This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Council of Canada and the Ontario Ministry of Research and Innovation.

1. Vorbereitungen für die Zellkultur <ol><li> Erwerben Sie kommerziell verfügbaren Bestände von menschlichen Zellen. Hinweis: Dieses Protokoll nutzt HCT116 kolorektalem Karzinom und primären humanen renalen proximalen Tubulusepithelzellen (HRPTEC). </li><li> Make 500 ml Medium für die Kultur von HCT116: Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium (DMEM) / Hochglucosemedium, supplementiert mit 7,5% fötalem Rinderserum (FBS) und 1% Penicillin / Streptomycin (P / S). </li><li> Machen Sie 500 ml Medium für die Kultur von HRPTEC: Epithelial Zellmedium mit 5% FBS, 1% Epithelzellwachstum Ergänzung und 1% P / S. </li><li> Bereiten 500 ml 1x phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS): 140 mM NaCl, 3 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4, 15 mM KH 2 PO 4. PH-Wert auf 7,4 und Sterilisieren durch Autoklavieren für 40 min bei 121 ° C. </li></ol> 2. Einleitung der Zellkultur <ol><li> aspirieren vorsichtig das Medium von einem 80-90% konfluent Gericht ohne t störener Zellen. </li><li> Aliquotieren 3-5 ml 1x PBS pro Kulturschale, schaukeln sanft jeden Kolben zur Beschichtung der Oberfläche der Schale, und sorgfältig die 1x PBS absaugen. Wiederholen Sie dies für eine zweite 1x PBS zu waschen. </li><li> Aliquot 3 ml von 0,05% Trypsin-Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in jede Kulturschale und sanft die Zellen mit Trypsin-EDTA gleichmäßig zu beschichten schaukeln. Inkubieren bei 37 ° C für 2-3 min. </li><li> Übertragen Sie die abgelösten Zellen in ein 15 ml Zentrifugenröhrchen und Zentrifuge bei 4000 × g für 90 Sekunden. </li><li> Resuspendieren Zellpellet in 1 ml vollständigem DMEM. </li><li> Zählen von Zellen mit einem Hämozytometer. Berechnen Sie, wie viele nicht-pyrogene und Polystyrol 100 mm - Schalen Zellkultur erforderlich , um eine anfängliche Aussaatdichte von etwa 2.500-5.000 Zellen pro cm 2 zu erreichen. </li><li> Vorwärmen komplette Zellkulturmedium für 30-45 min in Schritten 1.2 oder 1.3 in einem 37 ° C Wasserbad gestellt. </li><li> Dekontaminieren Mediumflasche und Zell Fläschchen mit 70% Ethanol. Von diesem Zeitpunkt an alleOperationen sollten aseptisch durchgeführt werden. </li><li> Aliquot 6 ml komplettem DMEM in so viele 100 mm Zellkulturschalen erforderlich, um das gesamte Volumen des gefrorenen Zellen im Aussaatdichte in Schritt 2.6 erwähnt zu verwenden. </li><li> Übertragen, um das Volumen der Zellsuspension berechnet in Schritt 2.6 zu jeder der 100 mm-Kulturschalen. Schaukeln Sie jede Platte manuell gleichmäßig die Zellen über die Oberfläche der Platte verteilen. </li><li> Platzieren Sie die seeded 100 mm Zellkulturschale in den Inkubator bei 37 ° C in einer 5% CO 2 -Atmosphäre. Lassen Zellen mindestens 24 Stunden vor den nächsten Schritten zu brüten. </li></ol> 3. Subkultivierung <ol><li> Informieren jeder Zellkulturschale unter einem Mikroskop den Prozentsatz der Zellen Konfluenz (% Zellen mit der Fläche der Schale) zu bestimmen. Zurück Zellen in den Inkubator und vorwärmen komplettes Medium und 1x PBS. Fahren Sie mit dem nächsten Schritt, wenn die Zellen 80-100% konfluent sind. </li><li> aspirieren vorsichtig das verbrauchte Medium ohne die störendeZellen in jeder Kulturschale. </li><li> Aliquotieren 3-5 ml 1x PBS pro Kulturschale, schaukeln sanft jeden Kolben zur Beschichtung der Oberfläche der Schale, und sorgfältig die 1x PBS absaugen. Wiederholen Sie dies für eine zweite 1x PBS zu waschen. </li><li> Aliquot 3 ml 0,05% Trypsin-EDTA in jede Kulturschale und sanft schaukeln die Zellen gleichmäßig zu beschichten mit Trypsin-EDTA. Inkubieren bei 37 ° C für 2-3 min. </li><li> Während dieser Inkubation aliquote 10 ml vollständigem Medium in so viele Kulturschalen erforderlich sind , um Zelldichte von 2.500-5.000 Zellen pro cm 2 erhalten. </li><li> Wenn die Zellen von der Platte abgelöst, fügen Sie schnell 3 ml 1x definiert Trypsininhibitor und sanft die Schale für 1 min schwenken, um sicherzustellen, dass alle von der Trypsin-EDTA neutralisiert wurde. </li><li> Übertragen Sie die abgelösten Zellen in ein steriles 15 ml Zentrifugenröhrchen und beiseite stellen. 3 ml 1x PBS in die Schale jegliche verbleibenden Zellen zu sammeln und zu übertragen, die zum gleichen 15 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Pelletieren Sie die Zellen durch Zentrifugieren 150 xg5 min. </li><li> Aspirieren den Überstand und Zellpellet in 3 ml vollständigem Medium. </li><li> Zählen von Zellen unter Verwendung eines Hämozytometers und Samen 150 mm Kulturschalen mit 15 ml vollständigem Medium eine Zelldichte von 2.500-5.000 Zellen pro cm 2 zu erhalten. Verwenden Sie zwei 150 mm für jede Kappe Bindungsassay. HINWEIS: Sauerstoffdiffusion zu den Zellen durch flüssige Medien ist abhängig von dem Volumen 36. Es wird empfohlen, das Volumen der Medien konsistent zwischen den Experimenten zu halten, ob anhaftenden Zellen oder Zellen in Suspension verwendet werden. Medien werden kann vorbehandelt (inkubiert in der Workstation für 24 Stunden wie in Diskussion besprochen), um diese Variabilitäten in Diffusion zu vermeiden. </li><li> Legen Sie die geimpfte Kulturschalen im Inkubator bei 37 ° C in einer 5% CO 2 -Atmosphäre. Lassen Zellen mindestens 24 Stunden inkubiert, bevor zu den nächsten Schritten fortfahren. </li></ol> 4. Physioxic Exposure <ol><li> Sehen Sie sich die Zellen unter dem Mikroskop. BESt Ergebnisse, stellen Sie sicher, dass die Zellen sind 70-80% konfluent für eine 24-Stunden-Exposition, 50-60% konfluent für eine 48 Stunden Belichtung und 40 bis 50% konfluent für eine 72 Stunden Exposition. </li><li> Platzieren Sie die Zellen in eine Hypoxie-Workstation für die gewünschte Zeit (24, 48 oder 72 Stunden je nach Experiment). </li><li> Stellen Sie die Workstation an den entsprechenden physioxia. HINWEIS: Zum Beispiel eine 3% O 2 Einstellung von 5% CO 2 und 92% N 2 begleitet würden. HINWEIS: Wenn die Sauerstoffschwankungen innerhalb eines dynamischen Bereichs sind eine bestimmte Zeitleiste, programmieren Sie den Zeitplan in das Gerät gewünscht über oder manuell die Sauerstoff-Einstellungen in den gewünschten Intervallen einzustellen. </li><li> Stellen Sie die Luftfeuchtigkeit auf 60%. Die Workstation Atmosphäre ist sehr trocken dennoch und Medien wird deutlich bei langen Experimenten (&gt; 48 h) zu verdampfen. Halten Sie eine Medien Reserve in einer Zellkulturflasche in der Workstation (so, dass die Medien mit der Workstation Atmosphäre ins Gleichgewicht gebracht wird), um die Medien in der Zellkultur dis aufzufüllener ist. HINWEIS: Jede Lösung , die mit den Zellen vor der Lyse (wie PBS und Trypsin-EDTA) sollte vorab konditioniert für 24 h vor der Verwendung innerhalb der Hypoxie Workstation so daß der gelöste Sauerstoff mit dem Luftsauerstoff zu interagieren 36 äquilibriert. </li><li> Halten Zellen innerhalb der Arbeitsstation, bis die Lyse. </li></ol> 5. Vorbereitung Puffer für Cap-Bindungsassay <ol><li> Bereiten 1x Tris-gepufferter Salzlösung (TBS). <ol><li> In 800 ml dH 2 O lösen sich 8,76 g NaCl und 6,05 g Tris - Base. </li><li> Man bringt die Lösung auf einen endgültigen pH von 7,4 unter Verwendung von 1 M HCl. </li><li> Bringen Sie das endgültige Volumen auf 1 l mit dH 2 O. </li></ol></li><li> Bereiten Sie nicht denaturierende Lyse-Puffer. Bereiten Sie die Lyse-Puffer, den Tag des cap-Bindungstest. Machen Sie zusätzliche Lysepuffer die leeren Agarosekügelchen und die γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-verknüpften Kügelchen (Schritte 7.9 und 7.13) zu waschen. <ol><li> In 7 ml dH 2 