寡核苷酸，单链、双链DNA，以及RNA。核酸在波长 260 nm处有最高吸收峰。吸收紫外光的性质是嘌呤环和嘧啶环的共轭双键系统所具有的，所以嘌呤和嘧啶以及一切含有它们的物质，不论是核苷、核苷酸或核酸都有吸收紫外光的特性。但紫外法不能区分DNA和RNA，只能用来鉴定核酸的纯度和含量。
蛋白质由于含有芳香氨基酸，因此也能吸收紫外光。通常蛋白质的吸收高峰在280nm波长处，在260nm处的吸收值公为核酸的十分之一或更低，故核酸样品中蛋白质含量较低时对核酸的紫外测定影响不大。RNA的260nm与280nm吸收的比值在2.0以上；DNA的260nm与280nm吸收的比值则在1.9左右。当样品中蛋白质含量较高时比值即下降。
分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置，从而产生特定波长的光源，光源透过测试的样品后，部分光源被吸收，计算样品的吸光值，从而转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。
核酸的定量
DNA和RNA都有吸收紫外光的性质，它们的吸收高峰在260nm波长处，每种核酸的分子构成不一， 因此其换算系数不同。定量不同类型的核酸，事先要选择对应的系数。如：1OD 的吸光值分别相当于50μg / ml 的dsDNA，37μg / ml 的ssDNA， 40μg/ml的RNA，30μg/ml的寡核苷酸。测试后的吸光值经过上述系数的换算，从而得出相应的样品浓度，这些由分光光度计内预设的程序执行，因此，测试前选择正确的程序，测试样品的类型，首先测试空白液，然后再测试样品，注意输入样品稀释倍数。
如何避免吸光值漂移
读数不稳定可能是实验者最头痛的问题。灵敏度越高的仪器， 表现出的吸光值漂移越大。事实上，分光光度计的设计原理和工作原理，允许吸光值在一定范围内变化，即仪器有一定的准确度和精确度。
核酸本身物化性质
溶解核酸的缓冲液的pH 值、离子浓度等
在测试时，离子浓度太高也会导致读数漂移，因此建议使用pH 值一定、离子浓度较低的缓冲液（如TE）可大大稳定读数。核酸的吸光值受pH值和缓冲液离子浓度影响。只有在一定的pH值和低离子浓度的条件下（如10 mM Tris-HCl pH 8.0），才能得到精确的检测结果。水的pH值不稳定，可能导致检测误差。一些缓冲液在紫外范围内存在自身吸收，为了确保准确测量，请使用与悬浮或洗脱样品时相同的缓冲液。
样品的稀释浓度
同样是不可忽视的因素，由于样品中不可避免存在一些细小的颗粒，尤其是核酸样品。这些小颗粒的存在干扰测试效果。为了最大程度减少颗粒对测试结果的影响，要求核酸吸光值至少大于0.1A ，吸光值最好在0.1-1.5 A。在此范围内，颗粒的干扰相对较小，结果稳定。从而意味着样品的浓度不能过低，或者过高（超过光度计的测试范围）。
操作因素
如混合要充分，否则吸光值太低， 甚至出现负值；混合液不能存在气泡，空白液无悬浮物，否则读数漂移剧烈；必须使用相同的比色杯测试空白液和样品，否则浓度差异太大；换算系数和样品浓度单位选择一致；不能采用窗口磨损的比色杯；样品的体积必须达到比色杯要求的最小体积等多个操作事项。
各波长具体含义及相关问题1. A260nm
是核酸最高吸收峰的吸收波长，最佳测量值的范围为0.1至1.0。如果不在此范围，稀释或浓缩样品，使之在此范围内；如果吸光度小于0.05，检查是否存在操作因素（如移液不准确，样品内有悬浮物等）影响。DNA样品的A260 吸光度值是否>0.1。（请注意，这个值跟仪器无关，核酸的吸光度必需大于0.1，其值才有效和可靠，因为样品中的杂质和颗粒这些不纯物的干扰通常会对光有一定吸收，其值<0.1）；
朗伯－比尔定律：
A 吸光值
I0 入射光强度
I 投射光强度
c 吸光物质的摩尔浓度（mol/L）
d 光通过的液层厚度（cm）
ε 摩尔吸光系数（Lmol-1cm-1）
2. A280nm
是蛋白和酚类物质最高吸收峰的吸收波长，比值可进行核酸样品纯度评估：纯DNA的A260/A280比值为1.8，纯RNA为2.0。如果比值低，表示受到蛋白（芳香族）或酚类物质的污染，需要纯化样品。比值=1.5相当于50％蛋白质/DNA溶液
3. A230nm
是碳水化合物最高吸收峰的吸收波长，比值可进行核酸样品纯度评估：纯DNA和 RNA的A260/A230比值为2.5。若比值小于2.0标明样品被碳水化合物（糖类）、盐类或有机溶剂污染，需要纯化样品。A230产生负值主要是由于在很低DNA 浓度的溶液中的一些其他成分的干扰所导致的。在下一个测定中，需要降低样品的稀释度，A230的负值会被校正。
4. A320nm或A340nm
为检测溶液样品的浊度和其他干扰因子。该值应该接近0.0。如果不是，标明溶液中有悬浮物，需要纯化样品。纯样品的A320一般是 0。
5. A260/A280和A260/A230
是核酸纯度的指示值，纯度好的DNA，在pH7-8.5 下其比值应该在2.0 或2.5，A260 / A280的比值， 用于评估样品的纯度， 因为蛋白的吸收峰是280 nm。 纯净的样品比值大于1.8（DNA）或者2.0（RNA）。如果比值低于1.8 或者2.0，表示存在蛋白质或者酚类物质的影响。
A230是多肽、芳香基团、苯酚和一些碳氢化合物的吸光度，A230表示样品中存在一些污染物，如碳水化合物、多肽、苯酚等，较纯净的核酸A260/A230的比值大于2.0 。A280是蛋白质的吸光度。
嘧啶环中的两个氮原子来自天冬氨酸和氨基甲酰磷酸。
嘧啶环，化学术语，合成途径是利用具有N-C-N骨架的试剂和含有C-C-C单元的试剂相结合，即双亲核基团和双亲电基团的方法。
N-C-N试剂的两个氮原子作为亲核基团，而C-C-C试剂的两个末端碳原子相当于亲电基团。脲、硫脲和胍常用作N-C-N试剂，而1，3-二酮，二酯和二氰、α，b不饱和酮及酸衍生物都可作为环系的C-C-C部分。
氨基甲酰磷酸是在Mg++、ATP及N-乙酰谷氨酸存在的情况下，由氨基甲酰磷酸合成酶催化NH3和HCO-3在肝细胞线粒体中合成。
氨基甲酰磷酸基本介绍：
体内催化氨基甲酰磷酸生成的酶有两种，一种是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ，存在于肝线粒体中，最终产物是尿素；另一种是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ，存在于各种细胞的细胞液中，反应最终产物是嘧啶。
氨基甲酰磷酸的合成。
氨基甲酰磷酸（carbamylphosphate）是在Mg++、ATP及N-乙酰谷氨酸；（Nacetylglutamicacid，AGA）存在的情况下，由氨基甲酰磷酸合成酶；（carbamylphosphatesynthetaseI，CPSI）催化NH3和HCO-3在肝细胞线粒体中合成。
