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摘要

翻译调控在蛋白质丰度控制中起着重要的作用。在这里, 我们描述一个高通量的方法, 定量分析翻译在萌芽酵母酿酒酵母。

摘要

mRNA 转化为蛋白质是一个复杂的过程, 涉及多个层次的调节。通常认为, mRNA 转录的变化反映了蛋白质合成的变化, 但许多例外情况已经观察到。最近, 一种叫做核糖体剖面 (或 Ribo-Seq) 的技术已经成为一种强有力的方法, 它允许识别, 精确度高, 将 mRNA 的区域转化为蛋白质, 并在全基因组水平上量化翻译。在这里, 我们提出了一个广义的协议的基因组全定量翻译使用 Ribo-Seq 在萌芽酵母。此外, 结合 Ribo 序列数据与 mrna 丰度测量, 使我们能够同时量化的翻译效率数以千计的 mrna 转录在同一样本, 并比较这些参数的变化, 以响应实验操纵或在不同的生理状态。我们描述了一个详细的协议, 生成核糖体足迹使用核酸消化, 分离完整的核糖体足迹复合物通过蔗糖梯度分馏, 并准备 DNA 库的深度测序, 以及适当的确保准确分析体内翻译所需的质量控制。

引言

mRNA 翻译是细胞中的基本过程之一, 在蛋白质表达调控中起着重要的作用。因此, mRNA 翻译受到严格控制, 以响应不同的内外生理刺激1,2。然而, 翻译规则的机制仍然理解。在这里, 我们描述了协议的基因组全定量翻译在萌芽酵母核糖体剖面。核糖体剖面技术的总体目标是研究和量化不同细胞条件下的特定基因的翻译。这项技术使用下一代测序来定量分析核糖体在整个基因组中的占有情况, 并允许监测蛋白质合成的速率在体内在单一密码子解析3,4。目前, 这种方法提供了最先进的测量蛋白质翻译水平的手段, 并已证明是一个有用的发现工具提供的信息, 不能透露其他现有的技术, 如微阵列或转换状态数组分析 (TSAA) 5。由于核糖体分析报告的转录水平和翻译输出的组合变化, 它也提供了比其他方法更大的灵敏度。

这种方法是基于核糖体保护的 mRNA 片段3的深度测序。在蛋白质翻译期间, 核糖体保护 ~ 28 nt 部分的 mRNA (称为脚印) 6。通过确定核糖体保护片段的序列, Ribo-Seq 可以映射核糖体在翻译的 mrna 上的位置, 并确定哪些区域的 mrna 可能被积极转化为蛋白质3,7。此外, 我们可以定量测量 mrna 的翻译, 通过计算与给定的 mrna 转录值对齐的脚印数。

为了分离核糖体保护的碎片, 细胞裂解最初处理的翻译抑制剂, 以拖住核糖体后, 核糖核酸消化。虽然游离的 mrna 和部分的翻译基因不受核糖体的保护, 退化的核糖核酸, 核糖体保护的 mrna 片段可以恢复纯化完整的核糖体足迹复合物。然后将这些 mRNA 的足迹转化为 cDNA 文库, 并通过深度测序 (图 1) 进行分析。在核糖体剖面的同时, 完整的 mRNA 从相同的样本中提取并测序。通过比较 Ribo-Seq 和 mrna 丰度测量的翻译水平, 我们可以确定在翻译水平上具体上调或下调的基因, 并在全基因组水平上计算 mrna 的翻译效率。虽然本文中描述的协议是针对酵母的, 但对于那些试图在其他系统中建立 Ribo 的研究人员来说, 它也应该是有用的。