O, fügen Sie 160 ul 5 M NaCll, 160 &amp; mgr; l 1 M Tris-HCl pH 7,4, 40 ul 200 mM NaF, 40 &amp; mgr; l 1 M MgCl 2 und 40 &amp; mgr; l 1 mM Natriumorthovanadat. </li><li> In 40 ul Igepal auf die 7 ml Lösung. Schneiden Sie die Spitze der Pipette abrufen zu helfen Igepal, da es extrem zähflüssig ist. </li><li> Mischen durch Pipettieren von oben und unten, oder Wirbel, die 7 ml Lösung, bis alle der Igepal aufgelöst wurde. </li><li> Heben Sie das endgültige Volumen der Lösung auf 8 ml und auf Eis halten. </li></ol></li><li> Bereiten Sie 4x Natriumdodecylsulfat (SDS) -PAGE Probenpuffer. <ol><li> In einem Becherglas kombinieren 16 ml 1 M Tris-HCl pH 6,8, 12,64 ml Glycerin und 8 ml Dithiothreitol (DTT). </li><li> In 3,2 g SDS und 0,16 g Bromphenolblau. Lassen Pulver zu lösen vollständig mit einem magnetischen Rührstab durch Mischen. </li><li> Aliquote in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen und bei -20 ° C. </li></ol></li></ol> 6. Zellyse <ol><li> Bereiten Sie nicht denaturierende Lyse-Puffer und auf Eis halten den Tag der the cap-Bindungstest. </li><li> Vorwärmen 1x PBS und Trypsin in einem 37 ° C Wasserbad für 30 min. </li><li> Aliquot 980 ul Lysepuffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen für jede cap-Bindungsassay durchgeführt wird. </li><li> Zugabe von 10 &amp; mgr; l von 4- (2-aminoethyl) benzolsulfonyl Fluorid-Hydrochlorid und 10 &amp; mgr; l 100x-Protease-Inhibitor-Cocktail zu den 980 &amp; mgr; l Lysepuffer. Halten Sie sich auf dem Eis. </li><li> Entsorgen Sie die Medien von jedem 150-mm-Schale in einem Abfallbehälter in der Hypoxie-Workstation. </li><li> Waschen Sie die Zellen mit 3-4 ml warmem 1x PBS und entsorgen Sie die gesamte Flüssigkeit. </li><li> 1 ml warmes 0,05% Trypsin-EDTA zu jeder Schale und ließ für 2 min sitzen oder bis die Zellen nicht mehr an der Platte haftete. </li><li> Mit einer Pipette übertragen die Zellen einer Platte zu einem 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen, wie erforderlich, so daß jede Platte der Zellen auf einem separaten 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen überführt wird. </li><li> Zentrifugieren Sie die 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen bei 6000 × g für 90 s to die Zellen pelletieren. </li><li> Saugen Sie das Trypsin mit Hilfe einer Pipette ohne das Pellet zu stören. Wenn das Pellet gestört ist, wieder Zentrifuge die 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen bei 6000 × g für 90 Sekunden. </li><li> Waschen Sie die Zellen mit warmem 1x PBS durch sanftes Pipettieren von 200 ul PBS in das Röhrchen gerade oberhalb des Pellets. Re-Zentrifuge, wenn das Pellet wird gestört. </li><li> Saugen Sie das PBS, ohne das Pellet zu stören. </li><li> Pipette 500 &amp; mgr; l aus den 1 ml hergestellt Lyse-Pufferlösung auf die erste Zellpellet. Das Pellet vollständig durch Auf- und Abpipettieren. </li><li> Kombinieren Sie die resuspendierten Zellen mit dem zweiten Zellpellet und resuspendieren das zweite Pellet durch Auf- und Abpipettieren. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Pellets wurden für jede Probe kombiniert und erneut suspendiert. </li><li> Kombinieren des Lysats mit den verbleibenden 500 ul Lysepuffer in einem 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. </li><li> Entfernen Proben aus der Hypoxie-Workstation. HINWEIS: Nach dem Lysepuffer Zugabe einll nachfolgenden Schritte sind in der Umgebungsluft durchgeführt werden, da der Hypoxie-Workstation auf 37 ° C eingestellt ist und die folgenden Schritte ausgeführt werden kalt (4 ° C oder auf Eis) werden. </li><li> Lyse der Zellen unter Verwendung von leichtem Rühren durch Drehen der Proben bei 4 ° C für 1,5-2 Stunden. </li><li> Zentrifugation der lysierten Zellen bei 12.000 xg für 15 min bei 4 ° C um Zelltrümmer zu entfernen. </li><li> Übertragen Sie das Lysat in ein neues 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen und verwerfen das Pellet. </li><li> Reservieren ein Teil (5-10%) des Überstands als Ganzes Zelllysat Eingangssteuerung für zukünftige Western-Blot-Analyse verwendet werden. </li></ol> 7. Cap-Bindungsassay <ol><li> Für jede Probe werden 50 &amp; mgr; l des Zuschnitts Agarosekügelchen Steuer Slurry und 50 ul der γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-linked Kügelchenaufschlämmung 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen zu trennen. Mit einer Schere die Spitze der Pipette zu entfernen Sammlung des Wulstes Aufschlämmung zu erleichtern. </li><li> Pellet die Perlen by Zentrifugieren der Aufschlämmung bei 500 xg für 30 sec. </li><li> Entfernen Sie den Überstand vorsichtig und resuspendieren die Perlen in 500 ul TBS. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 7.2 und 7.3. Pellet die Kügelchen bei 500 g für 30 Sekunden und entfernen Sie den Überstand. </li><li> Den Überstand des Lysats aus Schritt 6,19 bis 1,5 ml Mikroröhrchen, das die leeren Agarosekügelchen enthält. HINWEIS: Die leeren Agarosekügelchen wirken als pre-Löschschritt Proteine ​​aus dem Lysat zu entfernen, die nicht spezifisch mit der Wulst zusammenwirken. </li><li> Inkubieren für 10 min bei 4 ° C unter leichtem Schütteln. </li><li> Pellet die leere Agarosekügelchen von bei 500 × g für 30 Sekunden zentrifugiert. </li><li> Übertragen Sie das Lysat auf die 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen , die γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-verknüpften Kügelchen enthält. </li><li> Waschen Sie die leere Agarosekügelchen durch Resuspendieren der Kügelchen in 500 ul Lysepuffer, die Perlen der Pelletierung von 30 s bei 500 · g zentrifugiert, und Verwerfen des supernatant. Wiederholen Sie diese vier Mal für insgesamt fünf Wäschen. </li><li> Resuspendieren der leeren Agarosekügelchen in 1x SDS-PAGE-Probenpuffer, und kochen Sie die Perlen für 90 Sekunden bei 95 ° C. Bei -20 ° C für zukünftige Western-Blot-Analyse zu beobachten, ob das Protein von Interesse bindet unspezifisch an dem Wulst. </li><li> Inkubieren des Lysats mit den γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-verknüpften Kügelchen unter leichtem Schütteln für 1 h bei 4 ° C cap-Bindungsproteine zu erfassen. </li><li> Pellet die γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-gebundene Kügelchen durch bei 500 × g für 30 Sekunden zentrifugiert. Überstand verwerfen. </li><li> Waschen Sie die γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-verknüpften Kügelchen Schritt 7.9 wiederholen. </li><li> Resuspendieren der Kügelchen in 600 &amp; mgr; l Lysepuffer. </li><li> Hinzufügen GTP zu einer Endkonzentration von 1 mM. </li><li> Inkubieren der γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-verknüpften Kügelchen + 1 mM GTP unter leichtem Schütteln für 1 h bei 4 ° C. Anmerkung: Diesedistanziere werden Proteine , die nicht spezifisch mit m 7 GTP interagieren (dh interagieren auch mit nicht-methylierte GTP). </li><li> Pellet die γ-aminophenyl-m 7 GTP Agarose - C10-gebundene Kügelchen durch bei 500 × g für 30 Sekunden zentrifugiert. </li><li> Den Überstand in ein neues 1,5 ml-Mikrozentrifugenröhrchen eingewogen und 200 &amp; mgr; l 4x SDS-PAGE-Probenpuffer (50 mM Tris-HCl, 100 mM DTT, 2% SDS, 0,1% Bromphenolblau und 10% Glycerin). Bewahren Sie die GTP Kontrollprobe bei -20 ° C für eine spätere Western - Blot - Analyse 37. Waschen Sie die Perlen um 7,9 Schritt zu wiederholen. </li><li> Resuspendieren der Kügelchen in 1x SDS-PAGE-Probenpuffer (50 mM Tris-HCl, 100 mM DTT, 2% SDS, 0,1% Bromphenolblau und 10% Glycerin) und Kochen bei 95 ° C für 90 sec. Speichern die m 7 GTP-gebundenen Fraktion , die bei -20 ° C für zukünftige Western - Blot - Analyse 37. </li></ol>

