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Diseño, ejecución y reporte de experimentos de Diseño, ejecución y reporte de experimentos de retrotranscripción seguida de reacción en cadena retrotranscripción seguida de reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT- de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT- qPCR) qPCR) Luis Veggi Introducción a las variables involucradas en la cuantificación de ARN por la técnica de la RT-qPCR

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Page 1: Diseño, ejecución y reporte de experimentos de retrotranscripción seguida de reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR)

Diseño, ejecución y reporte de experimentos de Diseño, ejecución y reporte de experimentos de retrotranscripción seguida de reacción en cadena de la retrotranscripción seguida de reacción en cadena de la

polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR)polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR)

Luis Veggi

Introducción a las variables involucradas en la cuantificación de ARN por la técnica de la RT-qPCR

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La qPCR, cuantificando la intensidad de fluorescencia

Seguir la cinética de una reacción química midiendo la cantidad de producto

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El output de la qPCR: el perfil cinético de la reacción PCR

la curva sigmoidea de amplificación

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Los pasos de la reacción de la polimerasa

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La qPCR: el termociclador

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Ecuación Nro. moléculas =2n

La reacción en cadena

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Las fases del perfil cinético de amplificación

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Ecuación Nro. moléculas =2n

La cuantificación se realiza en base al ajuste sobre la fase de crecimiento exponencial de la ecuación

Qn ciclos = Qini x 2n ciclos

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Grafico de cinética de amplificación

log intensidad fluorescencia vs nro ciclointensidad fluorescencia vs nro ciclo

Qn ciclos = Qini x 2n ciclos Log Qn ciclos = log Qini + log 2 x n ciclos

Identifico la zona de crecimiento exponencial por la observación una zona recta con la duplicación de un valor cte de punto a punto, si hay varias muestras las curvas deben ser paralelas

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La eficiencia de la amplificación

Qn ciclos = Qini x (Ef)n ciclos

Qn ciclos = Qini x 2n ciclos Eficiencia en % =100 % ???

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el valor de referencia para cuantificar la cantidad inicial

Cq

QCq = Qini x (Ef)Cq valor arbitrario

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Grafico de cinética de amplificación

log intensidad fluorescencia vs nro ciclointensidad fluorescencia vs nro ciclo

QCq = Qini x (Ef)Cq Log QCq = log Qini + log (Ef) x Cq

Línea de cuantificación

Línea de cuantificación

CqC

q

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Como realizo la cuantificación de la cantidad inicial de ADN de un gen de

interés (GOI)?

Muestra 1

QCq1 = Qini1 x (Ef)Cq1

Qini1 = QCq1 / (Ef)Cq1

En esta ecuación Cq1 lo obtengo del resultado de la medición de la muestra, la eficiencia lo obtengo de la curva estándar, entonces necesito el valor de QCq1.

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Cual es la diferencia de hacer una cuantificación relativa o una cuantificación absoluta?

Cuantificación absoluta

Se obtienen valores de la cantidad absoluta (numero de copias, mg etc) en base una curva de calibración que permite obtener el valor de la cantidad de ADN en la línea de cuantificación

Cuantificación relativa

Los valores de concentración se obtienen dándole un valor arbitrario al valor QCq a todos los valores de las muestras que fueron procesadas y medidas en las mismas condiciones y con una misma línea de base y

de cuantificación.

La diferencia esta en la estrategia que se utiliza para superar la situación de desconocer el valor de cantidad ADN en el sitio de cruce de la curve de amplificación y la línea de cuantificación.

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Para la muestra 1, muestra 2, muestra 3, muestra 4, etc.

QCq1 = QCq2 = QCq3 = QCq4 = QCqn

Qini1 x (Ef)Cq1 = Qini2 x (Ef)Cq2 = Qini3 x (Ef)Cq3 = Qini4 x (Ef)Cq4

Calibrador (estándar calibrador) es la muestra que se utiliza para superar esta situación

Cuantificación absoluta

Muestra de cantidad conocida del gen que permite dar un valor a QCqcal

Qini1 x (Ef)Cq1 = Qini2 x (Ef)Cq2 = Qini3 x (Ef)Cq3 = Qini4 x (Ef)Cq4 = Qinical x (Ef)Cqcal

Cuantificación Relativa

Muestra sobre la cual se relacionan (dividen o relativizan) todas las muestras

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Cuantificación absoluta del gen de interés (GOI)