研究方案

1. 提取制剂

  1. YPD 板上的单一菌落的冷冻储存的条纹酵母菌株 (1% 酵母提取物、2% 蛋白胨、2% 葡萄糖和2% 琼脂)。在30° c 下孵育2天。
  2. 接种酵母从 YPD 板 (使用一个单一的殖民地) 到15毫升的 YPD 培养基 (1% 酵母提取物, 2% 蛋白胨, 2% 葡萄糖) 在50毫升圆锥离心管和成长过夜与震动 (200-250 rpm) 在30° c。
  3. 在2个无菌烧瓶中稀释培养成500毫升的 YPD 培养基, 使 OD600和 #60; 0.1。将酵母细胞在30° c 的震动下生长3-5 小时, 直至 OD600 = 0.5 (mid-log 阶段)。
  4. 通过使用玻璃支架过滤器组件过滤0.45 μ m 膜过滤器来收集细胞。用刮刀刮出颗粒, 在液氮中闪冻, 在-80 ° c 处贮存。冷冻颗粒的预期尺寸是 ~ 0.2-0.5 克。
    注意: 液氮温度极低;穿戴适当的保护。
  5. 准备一个新的裂解缓冲液 (20 毫米的三 HCl pH 8.0, 140 毫米氯化钾, 5 毫米氯化镁2, 100 微克/毫升放线菌, 0.5 毫米的地面广播, 1% 海卫 X-100) 立即使用前, 保持在冰上。
  6. 将3镀铬钢珠 (3.2 毫米) 放入1.8 毫升不锈钢管。预冷在液氮和添加冰冻颗粒, 盖上硅橡胶帽。质样品由 cryogrinding 为十年代在4200转每分钟;重复10次。冷却管在液氮至少十年代在每圆之间。
    注意: 始终保持样品的冷冻是很重要的。
  7. 加入1毫升的裂解缓冲液, 拌匀移。转移到一个新的1.5 毫升管。
  8. 离心机在 2万 x g 为5分钟在4° c。在冰上工作时, 将上清液转化为新的1.5 毫升管。将100μ l 的裂解液转移到新的1.5 毫升试管中, 用于聚 (a) mRNA 的分离。立即进行 RNA 隔离或闪光冻结在液氮中的管。测量剩余的裂解物的外径260 , 这将用于足迹提取, 并在液氮中冻结管的闪光。在-80 ° c 下储存裂解。

2. 足迹提取

  1. 蔗糖梯度的制备
    1. 准备50%、40%、30%、20% 和10% 蔗糖在梯度缓冲液中的溶液 (20 毫米三盐酸 pH 8.0, 140 毫米氯化钾, 5 mm 氯化镁2, 100 微克/毫升放线菌, 0.5 毫米的电喷)。
    2. 吸管2.2 毫升的准备50% 蔗糖缓冲到底部的13.2 毫升薄壁 polyallomer 管和冻结解决方案为10分钟的-80 ° c (图 2)。然后将2.2 毫升的40% 蔗糖缓冲液放在冰冻的50% 蔗糖缓冲液的顶部, 并在-80 ° c 下冷冻10分钟。按照同样的指示, 30% 层, 然后 20%, 最后10% 蔗糖缓冲在彼此之上。避免在分层时制造气泡。将渐变保持在-80 ° c 直到使用。蔗糖梯度应至少在实验前一天准备, 并贮存在-80 ° c。
  2. 核酸消化
    1. 在4° c 实验前的晚上解冻蔗糖梯度。
    2. 在冰上融化细胞裂解 (足迹样本)。将含有 50 OD260单元的细胞裂解物转移到新的1.5 毫升管中, 并将新鲜的裂解缓冲液分到1毫升。将剩余的裂解液储存在-80 ° c。添加10μ l 核糖核酸 I (100 U/μ l), 并在室温下孵育1小时, 在学杂费脚跟旋转上轻轻转动。
    3. 选)澄清样品在 2万 x g 为5分钟在4° c 和恢复上清入一个新的1.5 毫升管子。
  3. 离心
    1. 在10-50% 蔗糖梯度的顶端轻轻地将裂解样品层化。
    2. Ultracentrifuge 的 polyallomer 管在 21万 x g (3.5万 rpm) 在4° c 为 3 h 使用 SW-41 钛转子。
  4. 梯度分馏系统设置
    1. 打开组件, 并允许紫外线显示器预热至少30分钟。
    2. 如果使用数字记录软件, 请在计算机上启动软件, 将图形的缩放限制设置为-0.01 和1。
    3. 用大通溶液填充注射器 (20 毫米的三盐酸 pH 8.0, 140 毫米氯化钾, 5 毫米氯化镁2, 60% 蔗糖), 去除注射器和套管内的气泡。
    4. 安装一个 ultracentrifuge 管充满无核糖核酸水。用导管刺穿管子, 直到看到两个黑色的标记。启动注射器泵在1毫升/分钟。
    5. 当水流经流动单元时, 在紫外线监测器上按 "自动零" 按钮, 将基线调整到0。将紫外线监测器的灵敏度设置为 "2.0 AU"。在建立了稳定的基线后, 停止注射器泵。恢复追逐解决方案, 并删除 ultracentrifuge 管。
  5. Monosome 隔离
    1. 安装和刺穿含有蔗糖梯度的 ultracentrifuge 管。启动注射器泵在1毫升/分钟, 收集1毫升分数监测一个254值。池分数代表 80S monosome 峰值成一个管, 保持在冰 (图 3)。
    2. 一旦追逐解决方案到达流动细胞, 停止注射器泵。恢复追逐解决方案, 并删除 ultracentrifuge 管。从步骤2.5.1 开始, 对其余样品重复分馏。
      注: 完成后, 用至少30毫升的无核糖核酸水清洗分馏系统。用温水彻底冲洗油管、注射器和所有可拆卸部件。
    3. 过滤分数通过0.5 毫升离心过滤器 (100 kDa 分子) 在 1.2万 x g 为10分钟在4° c 并且摒弃流动, 重复直到容量是和 #60; 100 μ l。添加400μ l 释放缓冲液 (20 毫米三盐酸 pH 7.0, 2 毫米 EDTA, 40 U/毫升核糖核酸抑制剂)。由移混合, 在冰上孵育10分钟, 并将该装置转换成新的收集管。离心机在 1.2万 x g 为10分钟在4° c 和收集流动通过。
  6. 脚印碎片净化
    1. 将含有足迹的 RNA 片段转移到新的1.5 毫升管中, 加入20μ l 20% SDS (最终浓度为 1%), 由移混合。
    2. 添加1量的酸性苯酚: 氯仿 (pH 值 4.5), 涡旋为十年代。
      注意: 酸性苯酚: 氯仿是有毒的, 避免接触皮肤和吸入。
    3. 热在65° c 为5分钟, 在冰上投入1分钟离心样品在 1.2万 x g 为 5 min 在4° c, 转移水相 (上部) 到新的1.5 毫升管子。
    4. 沉淀足迹 RNA 片段通过增加1/10 容量 NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。
孵育在-20 ° c 至少1小时。