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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translation+of+a+small+subset+of+Caenorhabditis+elegans+mRNAs+is+dependent+on+a+specific+eukaryotic+translation+initiation+factor+4E+isoform.">Translation of a small subset of Caenorhabditis elegans mRNAs is dependent on a specific eukaryotic translation initiation factor 4E isoform.</a> Mol Cell Biol. 25 (1), 100-113 (2005).</li><li>Timpano, S., Uniacke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Cells+Cultured+Under+Physiological+Oxygen+Utilize+Two+Cap-binding+Proteins+to+Recruit+Distinct+mRNAs+for+Translation.">Human Cells Cultured Under Physiological Oxygen Utilize Two Cap-binding Proteins to Recruit Distinct mRNAs for Translation.</a> J Biol Chem. , (2016).</li><li>Dings, J., Meixensberger, J., Jager, A., Roosen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+experience+with+118+brain+tissue+oxygen+partial+pressure+catheter+probes.">Clinical experience with 118 brain tissue oxygen partial pressure catheter probes.</a> Neurosurgery. 43 (5), 1082-1095 (1998).</li><li>Le, Q. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+evaluation+of+tumor+oxygenation+and+gene+expression+in+patients+with+early+stage+non-small+cell+lung+cancers.">An evaluation of tumor oxygenation and gene expression in patients with early stage non-small cell lung cancers.</a> Clin Cancer Res. 12 (5), 1507-1514 (2006).</li><li>Muller, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+desflurane+and+isoflurane+on+intestinal+tissue+oxygen+pressure+during+colorectal+surgery.">Effects of desflurane and isoflurane on intestinal tissue oxygen pressure during colorectal surgery.</a> Anaesthesia. 57 (2), 110-115 (2002).</li><li>Brooks, A. J., Eastwood, J., Beckingham, I. J., Girling, K. 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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+HIF-1alpha+in+response+to+hypoxia+is+instantaneous.">Induction of HIF-1alpha in response to hypoxia is instantaneous.</a> FASEB J. 15 (7), 1312-1314 (2001).</li><li>Newby, D., Marks, L., Lyall, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolved+oxygen+concentration+in+culture+medium:+assumptions+and+pitfalls.">Dissolved oxygen concentration in culture medium: assumptions and pitfalls.</a> Placenta. 26 (4), 353-357 (2005).</li><li>Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+transfer+of+proteins+from+polyacrylamide+gels+to+nitrocellulose+sheets:+procedure+and+some+applications.">Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 76 (9), 4350-4354 (1979).</li><li>Haghighat, A., Mader, S., Pause, A., Sonenberg, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repression+of+cap-dependent+translation+by+4E-binding+protein+1:+competition+with+p220+for+binding+to+eukaryotic+initiation+factor-4E.">Repression of cap-dependent translation by 4E-binding protein 1: competition with p220 for binding to eukaryotic initiation factor-4E.</a> EMBO J. 14 (22), 5701-5709 (1995).</li><li>Pyronnet, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+eukaryotic+translation+initiation+factor+4G+(eIF4G)+recruits+mnk1+to+phosphorylate+eIF4E.">Human eukaryotic translation initiation factor 4G (eIF4G) recruits mnk1 to phosphorylate eIF4E.</a> EMBO J. 18 (1), 270-279 (1999).</li><li>Okumura, F., Zou, W., Zhang, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ISG15+modification+of+the+eIF4E+cognate+4EHP+enhances+cap+structure-binding+activity+of+4EHP.">ISG15 modification of the eIF4E cognate 4EHP enhances cap structure-binding activity of 4EHP.</a> Genes Dev. 21 (3), 255-260 (2007).</li><li>Kedersha, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+ternary+complex+(eIF2-GTP-tRNA(i)(Met))-deficient+preinitiation+complexes+are+core+constituents+of+mammalian+stress+granules.">Evidence that ternary complex (eIF2-GTP-tRNA(i)(Met))-deficient preinitiation complexes are core constituents of mammalian stress granules.</a> Mol Biol Cell. 13 (1), 195-210 (2002).</li><li>Gu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+the+structure,+mechanism,+and+regulation+of+scavenger+mRNA+decapping+activity.">Insights into the structure, mechanism, and regulation of scavenger mRNA decapping activity.</a> Mol Cell. 14 (1), 67-80 (2004).</li><li>Szczepaniak, S. A., Zuberek, J., Darzynkiewicz, E., Kufel, J., Jemielity, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Affinity+resins+containing+enzymatically+resistant+mRNA+cap+analogs--a+new+tool+for+the+analysis+of+cap-binding+proteins.">Affinity resins containing enzymatically resistant mRNA cap analogs--a new tool for the analysis of cap-binding proteins.</a> RNA. 18 (7), 1421-1432 (2012).</li><li>Joshi, B., Cameron, A., Jagus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+mammalian+eIF4E-family+members.">Characterization of mammalian eIF4E-family members.</a> Eur J Biochem. 271 (11), 2189-2203 (2004).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Die Analyse der Cap-bindenden Proteinen in menschlichen physiologischen Sauerstoffbedingungen ausgesetzt Zellen können für die Identifizierung von neuen Sauerstoff-regulierten Translationsinitiationsfaktoren ermöglichen. Die Affinität dieser Faktoren für die 5 &#39;Cap der mRNA oder andere cap-assoziierte Proteine können durch die Stärke ihrer Verbindung zu m 7 GTP-gebundenen Agarosekügelchen gemessen werden. Eine Einschränkung dieser Technik ist, dass sie die cap-Bindungspotential von Proteinen nach...