QCq = Qini x (Ef)Cq QCq = constante

Transformación logarítmica

Log Qcq = Log Qini + Log(Ef) x Cq

Cq = (Log Qcq /(Ef)) – (1/(Log(Ef)) Log Qini

(Ef)= 10-1/pte

Curva de calibración

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Cuantificación absoluta

Condiciones que debe tener una curva de calibración para ser utilizada con una determinada muestra

Condiciones

•Misma línea de base y de cuantificación

•Misma corrida de qPCR

•Mismo lote de RT

•Presencia de inhibidores, implica mismo procedimiento extracción, mismo tipo de muestra Los calibradores tienen que ser muestras muy similares a las de estudio

QCqcal = Qinical x (Ef)Cq1

QCqcal = QCq1

Qini1 = QCq1 / (Ef)Cq1

Variación aleatoria del instrumento PCR block, lámpara, filtro, detector, etc).

Variación en el seteo del análisis de resultados, corrección de la línea de base y la línea de cuantificación, reactivos (polimerasa, fluoróforos etc) y propiedades ópticas de los plásticos

En general se mide en la misma corrida que la misma muestra

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La cantidad de ADN formada en el cruce de la curva cinética de amplificación y la línea de cuantificación es la misma

Para la muestra 1, muestra 2, muestra 3, muestra 4, etc.

QCq1 = QCq2 = QCq3 = QCq4 = QCqn

Condiciones

•Misma línea de base y línea cuantificación

•Misma corrida de qPCR

•Mismo lote de RT

•Presencia de inhibidores, implica mismo procedimiento extracción, mismo tipo de muestra

Cuantificación relativa del GOI

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Se asigna un valor arbitrario cómo calibrador

De esta manera matemáticamente se cancela de las ecuaciones el QCq

Qini1 = QCq1 / (Ef)Cq1 Qini2 = QCq2 / (Ef)Cq2 Qini3 = QCq3 / (Ef)Cq3

Se dividen, se relativizan al valor de una muestra arbitraria denominada calibrador

Qinical = QCqcal / (Ef)Cqcal

Ejemplo para muestra 1

Qini1 / Qinical = (Ef)Cqcal / (Ef)Cq1 entonces RQ1 = (Ef)Cqcal / (Ef)Cq1

Cuantificación relativa del GOI (RQ)

Para la muestra 1, muestra 2, muestra 3, muestra 4, etc.

QCq1 = QCq2 = QCq3 = QCq4 = QCqn

QCq1 = Qini1 x (Ef)Cq1

QCq2 = Qini2 x (Ef)Cq2

QCq3 = Qini3 x (Ef)Cq3

QCq4 = Qini4 x (Ef)Cq4

Qini1 x (Ef)Cq1 = Qini2 x (Ef)Cq2 = Qini3 x (Ef)Cq3 = Qini4 x (Ef)Cq4

Para poder tener un valor de las relaciones entre ellos podemos relativizarlos a todas respecto a un mismo valor de Qini y expresión al que denominamos a esta muestra calibrador

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La elección del calibrador o el valor del ciclo no influencia los resultados de la cuantificación relativa; los números pueden ser diferentes pero las diferencia de la relación de la cantidad del GOI en las muestras es idéntica, los resultados son equivalentes nada mas son reescalados. Si embargo la elección del calibrador es importante en el error final de las cantidades relativas si el error estimado para la eficiencia de amplificación es tenido en cuenta en el proceso de propagación de errores. Por la tanto para minimizar este error se recomienda el uso del valor promedio.

Muestra calibrador

-Muestra real o imaginaria

-la relación entre las muestras es siempre las mismas mas allá del valor del calibrador

Se usa frecuentemente como calibrador la muestra con mayor Cq o menor Cq o el valor promedio de los Cq de las muestras controles

Cuantificación relativa: elección del calibrador

Lo optimo es usar como calibrador el valor promedio de todos los Cq de las muestras evaluadas.

qBase relative quantification framework and software for management and automated analysis of real-time quantitative PCRdata;Jan Hellemans, Geert Mortier, Anne De Paepe, Frank Speleman and Jo VandesompeleGenome Biology 2007, 8:R19 (doi:10.1186/gb-2007-8-2-r19)