3. 聚 (A) mRNA 提取

  1. 总 RNA 提取
    1. 解冻100μ l 分的细胞裂解液 (总 RNA样本) 在冰上, 添加300μ l 20 毫米的三 HCl 的 pH 值7.0 和20μ l 20% SDS (到最后浓度 1%), 混合由移。
    2. 添加1体积 (400 μ l) 的酸性苯酚: 氯仿 (pH 值 4.5) 和漩涡十年代。
    3. 热在65° c 为5分钟, 在冰上投入1分钟离心样品在 1.2万 x g 为 5 min 在4° c, 转移水相 (上部) 到新的1.5 毫升管子。
    4. 进行第二次苯酚提取。加入1的酸性苯酚: 氯仿 (pH 4.5), 涡旋为十年代. 热在65° c 为 5 min, 在冰上放1分钟. 离心样品在 1.2万 x g 为5分钟在4° c, 转移水相到新的1.5 毫升管。
    5. 沉淀的 RNA。为此增加1/10 容量 3M NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。
  2. 聚 (A) mRNA 分离
    1. 离心 RNA 样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下旋转, 除去其余的乙醇与凝胶加载尖端, 空气干燥的颗粒5分钟。
    2. 从聚 (A) mRNA 分离试剂盒中溶解300μ l 的裂解/结合缓冲液中的颗粒。根据聚 (a) mrna 隔离试剂盒制造商的协议进行聚 (a) mrna 提取。
    3. 沉淀的 mRNA 样本增加1/10 卷的3米 NaOAc (pH 5.5), 1/100 体积的糖原 (10 毫克/毫升), 2.5 卷的100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。
  3. mRNA 碎片
    1. 离心的 mRNA 样本在 2万 x g 为30分钟, 在4° c, 除去乙醇。向下旋转30秒, 将其余的乙醇与凝胶加载的尖端和空气干燥的颗粒5分钟。
    2. 重 mRNA 在18μ l 核糖核酸的水中, 加入2μ l 的 10x RNA 碎片缓冲。在94孵育5分钟。把管子转到冰上
    3. 沉淀通过增加1/10 容量 3 M NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。