Translational Steuerung zeichnet sich als ein ebenso wichtiger Schritt , um die Transkriptionsregulation in der Genexpression, insbesondere in Zeiten der zellulären Stress 1. Ein Schwerpunkt der Translationskontrolle ist bei der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Einleitung , wo die ersten Schritte der Proteinsynthese , die Bindung des eukaryotische Initiationsfaktor 4E (eIF4E) an die 7-Methylguanosin (m 7 GTP) 5&#39; - Cap von mRNAs beinhalten 2 . eIF4E ist Teil eines trimeren Komplex namens eIF4F die eIF4A, eine RNA - Helikase und eIF4G, ein Gerüstprotein , die für die Rekrutierung anderer Übersetzungsfaktoren und die 40S - Ribosoms 3 umfasst. Unter normalen physiologischen Bedingungen, die überwiegende Mehrheit der mRNAs über einen CAP-abhängigen Mechanismus übersetzt, aber unter Perioden der zellulären Stress etwa 10% der humanen mRNAs enthalten 5 &#39;UTR , die cap-unabhängige Translation Initiation 1,4 ermöglichen kann. Cap-abhängige Translation ist historisch Synonymous mit eIF4F jedoch stressspezifische Varianten von eIF4F haben ein Trend - Thema geworden 5-8. Verschiedene Zellspannungen verursachen eIF4E Aktivität über die Säugetier-Ziel von Rapamycin-Komplex 1 (mTORC1) verdrängt werden. Diese Kinase wird unter Stress beeinträchtigt, die eines seiner Ziele in der erhöhten Aktivität führt, die 4E-Bindungsprotein (4E-BP). Nicht-phosphoryliert 4E-BP bindet an eIF4E und blockiert ihre Fähigkeit , mit eIF4G wodurch die Unterdrückung von Cap-abhängige Translation 9,10 zu interagieren. Interessanterweise hat ein Homolog von eIF4E namens eIF4E2 (oder 4EHP) eine viel geringere Affinität für 4E-BP 11, vielleicht so dass es Stress-vermittelten Repression zu entziehen. Tatsächlich zunächst als Repressor der Übersetzung charakterisiert aufgrund seiner mangelnden Wechselwirkung mit eIF4G 12 initiiert eIF4E2 Übersetzung von Hunderten von mRNAs , die RNA Hypoxie - Response - Elemente in ihren 3&#39; - UTR 6,13 während des hypoxischen Stress enthalten. Diese Aktivierung is durch Wechselwirkungen mit eIF4G3 erzielte RNA - Bindungsprotein - Motiv 4 und der Hypoxie - induzierbaren Faktor (HIF) 2α einen hypoxischen eIF4F Komplex oder eIF4F H 6,13 zu bilden. Als Repressor unter normalen Bedingungen bindet eIF4E2 mit GIGYF2 und ZNF598 14. Diese Komplexe wurden, teilweise identifiziert durch Agarose-linked m 7 GTP Affinitätsharze. Diese klassische Methode 15 ist im Bereich der Übersetzungsnorm und ist die beste und am häufigsten verwendete Technik cap-Bindungskomplexe in Zug zu isolieren , nach unten und in - vitro - Bindungsassays 16-19. Da der cap-abhängigen Translationsmaschinerie als flexibel und anpassungsfähig mit inter ändernden Teilen Schwellen 6-8,13 Dieses Verfahren ist ein leistungsfähiges Werkzeug , um schnell neue cap-Bindungsproteine in der Stressantwort beteiligt identifizieren. Weiterhin ist in Variationen eIF4F könnte weitreichende Auswirkungen haben, da mehrere eukaryotische Modellsysteme scheinen eine eIF4E2 Homolog für Stressreaktionen zu verwenden, wiewie A. thaliana 20, S. Pombe 21, D. melanogaster 22 und C. elegans 23. Hinweise darauf , dass Variationen in eIF4F nicht streng auf Stressbedingungen beschränkt, sondern in der normalen Physiologie 24 einbezogen werden. Die Sauerstoffversorgung der Gewebe (in Kapillarenden) oder innerhalb von Geweben (via Mikroelektroden gemessen wird ) variiert von 2-6% im Gehirn 25, 3-12% der Lunge 26, 3,5-6% im Darm 27, 4% in die Leber 28, 7-12% in der Niere 29, 4% in Muskel 30 und 6-7% in dem Knochenmark 31. Zellen und Mitochondrien enthalten weniger als 1,3% Sauerstoff 32. Diese Werte sind sehr viel näher an Hypoxie als die Umgebungsluft, wo Zellen routinemßig kultiviert. Dies legt nahe, dass das, was vorher waren gedacht als Hypoxie-spezifische zelluläre Prozesse in einer physiologischen Umgebung von Bedeutung sein können. Interessanterweise eIF4F und eIF4F H </sup&gt; aktiv an der Translationsinitiations verschiedener Pools oder Klassen von mRNAs in verschiedenen menschlichen Zelllinien teilnehmen zu physiologischen Sauerstoff ausgesetzt oder &quot;physioxia&quot; 24. Niedrige Sauerstoff treibt auch die richtige Entwicklung des Fötus 33 und Zellen haben in der Regel höhere Proliferationsraten, längere Lebensdauer, weniger DNA - Schäden und weniger allgemeine Stressreaktionen in physioxia 34. Daher ist eIF4F H wahrscheinlich ein wichtiger Faktor bei der Expression von ausgewählten Genen unter physiologischen Bedingungen. Hier bieten wir ein Protokoll zur Kultivierung von Zellen in festen physiologischen Sauerstoffbedingungen oder in einem dynamischen Schwankungsbereich, die wahrscheinlich mehr repräsentativ für Gewebe-Mikroumgebungen ist. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass Zellen innerhalb der Hypoxie Workstation lysiert werden. Es ist oft nicht klar, wie der Übergang von hypoxische Zellkultur zu Zellaufschluß wird in anderen Protokollen durchgeführt. Zellen werden oft zunächst von einem kleinen Hypoxie Inkubator entfernt werdenVordergrund - Lyse, aber diese Exposition gegenüber Sauerstoff konnte biochemische Wege beeinflussen , wie die zelluläre Reaktion auf Sauerstoff schnell ist (ein oder zwei Minuten) 35. Bestimmte cap-bindende Proteine erfordern Wechselwirkungen mit einer zweiten Base oder die m 7 GTP hydrolysieren daher einige Kappe Interaktoren können in dem Reinigungsverfahren fehlen. Agarose-gebundenen enzymatisch sicheren Verschluss-Analoga können in diesem Protokoll ersetzt werden. Erforschung der Aktivität und Zusammensetzung der eIF4F H und andere Variationen von eIF4F durch das hier beschriebene Verfahren wird Licht auf die komplizierten Genexpression Maschinerien , die Zellen während der physiologischen Bedingungen oder Stressreaktionen zu nutzen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="901">
	<tbody>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:380px;">&#947;-aminophenyl-m7GTP agarose C10-linked beads</td>
			<td style="width:151px;">Jena Bioscience</td>
			<td style="width:165px;">AC-1555</td>
			<td style="width:205px;">Agarose-linked m7GTP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">100 mm culture dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>877222</td>
			<td>10-cm culture dish</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">150 mm culture dish</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>130183</td>
			<td>15-cm culture dish</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">AEBSF Hydrochloride</td>
			<td>ACROS Organics</td>
			<td>A0356829</td>
			<td>AEBSF</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Agarose Beads</td>
			<td>Jena Bioscience&#160;</td>
			<td>AC-0015</td>
			<td>Agarose bead control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bromophenol Blue</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP112-25</td>
			<td>Component of SDS-PAGE loading buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1.5 mL Centrifuge Tubes</td>
			<td>FroggaBio</td>
			<td>1210-00S</td>
			<td>Used to centrifuge small volumes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">15 mL Conical Centrifuge Tubes</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>1495970C</td>
			<td>Used in culturing primary cells</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Defined trypsin inhibitor</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>R007100</td>
			<td>DTI</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dithiothreital</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP172-25</td>
			<td>DTT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Epithelial cell medium (complete kit)</td>
			<td>ScienCell</td>
			<td>4101</td>
			<td>Includes serum and growth factor supplements)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glycerol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP229-1</td>
			<td>Component of SDS-PAGE loading buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">100 mM Guanosine 5&#39;-triphosphate, 1 mL</td>
			<td>Jena Bioscience</td>
			<td>272076-0251M</td>
			<td>GTP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HCT116 colorectal carcinoma</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CCL-247</td>
			<td>Human cancer cell line</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Human renal proximal tubular epithelial cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>PCS-400-010</td>
			<td>HRPTEC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hyclone DMEM/High Glucose</td>
			<td>GE Life Sciences</td>
			<td>SH30022.01</td>
			<td>Standard media for human cell culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hyclone Penicillin-Streptomycin solution</td>
			<td>GE Life Sciences</td>
			<td>SV30010</td>
			<td>Antibiotic component of DMEM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">H35 HypOxystation</td>
			<td>Hypoxygen</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Hypoxia workstation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Igepal CA-630</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>2198596</td>
			<td>Detergent component of lysis buffer</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Monopotassium phosphate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>P288-500</td>
			<td>KH2PO4</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Potassium chloride</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>P217-500</td>
			<td>KCl</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Magnesium chloride</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>M33-500</td>
			<td>MgCl2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium chloride</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP358-10</td>
			<td>NaCl</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium fluoride</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>5299-100</td>
			<td>NaF (phosphatase inhibitor component of lysis buffer)</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Disodium phosphate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>5369-500</td>
			<td>Na2HPO4</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Premium Grade Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Seradigm</td>
			<td>1500-500</td>
			<td>FBS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Protease Inhibitor Cocktail (100 x)</td>
			<td>Cell Signalling</td>
			<td>58715</td>
			<td>Component of lysis buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Dodecyl Sulfate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP166-100</td>
			<td>SDS</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;">Sodium Orthovanadate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>56508</td>
			<td>Na3VO4</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tris Base</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP152-5</td>
			<td>Component of buffers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.05% Trypsin-EDTA (1x)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>2500-067</td>
			<td>Trypsin used to detach adherent cells</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analysis of cap-binding proteins in human cells exposed to physiological oxygen conditions

