Method Article
פרוטוקול זה ממחיש שינויים מהותיים בחלוקת polyribosome כדי ללמוד translatome של in vivo דגימות במערכת העצבים המרכזית. זה מאפשר הערכה הגלובלית של רגולציה תרגום ותעתיק דרך הבידוד והשוואה של רנ"א הכל לריבוזום שברי RNA מאוגד.
תהליכים רבים מעורבים בביטוי גנים, כולל שעתוק, תרגום ויציבות של mRNAs וחלבונים. כל אחד מהצעדים הללו בחוזקה מוסדרת, המשפיע על הדינמיקה הסופית של שפע חלבון. מנגנוני פיקוח שונים קיימים בשלב התרגום, עיבוד רמות ה-mRNA לבד אינדיקטור אמין של ביטוי גנים. בנוסף, רגולציה מקומית של תרגום mRNA הייתה מעורבת בעיקר בפונקציות עצביות, הסטה 'translatomics' למוקד תשומת הלב בנוירוביולוגיה. השיטה שהוצגה יכולה לשמש כדי transcriptomics הגשר ופרוטאומיקה.
כאן אנו מתארים שינויים חיוניים לטכניקה של חלוקה polyribosome, שחוקרת את translatome המבוסס על הקשר של mRNAs תורגם באופן פעיל לריבוזומים רבים וההשקעה שלהם בהפרש הדרגתיים סוכרוז. באופן מסורתי, עבודה עם in vivo דוגמאות, במיוחד של CENTRAמערכת העצבים l (CNS), הוכיחה מאתגרת בשל הכמויות מוגבלות של חומר ואת נוכחותם של מרכיבי רקמת שומן. על מנת לטפל בזה, הפרוטוקול המתואר הוא מותאם במיוחד לשימוש עם כמות מינימאלית של חומר במערכת העצבים המרכזית, כפי שהודגמו על ידי השימוש בכבל יחיד עכבר השדרה ובמוח. בקצרה, רקמות מערכת העצבים המרכזית המחולצים והריבוזומים תרגום הם משותקים על mRNAs עם cycloheximide. הנפקת המיאלין מתבצעת לאחר מכן להסיר רכיבים עשירים שומנים בדם. חלוקה מתבצעת על שיפוע סוכרוז בי mRNAs מופרדים על פי טעינת ריבוזומלי שלהם. שברים מבודדים מתאימים למגוון רחב של מבחני במורד הזרם, כוללים טכנולוגיות assay הגנום רחב חדשות.
ביטוי גנים נקבע על ידי הפעולה המשולבת של שעתוק, תרגום ויציבות של mRNA וחלבונים, עם תרגום הנושא את ההשפעה הדומיננטית ביותר 1. עכשיו זה ברור שכל אחד מהשלבים הבאים הוא פיקוח הדוק. מיקרו-RNAs, היווצרות של גרגרי RNA, אלטרנטיבי וpolyadenylation cytoplasmic כמה דוגמאות לרגולציה שלאחר תעתיק של ביטוי גני 2,3. כל אחד ממנגנונים אלה uncouples תעתיק מתרגום ומשפיע proteome במערכת הביולוגית של עניין. לכן, באופן לא מפתיע, רמות ה-mRNA לבד readout מושלם של רמות חלבון 4. פרוטאומיקה כמותיים מספקת הערכה הישירה ביותר של ביטוי גנים, עם זאת, למרות ההתקדמות, עדיין יש מגבלות רבות על רגישות ורזולוציה רצף חלבון. לכן פונה translatome, הרפרטואר של mRNAs תרגום, מציע פשרה מצוינת בין לומדtranscriptome וproteome. זה יותר מדויק מאשר transcriptomics בהערכת ביטוי גנים סופי, ומספק גם כיסוי גבוה יותר ורזולוציה רצף מ פרוטאומיקה.