4. 磷酸

  1. 用 T4 核苷酸激酶治疗足迹和分裂的 mRNA 样本。为此, 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下降速, 用凝胶加载尖端除去乙醇的其余部分。空气干燥颗粒5分钟。
  2. 重7.75 µL 水中的颗粒, 增加1µL 的 10x T4 核苷酸激酶缓冲, 1 µL 的 T4 核苷酸激酶 (1万 u/毫升), 和0.25 µL 的核糖核酸抑制剂 (20 u/µL)。在37° c 下孵育1小时。
  3. 选)预运行15% 尿素凝胶在180伏, 15 分钟使用1x 缓冲。
  4. 在每个脚印和 mRNA 样本中添加10µL 2X 尿素样品缓冲液至10µL。准备一个控制样本, 其中包含1µL 的10µM 上大小标记寡核苷酸 (32 nt), 1 µL 10 µM 低尺寸标记寡核苷酸 (28 nt), 8 µL 水, 和10µL 的2x 的尿素样本缓冲区的足迹样本。制备含有1µL 10 µM RNA 标记寡核苷酸 (63 nt), 9 µL 水, 10 µL 2x 的对照样品, 用于 mRNA 样品的尿素样品缓冲。
  5. 孵育样品和控制3分钟在75° c, 旋转下来, 在冰上放1分钟. 将每个样品装入15% 个尿素凝胶的2井, 分离 RNA 片断由凝胶电泳在 180 V 为 1 h。
  6. 用核酸凝胶染色 (在水中稀释 10,000x), 将凝胶染色5分钟, 免受光照。
  7. 使用蓝色光源 transilluminator, 在28和 32 nt 标记之间切割合适的带区, 用于脚印样本 (图 4A) 和 50-70 nt, 用于 mRNA 样本 (图 4B), 使用干净的刀片。冷冻聚丙烯酰胺凝胶件在-80 ° c 至少10分钟。
  8. 从聚丙烯酰胺凝胶中提取 RNA 如下。将凝胶件在70° c 处加热2分钟, 用一次性颗粒杵研磨凝胶。洗 RNA 与300µL 洗脱缓冲器 (20 毫米三 HCl pH 值 7.0, 2 毫米 EDTA), 增加1µL 核糖核酸抑制剂 (20 U 或µL) 和孵育在37° c 为 3 h。
  9. 离心样品在 1.2万 x g 为5分钟在4° c, 收集上清, 并且沉淀通过增加1/10 容量 NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。

5. 3 '-适配器结扎

  1. 离心的足迹和 mRNA 样本在 2万 x g 为30分钟在4° c, 除去乙醇。三十年代在最大转速下降速, 用凝胶加载的尖端除去乙醇的其余部分。空气干燥颗粒10分钟。
  2. 重4.75 µL 核酸水中的颗粒2µL 50% PEG8000, 1 µL 10X T4 rna 连接缓冲器, 1 µL 3 "-适配器 (100 ng/µL), 0.25 µL 核糖核酸抑制剂 (20 u/µL), 1 µL T4 rna 连接2截断 KQ (20万 u/毫升)。在16° c 的夜间孵育。
  3. 第二天早上, 通过添加0.5 µL 5 "-deadenylase (10 u/µL) 和0.5 µL 的 Rec J 酶 (10 u/µL) 直接到结扎反应, 消除适配器的过剩。孵育30分钟, 在30° c。
  4. 沉淀样品。为此, 添加30µL 核酸水, 1 µL 糖原 (10 毫克/毫升), 1/10 体积 NaOAc (pH 5.5), 2.5 卷100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。