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Cuantificación relativa del GOI (RQ)Cant gen A (Q) en muestra 1 sobre cantidad (real o imaginaria) del gen usado

como calibrador

QCq1 = Qini1 x (Ef1)Cq1 QCqcal = Qinical x (Efcal)Cqcal

si las eficiencias son iguales Ef1= Efcal en ambos perfiles de amplificación e igual a 2

Qini1 /Qinical = (Efcal)Cqcal / (Ef1)Cq1

Muestra Calibrador (cal)

Qini1 /Qinical = (2)-(Cq1-Cqcal)

RQGOI = (2)-deltaCq

QCq1 = Qcqcal

Cantidad establecida arbitrariamente al establecer la línea de cuantificación

Cociente de las dos cantidades

Muestra 1

Cq calibrador es el Cq promedio de todas las muestras evaluadas

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Elementos a tener en cuenta para una correcta cuantificación utilizando la curva cinética de

amplificación de la qPCR

•Estimación de la línea de base

•Establecimiento de la línea de cuantificación

•Determinación de la eficiencia de la amplificación

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El comienzo del fase de crecimiento exponencial La línea de base

En todos los tubos hay una fluorescencia de base o de fondo, que se denomina en ingles background fluorescence que se debe a:

•Colorante libre

•Auto fluorescencia de la muestra

Es una característica normal de la PCR, por lo tanto los equipos lo que hacen es realizar una cuantificación del background y restarle este valor a los valores crudos (R) de fluorescencia de todas las mediciones.

ΔR o dR = R – línea de base de la fluorescencia

El background es mas evidente y se mide en la primer etapa de la reacción de PCR, donde la cantidad de producto es indetectable y solo se mide background.

Durante esta primer etapa entonces se establece la línea de base de la fluorescencia que se obtiene a partir de un algoritmo propio del equipo (o puede poseer varios) y que luego es aplicado a todos los valores de medición de fluorescencia en todos los ciclos de la PCR.

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Errores en la estimación de la línea de base

Una línea de base errónea provoca:

1. Alteración en la orientación de la curva cinética de amplificación

2. Alteración en los cálculos de eficiencia

3. valor absoluto alto de background

Para evitar este error se debe tener en cuenta el intervalo de ciclos que esta seteado en el programa para evaluar a línea de base

Primero ciclos de dan comportamientos anómalos

Últimos ciclos chequear que no se superpone con Cq de un gen de alta expresión

Caso 1 Caso 2

En el caso de la eficiencia, se produce por el hecho que un mal calculo de la línea de base por ejemplo en defecto produce la suma de una valor constante que disminuye el valor de eficiencia

Caso 3

Valores alto de background generan un valor alto de la línea de base que puede producir la perdida de valores de la fase de crecimiento exponencial

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la línea de cuantificación

Ubicada en fase crecimiento exponencial

Qn ciclos = Qini x (Ef)Cq Log Qn ciclos = log Qini + log (Ef) x Cq

Línea de cuantificación Línea de cuantificación

Cq

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La línea de cuantificación Diferentes métodos de establecerla

La condición de la línea de cuantificación es que se ubique en la zona de amplificación exponencial

Nosotros utilizaremos el método fit point que es un método manual donde se chequea en la curva logarítmica que la línea de cuantificación se ubique en la zona de crecimiento exponencial

Es importante en el caso que se evalúen varios genes juntos en los cuales no pueden caer para un gene en la zona de crecimiento exponencial y otro no.

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La eficiencia de amplificación

Qn ciclos = Qini x (Ef)Cq

Diferentes corridas diferentes eficiencias

Maximización por gen

Run layout RQGOI = (Ef)-deltaCq

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Determinación de la eficiencia de la qPCR

Determinación en cada reacción de cada muestra: medición sobre cada curva de amplificación

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Problemas para determinar la eficiencia en cada perfil de amplificación

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Realizar la curva estándar:

Escala logarítmica dilución de cDNA cantidad relativa

(Ef)= 10-1/pte

Realizar diluciones de cDNA (pool), 1/1, 1/10, 1/20, 1/40, 1/80, 1/160, 1/200

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Cálculos de cantidades relativas con eficiencia erróneas

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Problemas de usar

Delta delta Cq

Medimos la expresión de un GOI y un RG en una muestra y en una dilución de la misma muestra considerando que la eficiencia de ambos son iguales calculando las cantidades relativas normalizadas (NRQ)