במערכות של יונקים, הרוב המכריע של אירועי תרגום יתחיל באמצעות ייזום כובע תלוי. קבוצה של גורמי חניכה אוקריוטים יחד עם מקטע ריבוזומלי הקטן 40S להרכיב בכובע '5 של ה-mRNA. המורכב ואז סורק את ה-mRNA ועם הגיע לתחילת קודון לאוגוסט, מגייס למקטע ריבוזומלי 60S הגדול כדי ליצור 80S מלא הריבוזום. תמורת שלב התארכות עם הריבוזום נע לאורך ה-mRNA, עם גורמי התארכות סיוע לשילוב של חומצות אמינו מtRNAs הטעון לשרשרת פפטיד המתהווה. הריבוזומים מרובים יכולים להמשיך לאורך mRNA אחד בו זמנית ובמספר הריבוזומים הקשורים הוכח לתאם עם השיעור של סינתזת חלבון 5,6. זה עושה את טעינת ריבוזומלי אינדיקציה אמינה לטראןslation ומאפשר הפרדה פעילה תרגום mRNAs המבוסס על קצב שקיעה. בנוסף לכימות של תרגום mRNAs, ניתן לקבל מידע רצף לזהות מוטיבים מעורבים בויסות תרגום. גם RNA מחייבים חלבונים ויכולים להיות מבודדים משברים שונים גורמי תרגום אחרים, להקל על המחקר וגילוי של חלבונים רגולטוריים בנושא.
במערכת העצבים, בקרת translational נקשרה לתהליכים כגון אחסון ה-mRNA, תחבורה וסינתזת חלבון מקומית. קונוסים צמיחה הוכחו נמל בריכה מקומית ספציפית של mRNAs שונה משאר האקסון 7. בנוסף, האקסונים להחזיק את היכולת לסנתז באופן מקומי חלבוני 8,9. כתוצאה מכך, שליטה מקומית של תרגום הפכה לנושא חיוני של מחקר בנוירוביולוגיה. הפוטנציאל של חלוקה polyribosome כדי לטפל בזה כבר הודגם במספר מחקרים, שבו הטכניקה שימשהלחקור האקסון הדרכה בפיתוח חוט השדרה, והפגין את תרגום הפעילות תלויה של BDNF ב10,11 המוח.
כל הניסויים בבעלי החיים בוצעו בהתאם להנחיות מוסדיות של DKFZ.
זהירות: כדי למנוע זיהום RNase של דגימות, לנקוט באמצעי זהירות בסיסית למניעת הזיהום RNase ולהכין את כל המאגרים במי DEPC שטופל.
1. הכנת עירובי סוכרוז
2. הכנת רקמה (כבל ו / או מוח השדרה)
"Jove_title"> 3. הנפקה המיאלין
4. סוכרוז Gradient היפוך חלוק
5. בידוד RNA מן הברים בודדים
איור 2 מראה פרופילי polyribosome נציג לאחר חלוקה. הפרופילים של מוח וחוט השדרה להראות עקומות קליטה אופייניות כפי שתוארו קודמים לשורות תאים. mRNAs חייב יחידות משנה קטנות ריבוזומלי משקעים בשברים קלים יותר (40S) ומופיע לראשונה כשיא על הפרופיל, ואחריו למקטע הגדול ריבוזומלי (60S) וmonosome (80S) mRNAs כבולות. mRNAs חייב הריבוזומים מרובים משקעים שבברים כבדים יותר, עם הפסגות בהמשך מצביעים על מספר גדל והולך של הריבוזומים מאוגדים. תרגום עולמי ניתן להעריך מהפרופיל. כדוגמא, יש רקמת מוח polyribosome גבוהה יותר לmonosome יחס מאשר רקמה בחוט השדרה, מה שמעיד תרגום פעיל יותר.