6. 反向转录

  1. 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下降速, 用凝胶加载的尖端除去乙醇的其余部分。空气干燥颗粒10分钟。
  2. 重11.5 µL 核酸水中的颗粒, 加入0.5 µL 8 µM 反转转录底漆 (RT 底漆) 和1µL dNTP 混合 (10 毫米)。孵育5分钟在65° c, 在冰上的地方。
  3. 添加4µL 的5X 第一股链缓冲, 2 µL 0.1 M 的µL, 0.5 核糖核酸抑制剂 (20 u/µL), 0.5 µL 反转录酶 (200 u/µL)。孵育30分钟, 在48° c, 1 分钟在65° c, 5 分钟在80° c。
  4. 不沉淀和立即进行的水解 RNA, 增加0.8 µL 的2M 氢氧化钠, 孵化30分钟在98° c。添加0.8 µL 2M HCl, 以中和反应。
  5. 沉淀样品。
为此, 添加20µL 核酸水, 1 µL 糖原 (10 毫克/毫升), 1/10 体积 NaOAc (pH 5.5), 2.5 卷100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。
  • 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下降速, 用凝胶加载的尖端除去乙醇的其余部分。空气干燥颗粒10分钟。
  • 重5µL 核酸水中的颗粒, 加入5µL 的2X 脲样缓冲液。孵育3分钟在75° c, 旋转下来, 在冰上放1分钟。
  • 选)预运行10% 尿素凝胶在180伏, 15 分钟使用1X 缓冲。
  • 在10% 尿素凝胶的1井上加载样品。用凝胶电泳将反转录反应产物分离为180伏50分钟。作为一个控制, 准备一个样品, 其中包含1µL 2.5 µM RT 底漆, 1 µL 2.5 µM 128 nt 标记寡核苷酸, 3 µL 水, 和5µL 2X 的尿素样本缓冲区, 并运行在一个单独的车道上的凝胶。
  • 用核酸凝胶染色 (在水中稀释 10,000x), 将凝胶染色5分钟, 免受光照。使用蓝色光 transilluminator, 用干净的刀片将 128 nt 和更高 (图 5) 的频带剪切。冷冻聚丙烯酰胺凝胶件在-80 ° c 至少10分钟。
  • 将凝胶件在70° c 处加热 2min, 用一次性颗粒杵研磨凝胶。洗 DNA 与300µL 的20毫米的三盐酸 pH 7.0, 并孵化在37° c 为 3 h。
  • 离心样品在 1.2万 x g, 为5分钟在4° c, 收集上清, 并且沉淀通过增加1/10 容量 NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。

    • 7. Circularization

    1. 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下旋转, 除去其余的乙醇与凝胶加载尖端, 空气干燥的颗粒10分钟。
    2. 重16.75 µL 核酸水中的颗粒。添加2µL 的10x 单 DNA (ssDNA) 连接缓冲器, 1 µL 50 mM MnCl2, 0.25 µL ssDNA 连接 (100 U/µL)。孵育1小时, 在60° c, 10 分钟在80° c。不沉淀, 并贮存在-20 ° c 的 ssDNA 结扎反应产物。

    8. PCR 文库扩增

    1. 在冰上工作的时候在 PCR 管中混合如下: 146 µL 核酸水, 2 µL 20 µM 前引物, 2 µL 20 µM 索引反向底漆, 40 µL 5x 高保真 DNA plymerase 缓冲器, 4 µL dNTPs (10 mM), 4 µL ssDNA 结扎反应产物, 2 µL 高保真 DNA 聚合酶。选择一个不同的索引反向底漆为每一个样品, 将多路复用排序。将 pcr 混合物中的50µL 分转化为4新的 pcr 管。
    2. 使用以下设置来执行 PCR 放大 (8、10、12、14) 不同的周期数:
      1分钟 at 98 ° c 初始变性
      8到14周期:
      十五年代在94° c
      5 s 在55° c
      十年代在65° c
      2分钟在65° c 最后的引伸
    3. 通过添加1/10 体积的3米 NaOAc (pH 5.5), 1/100 的糖原 (10 毫克/毫升), 和2.5 卷的100% 乙醇沉淀 PCR 产品。孵育在-20 ° c 至少1小时。
    4. 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下旋转, 除去其余的乙醇与凝胶加载尖端, 空气干燥的颗粒。
    5. 重8µL 核酸水中的颗粒, 加入2µL 变性5x 核酸样品缓冲液。在1井变性8% 的凝胶中加载样品。用凝胶电泳分离 DNA 产物, 在150伏35分钟。作为一个控制, 准备一个样本, 其中包含0.5 µL 10 bp DNA 阶梯 (1 µg/µL), 7.5 µL 水, 和2µL 的变性5x 核酸样本缓冲区, 并运行在一个单独的通道的凝胶。
    6. 用核酸凝胶染色 (在水中稀释 10,000x), 将凝胶染色5分钟, 免受光照。使用蓝光 transilluminator, 削减约 150 bp 为足迹样本和大约 180 bp 的 mRNA 样本 (图 6) 与清洁刀片的波段。储存凝胶件在-80 ° c 至少10分钟。
    7. 将凝胶件在70° c 处加热2分钟, 用一次性颗粒杵研磨凝胶。洗 DNA 与300µL 的20毫米的三盐酸 pH 7.0, 并孵化在37° c 为 3 h。
    8. 离心样品在 1.2万 x g, 为5分钟在4° c, 收集上清, 并且沉淀通过增加1/10 容量 NaOAc (pH 5.5), 1/100 容量糖原 (10 毫克/毫升) 和2.5 容量100% 乙醇。孵育在-20 ° c 至少1小时。
    9. 离心样品在 2万 x g 为30分钟在4° c, 去除乙醇。三十年代在最大转速下旋转, 除去其余的乙醇与凝胶加载尖端, 空气干燥的颗粒。最后, 重了20µL 的核酸水库, 并进行了量化、质量控制和排序。