Translational control is a focal point of gene regulation, especially during periods of cellular stress. Cap-dependent translation via the eIF4F complex is by far the most common pathway to initiate protein synthesis in eukaryotic cells, but stress-specific variations of this complex are now emerging. Purifying cap-binding proteins with an affinity resin composed of Agarose-linked m7GTP (a 5' mRNA cap analog) is a useful tool to identify factors involved in the regulation of translation initiation. Hypoxia (low oxygen) is a cellular stress encountered during fetal development and tumor progression, and is highly dependent on translation regulation. Furthermore, it was recently reported that human adult organs have a lower oxygen content (physioxia 1-9% oxygen) that is closer to hypoxia than the ambient air where cells are routinely cultured. With the ongoing characterization of a hypoxic eIF4F complex (eIF4FH), there is increasing interest in understanding oxygen-dependent translation initiation through the 5' mRNA cap. We have recently developed a human cell culture method to analyze cap-binding proteins that are regulated by oxygen availability. This protocol emphasizes that cell culture and lysis be performed in a hypoxia workstation to eliminate exposure to oxygen. Cells must be incubated for at least 24 hr for the liquid media to equilibrate with the atmosphere within the workstation. To avoid this limitation, pre-conditioned media (de-oxygenated) can be added to cells if shorter time points are required. Certain cap-binding proteins require interactions with a second base or can hydrolyze the m7GTP, therefore some cap interactors may be missed in the purification process. Agarose-linked to enzymatically resistant cap analogs may be substituted in this protocol. This method allows the user to identify novel oxygen-regulated translation factors involved in cap-dependent translation.