RNA חילוץ משברים בודדים נבדקו על ידי Bioanalyzer, מראה הפצה של 18S ו28S rRNA. 18S rRNA מופיע מוקדם יותר בפרופיל, בהתאם ליחידות המשנה הקטנה ריבוזומלי סדימנטציה בsucr הקל שברים OSE. תשואות אופייניות של רנ"א הכל הן 10-20 מיקרוגרם למוח ו2-4 מיקרוגרם לחוט השדרה. תשואות RNA משברים בודדים הן עד 4 מיקרוגרם ו0.8 מיקרוגרם למוח וחוט השדרה, בהתאמה, בהתאם לחלק הקטן. שיפוע סוכרוז ריק כבר מראה כמה קליטת רקע ב 260 ננומטר, בשל נוכחותם של DTT. על רקע זה יכול להיות מופחת במהלך ניתוח הנתונים על מנת לנרמל את ערכי מדגם. טיפול EDTA קרס פסגות polyribosome, הוכחת פרופיל שקיעה נובע מתרגום.
איור 1. זרימת עבודה ויישומים אפשריים של in vivo חלוקה polyribosome.> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
פרופילי איור 2. () פרופילים אופייניים polyribosome של מוח וחוט השדרה, עם הערכה של RNA שחולץ על ידי Bioanalyzer. הפצה של GAPDH mRNA על שברים ידי qRT-PCR (ב '). (C) Polyribosome של שיפוע ריק ומוח עם ובלי טיפול EDTA. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
1.1 | חיץ שיפוע 2x | 30 מ"מ טריס-HCl pH7.4, 30 מ"מ MgCl 2, 600 mM NaCl, 200 מיקרוגרם / מיליליטר cycloheximide (CHX), 2 המ"מ dithiothreitol (DTT) | |
1.1 | תמיסת סוכרוז 17.5% | 8.67 סוכרוז גרם, 25 מיליליטר 2x חיץ שיפוע, עד 50 מיליליטר H DEPC 2 0 | |
1.1 | תמיסת סוכרוז 25.6% | 12.8 סוכרוז גרם, 25 מיליליטר 2x חיץ שיפוע, עד 50 מיליליטר H DEPC 2 0 | |
1.1 | תמיסת סוכרוז 33.8% | 16.9 סוכרוז גרם, 25 מיליליטר 2x חיץ שיפוע, עד 50 מיליליטר H DEPC 2 0 | |
1.1 | תמיסת סוכרוז 41.9% | 20.95 סוכרוז גרם, 25 מיליליטר 2x חיץ שיפוע, עד 50 מיליליטר H DEPC 2 0 | |
1.1 | תמיסת סוכרוז 50% | 25 סוכרוז גרם, 25 מיליליטר 2x חיץ שיפוע, עד 50 מיליליטר H DEPC 2 0 | |
2.3 | המגוןחיץ | 0.25 M סוכרוז, 50 מ"מ טריס / HCl, pH7.4), 5 מ"מ MgCl 2, 25 מ"מ KCl | 200 CHX מיקרוגרם / מיליליטר, מעכב 1x רוש שלם פרוטאז, 1 מ"מ DTT, phenylmethanesulfonylfluoride 1 מ"מ (PMSF), 100 U / ml RNasin |
3.1 | תמיסת סוכרוז 2M | סוכרוז 68.4%, 50 מ"מ טריס-HCl, pH7.4, 5 מ"מ MgCl 2, 25 מ"מ KCl | 100 CHX מיקרוגרם / מיליליטר, מעכב 1x רוש שלם פרוטאז, 1 מ"מ DTT, PMSF 1 מ"מ |
3.1 | תמיסת סוכרוז 1.1M | סוכרוז 38.5%, 50 מ"מ טריס-HCl, pH7.4, 5 מ"מ MgCl 2, 25 מ"מ KCl | 100 CHX מיקרוגרם / מיליליטר, מעכב 1x רוש שלם פרוטאז, 1 מ"מ DTT, PMSF 1 מ"מ |
3.1 | תמיסת סוכרוז 0.9M | סוכרוז 30.8%, 50 מ"מ טריס-HCl, pH7.4, 5 מ"מ MgCl 2, 25 מ"מ KCl | 100 CHX מיקרוגרם / מיליליטר, מעכב 1x רוש שלם פרוטאז, 1 מ"מ DTT, PMSF 1 מ"מ |
4.1 | שעותomogenization חיץ B | 0.25 M סוכרוז, 50 מ"מ טריס / HCl, pH7.4, 5 מ"מ MgCl 2, 25mm KCl, 1% NP-40, deoxycholate נתרן 1% | 200 CHX מיקרוגרם / מיליליטר, מעכב 1x רוש שלם פרוטאז, 1mm DTT, 1 מ"מ PMSF, 100 U / ml RNasin |
טבלת 1. רשימה של מאגרים ופתרונות.