    9. 图书馆量化和高通量测序

    1. 在发送样本进行排序之前, 确定 PCR 扩增库的产量和质量。足迹和 mRNA 排序库的代表性配置文件如图 7所示。PCR 扩增文库的预期规模是 148-152 bp 用于足迹样本, 170-190 bp 用于 mRNA 样本。
    2. 如果几个不同的条形码样本将被汇集在一起进行排序, 使用 qPCR-based 测序库定量化方法对库进行精确的量化。
    3. 以摩尔比率汇集图书馆。计算池的总体积为3µL x 总数量的样品要汇集。确定需要添加的每个库的容量, 以便库在摩尔比率中混合, 以达到池的 10 nM 最终浓度。将每个库的计算量添加到一个新的1.5 毫升管, 由移混合。加水以达到计算总容积。在-20 ° c 处存储汇集库。
    4. 在公司测序平台上运行 50 bp 单测序, 发送一个分的汇集库的排序。我们在一个单一的测序运行中例行地复用12样本, 每测序车道产生 ~ 2亿读数。
      注意: 每个样本收集的足迹读数的最终数量取决于输入材料的数量和 rRNA 污染的程度。

    结果

    详细的管道的生物分析核糖体的剖析数据已经描述了以前的8,9。此外, 几个研究小组已经开发了生物信息学工具的差异基因表达分析和处理的测序数据, 这是特定的核糖体分析方法10,11,12 ,13,14,

    讨论

    Ribo-Seq 方法已成为一个强大的技术, 分析 mRNA 翻译在体内在全基因组的水平3。使用这种方法进行的研究, 允许 single-codon 的分辨率进行监测, 有助于我们理解翻译规则。尽管有其优点, Ribo 还是有几个局限性。核糖体 RNA (rRNA) 片段总是 co-purified 在核糖体保护的足迹的分离, 减少了有用的测序读数, 可以获得在 Ribo-Seq 实验9,25的产量。...

    披露声明

    作者声明他们没有竞争的金融利益。

    致谢

    这项工作得到了国家卫生研究院的资助, AG040191 和 AG054566 向 VML 提供了支持。这项研究是进行的, 而 VML 是一个遥远的研究赠款接受来自美国老龄研究联合会。

    材料

    NameCompanyCatalog NumberComments
    0.45 μM membrane filtersMilliporeHVLP04700
    0.5 M EDTAInvitrogenAM9261
    0.5 mL centrifugal filters (100 kDa MWCO)MilliporeUFC510024
    1 M Tris-HCl, pH 7.0InvitrogenAM9850G
    1 M Tris-HCl, pH 7.5 (pH 8.0 at 4°C)Invitrogen15567-027
    10X TBE bufferInvitrogenAM9863
    10% TBE-urea gelInvitrogenEC6875BOX
    15% TBE-urea gelInvitrogenEC6885BOX
    2 M MgCl2RPIM24500-10.0
    2X TBE-urea sample bufferInvitrogenLC6876
    3M NaOAc, pH 5.5InvitrogenAM9740
    5' Deadenylase (10 U/μL)EpicentreDA11101K
    5X Nucleic acid sample loading bufferBio-Rad161-0767
    8% TBE gelInvitrogenEC6215BOX
    Acid-Phenol:Chloroform, pH 4.5 (with IAA, 125:24:1)InvitrogenAM9722
    Blue light transilluminatorClare Chemical ResearchDR-46B
    Chrome-steel beads, 3.2 mmBioSpec Products11079132c
    CryogrinderBiospec product3110BX
    CycloheximideRPIC81040-5.0
    Data Acquisition SystemDATAQ InstrumentsDI-245
    Deoxynucleotide (dNTP) solution mix (10 mM)NEBN0447L
    GlycogenInvitrogenAM9510
    Gradient fractionation systemBrandelBR-184X
    High-fidelity DNA polymerase (2,000 U/mL)NEBM0530SSupplied with 5X Phusion HF Buffer
    Next-generation sequencing library quantification kitKapa BiosystemsKK4824
    Nucleic acid gel stainInvitrogenS11494
    Optima XE-90 ultracentrifugeBeckman CoulterA94471
    Poly(A) mRNA isolation kitInvitrogen61011
    Rec J exonuclease (10 U/μL)EpicentreRJ411250
    Reverse transcriptase (200 U/μL)Invitrogen18080093Supplied with 5X first-strand buffer and 0.1 M DTT
    RNA fragmentation bufferNEBE6186A
    RNase I (100 U/μL)InvitrogenAM2295
    RNase inhibitor (20 U/μL)InvitrogenAM2696
    Silicone rubber capsBioSpec Products2008
    ssDNA ligase (100 U/μL)EpicentreCL9021KSupplied with 10X CircLigase II buffer and 50 mM MnCl2
    Stainless steel microvials, 1.8 mLBioSpec Products2007
    SucroseRPIS24060-5000.0
    SW-41 Ti rotorBeckman Coulter331362
    Syringe pumpNew Era Pump SystemsNE-300
    T4 polynucleotide kinase (10,000 U/mL)NEBM0201SSupplied with 10X T4 polynucleotide kinase buffer
    T4 RNA ligase 2 truncated KQ (200,000 U/mL)NEBM0373SSupplied with 10X T4 RNA ligase buffer and 50% PEG8000
    Thermal cyclerBio-Rad1851148
    Thinwall polyallomer tubes, 13.2 mLBeckman Coulter331372
    Triton X-100Sigma AldrichX100-100ML
    UV monitorBio-Rad7318160
    Saccharomyces cerevisiae strain BY4741Open BiosystemsYSC1048