Analyse von Cap-Bindungsfähigkeit in Reaktion auf den Sauerstoff von eIF4E und eIF4E2 in einem m 7 GTP Affinitätssäule Die 1 und 2 Western - Blots von typischen m 7 GTP Affinitätsreinigung von zwei Haupt cap-Bindungsproteine in Reaktion auf Sauerstoff- Schwankungen in zwei humanen Zelllinien repräsentieren: primäre humane renale proximalen tubulären Epithelzellen (HRP...

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Analysis of Cap-binding Proteins in Human Cells Exposed to Physiological Oxygen Conditions

Here, we present human cell culture protocols to analyze translation initiation factors that bind the 5' cap of mRNA during physiological oxygen conditions. This method utilizes an Agarose-linked m7GTP cap analog and is suitable to investigate cap-binding factors and their interacting partners.

Analyse von Cap-bindende Proteine ​​in menschlichen Zellen zu Physiologische Sauerstoffbedingungen ausgesetzt

Translational control is a focal point of gene regulation, especially during periods of cellular stress. Cap-dependent translation via the eIF4F complex ...

analysis-cap-binding-proteins-human-cells-exposed-to-physiological

Research

JoVE Journal

Genetics

7.7K Aufrufe.  University of Guelph. Here, we present human cell culture protocols to analyze translation initiation factors that bind the 5' cap of mRNA during physiological oxygen conditions. This method utilizes an Agarose-linked m7GTP cap analog and is suitable to investigate cap-binding factors and their interacting partners.

Serie: Analysis of Cap-binding Proteins in Human Cells Exposed to Physiological Oxygen Conditions

siRNA Transfection and EMSA Analyses on Freshly Isolated Human Villous Cytotrophoblasts

Human primary villous cytotrophoblasts are a very useful source of primary cells to study placental functions and regulatory mechanisms, and to comprehend diseases related to pregnancy. In this protocol, human primary villous cytotrophoblasts freshly isolated from placentas through a standard DNase/trypsin protocol are microporated with small interfering RNA (siRNA). This approach provided greater efficiency for siRNA transfection when compared to a lipofection-based method. Transfected cells can subsequently be analyzed by standard Western blot within a time frame of 3-4 days post-transfection. In addition, using cultured primary villous cytotrophoblasts, Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) analysis was optimized and performed on extracts from days 1 to 4. The use of these cultured primary cells and the protocol described allow for an evaluation of the implication of specific genes and transcription factors in the process of villous cytotrophoblast differentiation into a syncytiotrophoblast-like cell layer. However, the limited time span allowable in culture precludes the use of methods requiring more time, such as generation of a stable cell population. Therefore testing of this cell population requires highly optimized gene transfer protocols.

This protocol describes a method for efficiently transfecting siRNA in freshly isolated human villous cytotrophoblasts using microporation and identifying DNA-protein complexes in these cells. Transfected cells can be monitored by Western blot and EMSA analyses during the 4-day culture time.

siRNA-Transfektion und EMSA-Analysen auf frisch isolierten menschlichen Villöse Cytotrophoblasten

Human primary villous cytotrophoblasts are a very useful source of primary cells to study placental functions and regulatory mechanisms, and to comprehend ...

Forschung

Genetik

Conjugative Mating Assays for Sequence-specific Analysis of Transfer Proteins Involved in Bacterial Conjugation

The transfer of genetic material by bacterial conjugation is a process that takes place via complexes formed by specific transfer proteins. In Escherichia coli, these transfer proteins make up a DNA transfer machinery known as the mating pair formation, or DNA transfer complex, which facilitates conjugative plasmid transfer. The objective of this paper is to provide a method that can be used to determine the role of a specific transfer protein that is involved in conjugation using a series of deletions and/or point mutations in combination with mating assays. The target gene is knocked out on the conjugative plasmid and is then provided in trans through the use of a small recovery plasmid harboring the target gene. Mutations affecting the target gene on the recovery plasmid can reveal information about functional aspects of the target protein that result in the alteration of mating efficiency of donor cells harboring the mutated gene. Alterations in mating efficiency provide insight into the role and importance of the particular transfer protein, or a region therein, in facilitating conjugative DNA transfer. Coupling this mating assay with detailed three-dimensional structural studies will provide a comprehensive understanding of the function of the conjugative transfer protein as well as provide a means for identifying and characterizing regions of protein-protein interaction.

Here, we present a protocol to knockout a gene of interest involved in plasmid conjugation and subsequently analyze the impact of its absence using mating assays. The function of the gene is further explored to a specific region of its sequence using deletion or point mutations.

Konjugative Mating Assays für sequenzspezifische Analyse der Übertragung beteiligten Proteine ​​in bakteriellen Konjugation

The transfer of genetic material by bacterial conjugation is a process that takes place via complexes formed by specific transfer proteins. In Escherichia ...