למרות polyribosome חלוקה היא לא טכניקה חדשנית, הוא נשאר אחד מאתגר במיוחד. בהתבסס על חומר ההזנה, אופטימיזציה משמעותית יכולה להיות נחוצה. הדבר נכון במיוחד במקרה של in vivo דגימות של מערכת העצבים המרכזית, שבו כמות החומר היא לעתים קרובות הגבלה ושומן מרכיבי רקמה לעכב בידוד של mRNAs תרגום. פרוטוקולים שפורסמו חלוקה ביותר להתמודד עם שמרים או שורות תאי יונקים, ויש פרוטוקולים שהוקמו למוח 12,13,14. לעומת זאת, בקושי יש פרסומים המתארים חלוקה של מיתרי השדרה, ופרוטוקולים קודמים דורשים חוט השדרה ממספר רב של בעלי חיים שאספו 15. מסיבות אלה, כמה שינויים מהותיים שנעשו על מנת להתאים את פרוטוקול חלוקה לרקמות מערכת העצבים המרכזית, כוללים חוט השדרה עכבר אחת. חוסר תנועת הריבוזום עם cycloheximide מבוצעת במהלך זלוף בעלי החיים, כדי למנוע ניתוק של הריבוזומים דוריןg התהליך הארוך של מיצוי רקמה. בהמשך לכך, RNAs polysomal המחולצים באופן ספציפי על מנת למקסם את תשואת polyribosome. ראשית, בשליטת המגון של הרקמה על ידי douncing, שומר על הגרעין שלם ומונע זיהום ה-DNA. הגרעין לאחר מכן הוסר באופן מהימן על ידי צנטריפוגה. השילוב של חומרי הניקוי NP-40 וdeoxycholate נתרן מבטיח תמוגה של reticulum ושחרורו של הריבוזומים הקרום הקשורים אליו endoplasmic. בנוסף, רכיבים סופג UV בתוך המיאלין העשיר השומנים לטשטש את פרופילי polyribosome. הנפקת המיאלין לכן יש צורך, שבו תרכובות צפופות כגון polyribosomes הם pelleted ותרכובות קלות כמו לצוף המיאלין ויוסרו 16. אז Polyribosomes הם משקעים על שיפוע סוכרוז 17.5% 50%. במקום ידני שכבות והקפאה כל שכבת סוכרוז, יכול גם להיות מוכן הדרגתיים בעזרת מערבל שיפוע. מיצוי של RNA משברים באמצעות פנול / כלורופורם חומציים מאפשר DNA שיש להסירו עם אובדן RNA מינימאלי. עם זאת, היפוך שלב עלול להתרחש בברים צפופים סוכרוז (מעל שבריר 16).
פרוטוקול זה מספק יתרונות על פני שיטות קונבנציונליות אחרות המטפלים ברמת התרגום. לדוגמא, שתי המדידה של S6 פוספורילציה (סמן תרגום בולט), כמו גם התיוג של רשתות המתהוות עם רדיואיזוטופים לתת מידע על רמות התרגום העולמיים אבל מגלה מעט על מה שדווקא הוא להיות מתורגם. Polyribosome חלוקה, ומצד שני, מאפשרת לא רק הערכה של תרגום העולמי, אלא גם בזהות של mRNAs תרגום והחלבונים רגולטוריים בנושא. יכול להתבצע בזמן אמת PCR כמו בRNAs המבודד לקריאה מהירה מmRNAs שנבחר, וmicroarrays ורצף RNA דור הבא ניתן לבצע ללימודים רחבים הגנום. אופטימיזציות שהוצגו כאן מאפשרות את הטכניקה לשימוש עם כמויות מינימליות של רקמות במערכת העצבים המרכזית, ולכן תקטנהing את מספר בעלי החיים הדרושים ושיפור איכות ניסיונית הכוללת על ידי הקטנת זמן עיבוד רקמה. מצד השני, טכניקה זו לא יכולה להבדיל בין הריבוזומים נתקע מאלו תרגום. תעתיקי ביצוע הריבוזומים נתקע יהיו משקעים שבברים הכבדים, ואת זה צריך לזכור כאשר לפרש את הנתונים.