    参考文献

    1. Holcik, M., Sonenberg, N. Translational control in stress and apoptosis. Nat Rev Mol Cell Biol. 6 (4), 318-327 (2005).
    2. Tanenbaum, M. E., Stern-Ginossar, N., Weissman, J. S., Vale, R. D. Regulation of mRNA translation during mitosis. Elife. 4, (2015).
    3. Ingolia, N. T., Ghaemmaghami, S., Newman, J. R., Weissman, J. S. Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling. Science. 324 (5924), 218-223 (2009).
    4. Ingolia, N. T. Genome-wide translational profiling by ribosome footprinting. Methods Enzymol. 470, 119-142 (2010).
    5. Brar, G. A., Weissman, J. S. Ribosome profiling reveals the what, when, where and how of protein synthesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 16 (11), 651-664 (2015).
    6. Wolin, S. L., Walter, P. Ribosome pausing and stacking during translation of a eukaryotic mRNA. EMBO J. 7 (11), 3559-3569 (1988).
    7. Guo, H., Ingolia, N. T., Weissman, J. S., Bartel, D. P. Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 466 (7308), 835-840 (2010).
    8. Ingolia, N. T., Brar, G. A., Rouskin, S., McGeachy, A. M., Weissman, J. S. The ribosome profiling strategy for monitoring translation in vivo by deep sequencing of ribosome-protected mRNA fragments. Nat Protoc. 7 (8), 1534-1550 (2012).
    9. Bartholomaus, A., Del Campo, C., Ignatova, Z. Mapping the non-standardized biases of ribosome profiling. Biol Chem. 397 (1), 23-35 (2016).
    10. Larsson, O., Sonenberg, N., Nadon, R. anota: Analysis of differential translation in genome-wide studies. Bioinformatics. 27 (10), 1440-1441 (2011).
    11. Zhong, Y., et al. RiboDiff: detecting changes of mRNA translation efficiency from ribosome footprints. Bioinformatics. 33 (1), 139-141 (2017).
    12. Xiao, Z., Zou, Q., Liu, Y., Yang, X. Genome-wide assessment of differential translations with ribosome profiling data. Nat Commun. 7, 11194 (2016).
    13. Chung, B. Y., et al. The use of duplex-specific nuclease in ribosome profiling and a user-friendly software package for Ribo-seq data analysis. RNA. 21 (10), 1731-1745 (2015).
    14. Popa, A., et al. RiboProfiling: a Bioconductor package for standard Ribo-seq pipeline processing. F1000Res. 5, 1309 (2016).
    15. Dunn, J. G., Weissman, J. S. Plastid: nucleotide-resolution analysis of next-generation sequencing and genomics data. BMC Genomics. 17 (1), 958 (2016).
    16. Baranov, P. V., Michel, A. M. Illuminating translation with ribosome profiling spectra. Nat Methods. 13 (2), 123-124 (2016).
    17. Calviello, L., et al. Detecting actively translated open reading frames in ribosome profiling data. Nat Methods. 13 (2), 165-170 (2016).
    18. Michel, A. M., et al. RiboGalaxy: A browser based platform for the alignment, analysis and visualization of ribosome profiling data. RNA Biol. 13 (3), 316-319 (2016).
    19. Martin, M. Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads. EMBnet J. 17 (1), 10-12 (2011).
    20. Langmead, B., Trapnell, C., Pop, M., Salzberg, S. L. Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome. Genome Biol. 10 (3), R25 (2009).
    21. Anders, S., Pyl, P. T., Huber, W. HTSeq--a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics. 31 (2), 166-169 (2015).
    22. Love, M. I., Huber, W., Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol. 15 (12), 550 (2014).
    23. van den Elzen, A. M., Schuller, A., Green, R., Seraphin, B. Dom34-Hbs1 mediated dissociation of inactive 80S ribosomes promotes restart of translation after stress. EMBO J. 33 (3), 265-276 (2014).
    24. Guydosh, N. R., Green, R. Dom34 rescues ribosomes in 3' untranslated regions. Cell. 156 (5), 950-962 (2014).
    25. Ingolia, N. T. Ribosome profiling: new views of translation, from single codons to genome scale. Nat Rev Genet. 15 (3), 205-213 (2014).
    26. Gerashchenko, M. V., Lobanov, A. V., Gladyshev, V. N. Genome-wide ribosome profiling reveals complex translational regulation in response to oxidative stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (43), 17394-17399 (2012).
    27. Weinberg, D. E., et al. Improved ribosome-footprint and mRNA measurements provide insights into dynamics and regulation of yeast translation. Cell Rep. 14 (7), 1787-1799 (2016).
    28. Park, J. E., Yi, H., Kim, Y., Chang, H., Kim, V. N. Regulation of poly(A) tail and translation during the somatic cell cycle. Mol Cell. 62 (3), 462-471 (2016).
    29. Howard, M. T., Carlson, B. A., Anderson, C. B., Hatfield, D. L. Translational redefinition of UGA codons is regulated by selenium availability. J Biol Chem. 288 (27), 19401-19413 (2013).
    30. Gerashchenko, M. V., Gladyshev, V. N. Ribonuclease selection for ribosome profiling. Nucleic Acids Res. 45 (2), e6 (2017).
    31. Gerashchenko, M. V., Gladyshev, V. N. Translation inhibitors cause abnormalities in ribosome profiling experiments. Nucleic Acids Res. 42 (17), e134 (2014).
    32. O'Connor, P. B., Andreev, D. E., Baranov, P. V. Comparative survey of the relative impact of mRNA features on local ribosome profiling read density. Nat Commun. 7, 12915 (2016).

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