Engineering Artificial Factors to Specifically Manipulate Alternative Splicing in Human Cells

The processing of most eukaryotic RNAs is mediated by RNA Binding Proteins (RBPs) with modular configurations, including an RNA recognition module, which specifically binds the pre-mRNA target and an effector domain. Previously, we have taken advantage of the unique RNA binding mode of the PUF domain in human Pumilio 1 to generate a programmable RNA binding scaffold, which was used to engineer various artificial RBPs to manipulate RNA metabolism. Here, a detailed protocol is described to construct Engineered Splicing Factors (ESFs) that are specifically designed to modulate the alternative splicing of target genes. The protocol includes how to design and construct a customized PUF scaffold for a specific RNA target, how to construct an ESF expression plasmid by fusing a designer PUF domain and an effector domain, and how to use ESFs to manipulate the splicing of target genes. In the representative results of this method, we have also described the common assays of ESF activities using splicing reporters, the application of ESF in cultured human cells, and the subsequent effect of splicing changes. By following the detailed protocols in this report, it is possible to design and generate ESFs for the regulation of different types of Alternative Splicing (AS), providing a new strategy to study splicing regulation and the function of different splicing isoforms. Moreover, by fusing different functional domains with a designed PUF domain, researchers can engineer artificial factors that target specific RNAs to manipulate various steps of RNA processing.

This report describes a bioengineering method to design and construct novel Artificial Splicing Factors (ASFs) that specifically modulate the splicing of target genes in mammalian cells. This method can be further expanded to engineer various artificial factors to manipulate other aspects of RNA metabolism.

Engineering künstliche Faktoren zur Speziellen Manipulation alternativen Spleißen in menschlichen Zellen

The processing of most eukaryotic RNAs is mediated by RNA Binding Proteins (RBPs) with modular configurations, including an RNA recognition module, which ...

Immunostaining for DNA Modifications: Computational Analysis of Confocal Images

For several decades, 5-methylcytosine (5mC) has been thought to be the only DNA modification with a functional significance in metazoans. The discovery of enzymatic oxidation of 5mC to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC) and 5-carboxylcytosine (5caC) as well as detection of N6-methyladenine (6mA) in the DNA of multicellular organisms provided additional degrees of complexity to the epigenetic research. According to a growing body of experimental evidence, these novel DNA modifications may play specific roles in different cellular and developmental processes. Importantly, as some of these marks (e. g. 5hmC, 5fC and 5caC) exhibit tissue- and developmental stage-specific occurrence in vertebrates, immunochemistry represents an important tool allowing assessment of spatial distribution of DNA modifications in different biological contexts. Here the methods for computational analysis of DNA modifications visualized by immunostaining followed by confocal microscopy are described. Specifically, the generation of 2.5 dimension (2.5D) signal intensity plots, signal intensity profiles, quantification of staining intensity in multiple cells and determination of signal colocalization coefficients are shown. Collectively, these techniques may be operational in evaluating the levels and localization of these DNA modifications in the nucleus, contributing to elucidating their biological roles in metazoans.

Newly discovered oxidized forms of 5-methylcytosine (oxi-mCs), 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC) and 5-carboxylcytosine (5caC) may represent distinct DNA modifications with unique functional roles. Here a semi-quantitative workflow for visualization of oxi-mCs' spatial distribution, signal intensity profiling and colocalization is described.

Immunostaining für DNA-Modifikationen: computergestützte Analyse der konfokalen Bilder

For several decades, 5-methylcytosine (5mC) has been thought to be the only DNA modification with a functional significance in metazoans. The discovery of ...

Adaptation of Hybridization Capture of Chromatin-associated Proteins for Proteomics to Mammalian Cells

The hybridization capture of chromatin-associated proteins for proteomics (HyCCAPP) technology was initially developed to uncover novel DNA-protein interactions in yeast. It allows analysis of a target region of interest without the need for prior knowledge about likely proteins bound to the target region. This, in theory, allows HyCCAPP to be used to analyze any genomic region of interest, and it provides sufficient flexibility to work in different cell systems. This method is not meant to study binding sites of known transcription factors, a task better suited for Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) and ChIP-like methods. The strength of HyCCAPP lies in its ability to explore DNA regions for which there is limited or no knowledge about the proteins bound to it. It can also be a convenient method to avoid biases (present in ChIP-like methods) introduced by protein-based chromatin enrichment using antibodies. Potentially, HyCCAPP can be a powerful tool to uncover truly novel DNA-protein interactions. To date, the technology has been predominantly applied to yeast cells or to high copy repeat sequences in mammalian cells. In order to become the powerful tool we envision, HyCCAPP approaches need to be optimized to efficiently capture single-copy loci in mammalian cells. Here, we present our adaptation of the initial yeast HyCCAPP capture protocol to human cell lines, and show that single-copy chromatin regions can be efficiently isolated with this modified protocol.

This is a method to identify novel DNA-interacting proteins at specific target loci, relying on sequence-specific capture of crosslinked chromatin for subsequent proteomic analyses. No prior knowledge about potential binding proteins, nor cell modifications are required. Initially developed for yeast, the technology has now been adapted for mammalian cells.

Anpassung der Hybridisierung erfassen der Chromatin-assoziierte Proteine für Proteomics für Säugerzellen

The hybridization capture of chromatin-associated proteins for proteomics (HyCCAPP) technology was initially developed to uncover novel DNA-protein ...

Highly Efficient Gene Disruption of Murine and Human Hematopoietic Progenitor Cells by CRISPR/Cas9

Advances in the hematopoietic stem cell (HSCs) field have been aided by methods to genetically engineer primary progenitor cells as well as animal models. Complete gene ablation in HSCs required the generation of knockout mice from which HSCs could be isolated, and gene ablation in primary human HSCs was not possible. Viral transduction could be used for knock-down approaches, but these suffered from variable efficacy. In general, genetic manipulation of human and mouse hematopoietic cells was hampered by low efficiencies and extensive time and cost commitments. Recently, CRISPR/Cas9 has dramatically expanded the ability to engineer the DNA of mammalian cells. However, the application of CRISPR/Cas9 to hematopoietic cells has been challenging, mainly due to their low transfection efficiencies, the toxicity of plasmid-based approaches and the slow turnaround time of virus-based protocols.
A rapid method to perform CRISPR/Cas9-mediated gene editing in murine and human hematopoietic stem and progenitor cells with knockout efficiencies of up to 90% is provided in this article. This approach utilizes a ribonucleoprotein (RNP) delivery strategy with a streamlined three-day workflow. The use of Cas9-sgRNA RNP allows for a hit-and-run approach, introducing no exogenous DNA sequences in the genome of edited cells and reducing off-target effects. The RNP-based method is fast and straightforward: it does not require cloning of sgRNAs, virus preparation or specific sgRNA chemical modification. With this protocol, scientists should be able to successfully generate knockouts of a gene of interest in primary hematopoietic cells within a week, including downtimes for oligonucleotide synthesis. This approach will allow a much broader group of users to adapt this protocol for their needs.

A protocol for fast CRISPR/Cas9-mediated gene disruption in mouse and human primary hematopoietic cells is described in this article. Cas9-sgRNA ribonucleoproteins are introduced via electroporation with sgRNAs generated through in vitro transcription and commercial Cas9. High editing efficiencies are achieved with limited time and financial cost.

Hocheffiziente gen Störung der murinen und menschlichen hämatopoetischen Vorläuferzellen von CRISPR/Cas9

Advances in the hematopoietic stem cell (HSCs) field have been aided by methods to genetically engineer primary progenitor cells as well as animal models. ...

Differentiation, Maintenance, and Analysis of Human Retinal Pigment Epithelium Cells: A Disease-in-a-dish Model for BEST1 Mutations

Although over 200 genetic mutations in the human BEST1 gene have been identified and linked to retinal degenerative diseases, the pathological mechanisms remain elusive mainly due to the lack of a good in vivo model for studying BEST1 and its mutations under physiological conditions. BEST1 encodes an ion channel, namely BESTROPHIN1 (BEST1), which functions in retinal pigment epithelium (RPE); however, the extremely limited accessibility to native human RPE cells represents a major challenge for scientific research. This protocol describes how to generate human RPEs bearing BEST1 disease-causing mutations by induced differentiation from human pluripotent stem cells (hPSCs). As hPSCs are self-renewable, this approach allows researchers to have a steady source of hPSC-RPEs for various experimental analyses, such as immunoblotting, immunofluorescence, and patch clamp, and thus provides a very powerful disease-in-a-dish model for BEST1-associated retinal conditions. Notably, this strategy can be applied to study RPE (patho)physiology and other genes of interest natively expressed in RPE.

Differentiation, Maintenance, and Analysis of Human Retinal Pigment Epithelium Cells: A Disease-in-a-dish Model for BEST1 Mutations

Here we present a protocol to differentiate retinal pigment epithelium (RPE) cells from human pluripotent stem cells bearing patient-derived mutations. The mutant cell lines may be used for functional analyses including immunoblotting, immunofluorescence, and patch clamp. This disease-in-a-dish approach circumvents the difficulty of obtaining native human RPE cells.

Differenzierung, Wartung und Analyse der menschlichen Retina Pigment Epithelzellen: eine Krankheit im Gericht-Modell für BEST1 Mutationen

Although over 200 genetic mutations in the human BEST1 gene have been identified and linked to retinal degenerative diseases, the pathological mechanisms ...

Single-cell RNA Sequencing and Analysis of Human Pancreatic Islets

Pancreatic islets comprise of endocrine cells with distinctive hormone expression patterns. The endocrine cells show functional differences in response to normal and pathological conditions. The goal of this protocol is to generate high-quality, large-scale transcriptome data of each endocrine cell type with the use of a droplet-based microfluidic single-cell RNA sequencing technology. Such data can be utilized to build the gene expression profile of each endocrine cell type in normal or specific conditions. The process requires careful handling, accurate measurement, and rigorous quality control. In this protocol, we describe detailed steps for human pancreatic islets dissociation, sequencing, and data analysis. The representative results of about 20,000 human single islet cells demonstrate the successful application of the protocol.

Here, we present a protocol to generate high-quality, large-scale transcriptome data of single cells from isolated human pancreatic islets using a droplet-based microfluidic single-cell RNA sequencing technology.

Einzellige RNA-Sequenzierung und Analyse menschlicher Pankreas-Inseln

Pancreatic islets comprise of endocrine cells with distinctive hormone expression patterns. The endocrine cells show functional differences in response to ...

Generation of Defined Genomic Modifications Using CRISPR-CAS9 in Human Pluripotent Stem Cells

Human pluripotent stem cells offer a powerful system to study gene function and model specific mutations relevant to disease. The generation of precise heterozygous genetic modifications is challenging due to CRISPR-CAS9 mediated indel formation in the second allele. Here, we demonstrate a protocol to help overcome this difficulty by using two repair templates in which only one expresses the desired sequence change, while both templates contain silent mutations to prevent re-cutting and indel formation. This methodology is most advantageous for gene editing coding regions of DNA to generate isogenic control and mutant human stem cell lines for studying human disease and biology. In addition, optimization of transfection and screening methodologies have been performed to reduce labor and cost of a gene editing experiment. Overall, this protocol is widely applicable to many genome editing projects utilizing the human pluripotent stem cell model.

This protocol provides a method to facilitate the generation of defined heterozygous or homozygous nucleotide changes using CRISPR-CAS9 in human pluripotent stem cells.

Generierung definierter genomischer Modifikationen mit CRISPR-CAS9 in humanen pluripotenten Stammzellen

Human pluripotent stem cells offer a powerful system to study gene function and model specific mutations relevant to disease. The generation of precise ...

Investigation of the Transcriptional Role of a RUNX1 Intronic Silencer by CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein in Acute Myeloid Leukemia Cells

The bulk of the human genome (~98%) is comprised of non-coding sequences. Cis-regulatory elements (CREs) are non-coding DNA sequences that contain binding sites for transcriptional regulators to modulate gene expression. Alterations of CREs have been implicated in various diseases including cancer. While promoters and enhancers have been the primary CREs for studying gene regulation, very little is known about the role of silencer, which is another type of CRE that mediates gene repression. Originally identified as an adaptive immunity system in prokaryotes, CRISPR/Cas9 has been exploited to be a powerful tool for eukaryotic genome editing. Here, we present the use of this technique to delete an intronic silencer in the human RUNX1 gene and investigate the impacts on gene expression in OCI-AML3 leukemic cells. Our approach relies on electroporation-mediated delivery of two preassembled Cas9/guide RNA (gRNA) ribonucleoprotein (RNP) complexes to create two double-strand breaks (DSBs) that flank the silencer. Deletions can be readily screened by fragment analysis. Expression analyses of different mRNAs transcribed from alternative promoters help evaluate promoter-dependent effects. This strategy can be used to study other CREs and is particularly suitable for hematopoietic cells, which are often difficult to transfect with plasmid-based methods. The use of a plasmid- and virus-free strategy allows simple and fast assessments of gene regulatory functions.

Investigation of the Transcriptional Role of a RUNX1 Intronic Silencer by CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein in Acute Myeloid Leukemia Cells

Direct delivery of preassembled Cas9/guide RNA ribonucleoprotein complexes is a fast and efficient means for genome editing in hematopoietic cells. Here, we utilize this approach to delete a RUNX1 intronic silencer and examine the transcriptional responses in OCI-AML3 leukemic cells.

Untersuchung der Transkriptionsrolle eines RUNX1 Intronic Schalldämpfers durch CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein in akuten myeloischen Leukämiezellen

The bulk of the human genome (~98%) is comprised of non-coding sequences. Cis-regulatory elements (CREs) are non-coding DNA sequences that contain binding ...

Analyse von Cap-bindende Proteine ​​in menschlichen Zellen zu Physiologische Sauerstoffbedingungen ausgesetzt

Analyse von Cap-bindende Proteine in menschlichen Zellen zu Physiologische Sauerstoffbedingungen ausgesetzt