קיימות טכניקות האחרונות שדווחו, כלומר RiboTaq ומלכודת, שבו הריבוזומים מסומנים עם תגי epitope או כתבי בהתאמה באופן ספציפי לסוג תא וקשור mRNAs מבודד על ידי immunoprecipitation 17,18. טכניקה זו יכולה להיות יחד כדי polyribosome חלוקה להציע ברזולוציה גבוהה הקריאו לאוכלוסיות תאים ספציפיות. רגל הדפסת ריבוזום היא טכניקה נוספת שרומן כרוך עיכול nuclease ליצור שברים קטנים, או "עקבות", של mRNAs שמוגנים על ידי הריבוזומים. לאחר מכן ספריות נוצרות מהעקבות הללו ורצף. prov שיטה זואידו ניתוח הגנום כולו קודון הספציפי על תרגום, והוא מסוגל לזהות הריבוזומים נתקע, לא באוגוסט להתחיל קודונים ומסגרות קטנות במעלה הזרם פתוחות קריאה, שלא יכולים להיות מושגת על ידי חלוקה polyribosome 19. עם זאת, polyribosome חלוקה יכולה להיות מצמידים את פרופיל הריבוזום לבידוד של שברים מתעכלים המכילים ריבוזומים בודדים, ובכך מעשירה למינים המולקולריים הנחוצים להכנת ספרייה שבה הוא נדרש לעתים קרובות טוהר גבוה מדגם. יחדיו, חלוקה polyribosome היא שיטה גמישה עם משמעות ארוכת טווח ויכולה להיות מצמידים את יישומים במורד הזרם שונים, כולל מבחני רחבים הגנום כמו הדור הבא של רצף.
אין ניגוד האינטרסים הכריז.
עבודה זו נתמכה על ידי המשרד הפדרלי הגרמני לחינוך ולמחקר (BMBF), הביולוגיה מערכות איתות בסרטן (הלמהולץ ברית במערכות ביולוגיה) והמרכז לחקר הסרטן הגרמני (DKFZ).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Hank’s balanced salts solution | Gibco | 14170-138 | |
Tube, Thinwall, Polyallomer, 14 ml, 14 x 95 mm | Beckman Coulter | 331374 | |
Diethylpyrocarbonate | Sigma | D5758 | caution |
Cycloheximide | Sigma | C7698 | danger |
Dithiothreitol | Sigma | 43815 | warning |
Complete Protease Inhibitor Cocktail Tablets | Roche | 11697498001 | |
Phenylmethanesulfonyl fluoride solution | Sigma | 93482 | danger |
RNasin Plus RNase Inhibitor | Promega | N2611 | |
Nonidet P-40 | Roche | 11332473001 | danger |
Sodium deoxycholate | Sigma | D6750 | warning |
Acid-Phenol:Chloroform, pH 4.5 (with IAA, 125:24:1) | Ambion | AM9722 | danger |
GlycoBlue | Invitrogen | AM9516 | |
Equipment | |||
Dounce Tissue Grinder, 1 ml/7 ml | Wheaton | 357538/357542 | |
Nanodrop 2000 | Thermo Scientific | ||
SW 40 Ti Rotor, Swinging Bucket, Titanium, 6 x 14 ml, 40,000 rpm, 285,000 x g | Beckman Coulter | 331302 | |
Density Gradient Fractionator | Teledyne Isco | ||
2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved