Name: in vitro synthesis of modified mrna for induction of protein expression in human cells
Uploaded: 2014-11-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 7 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vitro Synthesis of Modified mRNA for Induction of Protein Expression in Human Cells at JoVE.com

Questo progetto è stato finanziato dal Fondo Sociale Europeo in Baden-Wuerttemberg, Germania.

1. Aumento di plasmidi contenenti richiesto codifica sequenze di DNA (CDS) <ol><li> Medio pre-SOC calda, che è incluso nel kit di trasformazione, a temperatura ambiente e le piastre di agar LB contenenti 100 ug / ml di ampicillina a 37 ° C. Equilibrare il bagno d&#39;acqua a 42 ° C. </li><li> Scongelare un flacone di chimicamente componente E. coli su ghiaccio. </li><li> Aggiungere 1-5 ml di plasmide (10 pg a 100 ng) contenente i CDS nel flaconcino di chimicamente componente E. coli e mescolare delicatamente. Non mescolare le cellule pipettando. Dopo aver aggiunto plasmidi, Mescolare agitando delicatamente il tubo. </li><li> Incubare la miscela in ghiaccio per 30 min. </li><li> Heat-shock E. coli per 30 sec a 42 ° C in un bagno d&#39;acqua senza agitazione. </li><li> Posizionare la fiala in ghiaccio per 2 min. </li><li> Aggiungere 250 microlitri di media SOC pre-riscaldato a E. coli e agitare i batteri orizzontalmente a 300 rpm per 1 ora a 37 ° C in un incubatore batterica. </li><li><html> Distribuire 100 ml e 150 ml di trasformazione mix su piastre di agar LB pre-riscaldato, capovolgere le piastre ed incubare per una notte a 37 ° C. </li><li> Dopo colonie diventano visibili, inoculare una singola colonia di ciascuna piastra in una provetta da 15 ml contenente 5 ml di terreno LB con 100 ug / ml di ampicillina. Incubare durante la notte a 37 ° C con agitazione a 300 rpm fino a quando la cultura è alla fine del registro o fase stazionaria. </li><li> Per la conservazione a lungo termine di trasformare E. coli, pipetta 75 ml di 100% glicerolo nel esageratamente. Aggiungere 225 ml di coltura batterica (magazzino congelato conterrà 25% glicerolo), mescolare bene e conservare il esageratamente a -80 ° C. </li><li> Isolare i plasmidi contenenti i CDS richiesti utilizzando un kit di purificazione plasmide secondo le istruzioni del produttore. </li><li> Determinare la concentrazione plasmide utilizzando uno spettrofotometro. </li><li> Preparare aliquote di 20 ml e conservare a -20 ° C per un tempo prolungato. </li></ol>_title &quot;&gt; 2. Amplificazione dei plasmidi Inserti e aggiunta di Poly T-tail da Polymerase Chain Reaction (PCR) <ol><li> NOTA: Per ottenere il DNA stampo per la trascrizione in vitro (IVT), il CDS di interesse, qui eGFP, viene amplificato mediante PCR. Contemporaneamente, un poli T-coda 120 thymidines (T) viene aggiunto l&#39;inserto utilizzando un primer reverse con T 120 estensione. In tal modo, gli mRNA generati ottenere un poli A-coda con una lunghezza fissa dopo l&#39;IVT. </li><li> Preparare la miscela di PCR come indicato nella tabella 1. </li><li> Mescolare accuratamente la miscela di reazione. NOTA: prodotto della PCR può essere utilizzato in 4-5 reazioni IVT. Per aumentare la quantità di DNA stampo FPI, il volume totale della miscela PCR può essere aumentata. Diversi provette PCR contenenti ciascuna 100 microlitri miscela di PCR possono essere utilizzati per ottenere una resa sufficiente di prodotto di PCR. </li><li> Mettere le provette per PCR in un termociclatore ed eseguire il PCR utilizzando il protocollo ciclismo PCR (Tabella 2). </li><li> Pulire il PReazione CR utilizzando un kit di purificazione PCR secondo le istruzioni del produttore ed eluire il DNA con 20 di acqua priva di nucleasi microlitri. </li><li> Misurare la concentrazione del DNA usando uno spettrofotometro. NOTA: La concentrazione di DNA rilevato è di circa 300 mg / ml. Pertanto, l&#39;importo complessivo previsto dovrebbe essere ~ 6 mg. La quantità di DNA per altre proteine ​​possono differire a seconda della lunghezza dei CDS, quantità di plasmide usato per la PCR, temperatura di appaiamento dei primer, e il numero di cicli. </li><li> Congelare il DNA a -20 ° C per un lungo periodo o utilizzare direttamente per IVT. </li></ol> 3. Controllo Passo: Qualità della PCR prodotto <ol><li> Controllare la qualità del prodotto di PCR mediante elettroforesi su gel di DNA. </li><li> Miscelare la quantità desiderata di agarosio con 1x TBE in un pallone. Per un gel di agarosio all&#39;1%, aggiungere 0,5 g di agarosio a 50 ml di TBE 1x. </li><li> Forno a microonde fino l&#39;agarosio è sciolto. Non lasciate bollire. Assicurarsi che l&#39;agarosio è completamente in soluzione. </li><li> Aggiungere 5 ml macchia gel di acido nucleico a 50 ml di gel di agarosio. </li><li> Versare il gel in una scatola di gel di agarosio, impostare il pettine, e attendere circa 1 ora fino a quando il gel solidificato. </li><li> Rimuovere il pettine e posizionare la scatola gel in una vaschetta per gel. </li><li> Mescolare 2 ml (200 ng) di 80-10,000 bp DNA-Ladder e 200 ng di prodotto di PCR ciascuna con 2 ml di tampone di caricamento 6x in un volume totale di 12 ml. </li><li> Caricare con cautela campioni di DNA nei pozzetti del gel di agarosio. </li><li> Utilizzando TBE 1x come tampone di corsa, eseguire il gel di agarosio a 100 V per 1 ora. </li><li> Visualizzare le bande di DNA su un sistema di imaging (Figura 2). </li></ol> 4. Trascrizione in vitro (IVT) <ol><li> NOTA: Dopo la PCR, gli inserti plasmide sono amplificati e viene aggiunto un poli T-coda. Durante la IVT, informazione genetica è trascritto dal DNA all&#39;RNA. L&#39;mRNA trascritto generato viene utilizzato per produrre proteine ​​nelle cellule. </li><li> Pulire l&#39;area di lavoro e le pipette con RNasi dsoluzione di decontaminazione. Usa PCR punte pulito e sterile a doppio filtro per pipette e cambiare frequentemente i guanti per minimizzare la contaminazione di reazione si mescola con RNasi. </li><li> Preparare la miscela analogico NTP / cap come descritto nella Tabella 3. </li><li> Mescolare la miscela analogico NTP / cap accuratamente su vortex e centrifugare brevemente. </li><li> Montare la miscela di reazione IVT, come descritto nella tabella 4. </li><li> Mescolare la miscela di reazione IVT accuratamente pipettando gentilmente su e giù. Poi centrifugare la provetta PCR brevemente per raccogliere la miscela sul fondo della provetta. </li><li> Incubare a 37 ° C per 3 ore in un thermomixer. NOTA: Il tempo di incubazione ottimale dipende dalla lunghezza degli inserti e l&#39;efficienza trascrizionale dato modello. Per inserti brevi (&lt;500 nt), un tempo di incubazione più lungo può essere vantaggioso. Un esperimento temporale corso può essere fatto per determinare il tempo ottimale di incubazione per il massimo rendimento. Pertanto, impostare le reazioni FPI, per example, per 1, 2, 3, 4, 6 ore, e notte di incubazione e determinare la quantità di mRNA. La cinetica della trascrizione in vitro per la generazione di eGFP mRNA è illustrato nella figura 3. </li><li> Per rimuovere il DNA stampo, aggiungere 1 ml di DNasi (2 U / mL) alla miscela di reazione IVT, mescolare bene e incubare 15 minuti a 37 ° C. </li><li> Purificare la miscela di reazione utilizzando un kit di purificazione RNA secondo le istruzioni del fabbricante. Eluire l&#39;mRNA modificato dalla membrana Spin Column due volte con 40 di acqua priva di nucleasi microlitri. NOTA: La concentrazione di RNA rilevato è di circa 1.500 mcg / ml. Pertanto, l&#39;importo complessivo previsto dovrebbe essere ~ 120 mg. La quantità di mRNA sintetizzato per altre proteine ​​possono differire a seconda della lunghezza del CDS e la quantità di prodotto di PCR utilizzati per IVT. </li></ol> 5. Il trattamento di mRNA purificato con Antartico fosfatasi <ol><li> NOTA: L&#39;mRNA generata viene trattato con fosfatasi per rimuovere 5 &#39;trifosfati, che possono essere riconosciuti da RIG-I e portano alla attivazione immunitaria. Inoltre, il trattamento con fosfatasi evita re-circularization in una reazione auto-ligazione. </li><li> Aggiungere 9 ml di tampone di reazione 10x fosfatasi Antartico a 79 ml di soluzione di mRNA purificata. Successivamente, aggiungere 2 ml di fosfatasi Antartico (5 U / ml) e mescolare delicatamente il campione. Incubare la miscela di reazione a 37 ° C per 30 min. </li><li> Purificare la miscela di reazione utilizzando un kit di purificazione RNA secondo le istruzioni del fabbricante. Eluire l&#39;mRNA modificato dalla membrana Spin Column due volte con 50 di acqua priva di nucleasi microlitri. </li><li> Misurare la concentrazione degli mRNA modificati utilizzando uno spettrofotometro. Verificare che il rapporto di assorbanza a 260 nm / 280 nm (A 260 / A 280) è ≥ 1,8 e il rapporto A 260 / A 230 è 2,0, che indica la purezza. NOTA: Il rendimento totale atteso dovrebbe essere di circa 90 mg, che è sufficient per circa 36 trasfezioni mRNA. </li><li> Regolare la concentrazione di mRNA di 100 ng / ml per aggiunta di acqua priva di nucleasi. </li><li> Aliquota della mRNA modificato in monouso aliquote necessarie per transfezioni e conservare a -80 ° C. Evitare ripetuti cicli di congelamento e scongelamento. Adeguatamente preparati e conservati mRNA è stabile per molti anni. Durante il lavoro, tenere sempre l&#39;mRNA modificato sul ghiaccio. </li></ol> 6. Controllo Passo: Qualità di mRNA sintetizzato Modificato <ol><li> Controllare la qualità del mRNA modificato mediante elettroforesi su gel di RNA. </li><li> Miscelare la quantità desiderata di agarosio con 1x TBE in un pallone. Per un gel di agarosio all&#39;1%, aggiungere 0,5 g di agarosio a 50 ml di TBE 1x. </li><li> Forno a microonde fino l&#39;agarosio è sciolto. Non lasciate bollire. Assicurarsi che l&#39;agarosio è completamente in soluzione. </li><li> Aggiungere 5 ml macchia gel di acido nucleico a 50 ml di gel di agarosio. </li><li> Versare il gel in una scatola gel, impostare il pettine, e attendere circa 1 ora fino a quando il gel è solisolidificati. </li><li> Rimuovere il pettine e posizionare la scatola gel in una vaschetta per gel. </li><li> Mescolare 3 microlitri (3 mg) di 0,5-10 kb RNA Ladder e 200 ng di sintetizzati modificato mRNA ciascuna con 7 ml di tampone di caricamento in un volume totale di 10 microlitri. La composizione del tampone di caricamento sono descritte nella Tabella 5. </li><li> Denaturare la scala e campioni di mRNA a 70 ° C per 10 min. </li><li> Sistemare con cura la scala ed i campioni di mRNA sul gel di agarosio 1%. </li><li> Eseguire elettroforesi a 100 V per 1 ora con TBE 1x come tampone di corsa. </li><li> Visualizzare la scala e bande di mRNA su un transilluminatore UV e fotografia mediante un sistema di documentazione gel (Figura 4). </li></ol> 7. Preparazione delle cellule per la trasfezione <ol><li> Piastra 2 x 10 5 cellule (cellule HEK293) per pozzetto della piastra 12 pozzetti. </li><li> Incubare le cellule per una notte a 37 ° C in un incubatore cella. NOTA: Il giorno della trasfezione, le cellule devono avere reazionehed 80-90% di confluenza. </li></ol> 8. L&#39;esecuzione di mRNA trasfezione di cellule <ol><li> Scongelare il mRNA modificato. </li><li> Generare i lipoplexes per trasfezione. </li><li> Aggiungere 25 ml (2,5 mg) di mRNA modificato e 2 ml di reagente di lipide cationico trasfezione a 473 microlitri Opti-MEM (mezzo essenziale minimo) ho ridotto medio siero per generare la miscela di trasfezione per la trasfezione di un pozzetto di una piastra 12 pozzetti. Scala i volumi in base al numero di pozzetti da transfettate. Come controllo negativo, preparare una miscela di trasfezione, senza mRNA. </li><li> Miscelare i componenti delicatamente con una pipetta. Incubare la miscela di trasfezione a temperatura ambiente per 20 min per generare lipoplexes per trasfezione. NOTA: La miscela di trasfezione non contiene antibiotici. Quindi, fare attenzione a garantire la sterilità durante la manipolazione delle cellule. </li><li> Lavare le cellule con 500 DPBS microlitri / bene. </li><li> Aggiungere 500 microlitri miscela di trasfezione di un pozzetto di un pla 12 pozzettite. </li><li> Incubare le cellule per 4 ore a 37 ° C e 5% di CO 2. </li><li> Aspirare la miscela di trasfezione e aggiungere 1 ml di mezzo completo di coltura cellulare per le cellule. </li><li> Incubare le cellule per 24 ore nell&#39;incubatrice cellulare. </li><li> Eseguire fluorescenza microscopica analisi usando un microscopio a fluorescenza (Figura 5). NOTA: Per esaminare l&#39;espressione di altre proteine ​​nelle cellule, che sono prodotti da trasfezione con altri mRNA che codifica eGFP mRNA, le cellule possono essere coltivate su vetrini. Poi la trasfezione può essere eseguito e le cellule può essere trattata con anticorpi appropriati e analizzato al microscopio a fluorescenza. </li></ol> 9. Analisi di citometria a flusso eGFP espressione in cellule <ol><li> Rimuovere terreno di coltura cellulare dai pozzetti e lavare i pozzetti con 1 ml DPBS (senza calcio e magnesio). Aggiungere 500 microlitri tripsina / EDTA per pozzetto per staccare le cellule dalla superficie delle piastre di coltura cellulare. Successivamente, aggiungere 500TNS ml per pozzetto per inattivare la tripsina. </li><li> Centrifugare le cellule staccate per 5 min a 300 xg a temperatura ambiente. Rimuovere il surnatante lasciando solo il pellet. Risospendere il pellet di cellule in 150 microlitri soluzione di fissazione delle cellule e trasferire la sospensione cellulare in un tubo di citometria a flusso. </li><li> Analizzare la percentuale di cellule che esprimono eGFP e l&#39;intensità di fluorescenza utilizzando Geo medio (media geometrica dell&#39;intensità di fluorescenza) (Figura 6). </li></ol> 10. Misura di espressione della proteina nel tempo <ol><li> Eseguire mRNA trasfezione di cellule in 3 pozzetti di una piastra a 12 pozzetti come descritto nel passaggio 8. Inoltre, incubare 3 pozzetti di cellule HEK293 con la miscela di trasfezione senza l&#39;aggiunta di mRNA. </li><li> Misurare l&#39;espressione di eGFP 1, 2, e 3 giorni dopo la trasfezione per valutare la durata di espressione proteica (Figura 7). </li></ol>

<ol>
	<li>Bangel-Ruland, 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=CFTR-mRNA+delivery:+a+novel+alternative+for+cystic+fibrosis+&amp;#34;gene+therapy&amp;#34;.">CFTR-mRNA delivery: a novel alternative for cystic fibrosis &amp;#34;gene therapy&amp;#34;.</a> The journal of gene medicine. , (2013).</li><li>Benteyn, D., 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=Design+of+an+Optimized+Wilms&amp;#34;+Tumor+1+(WT1)+mRNA+Construct+for+Enhanced+WT1+Expression+and+Improved+Immunogenicity+In+Vitro+and+In+Vivo.">Design of an Optimized Wilms&amp;#34; Tumor 1 (WT1) mRNA Construct for Enhanced WT1 Expression and Improved Immunogenicity In Vitro and In Vivo.</a> Molecular therapy Nucleic acids. 2, 134 (2013).</li><li>Petsch, B., 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=Protective+efficacy+of+in+vitro+synthesized,+specific+mRNA+vaccines+against+influenza+A+virus+infection.">Protective efficacy of in vitro synthesized, specific mRNA vaccines against influenza A virus infection.</a> Nature. 30, 1210-1216 (2012).</li><li>Mandal, P. K., Rossi, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reprogramming+human+fibroblasts+to+pluripotency+using+modified+mRNA.">Reprogramming human fibroblasts to pluripotency using modified mRNA.</a> Nature protocols. 8, 568-582 (2013).</li><li>Warren, L., 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=Highly+efficient+reprogramming+to+pluripotency+and+directed+differentiation+of+human+cells+with+synthetic+modified+mRNA.">Highly efficient reprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cells with synthetic modified mRNA.</a> Cell stem cell. 7, 618-630 (2010).</li><li>Yakubov, E., Rechavi, G., Rozenblatt, S., Givol, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reprogramming+of+human+fibroblasts+to+pluripotent+stem+cells+using+mRNA+of+four+transcription+factors.">Reprogramming of human fibroblasts to pluripotent stem cells using mRNA of four transcription factors.</a> Biochemical and biophysical research communications. 394, 189-193 (2010).</li><li>Anderson, B. 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=Incorporation+of+pseudouridine+into+mRNA+enhances+translation+by+diminishing+PKR+activation.">Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation.</a> Nucleic acids research. 38, 5884-5892 (2010).</li><li>Kariko, K., Buckstein, M., Ni, H., Weissman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppression+of+RNA+recognition+by+Toll-like+receptors:+the+impact+of+nucleoside+modification+and+the+evolutionary+origin+of+RNA.">Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA.</a> Immunity. 23, 165-175 (2005).</li><li>Kariko, K., 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=Incorporation+of+pseudouridine+into+mRNA+yields+superior+nonimmunogenic+vector+with+increased+translational+capacity+and+biological+stability.">Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability.</a> Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy. 16, 1833-1840 (2008).</li><li>Kariko, K., Weissman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naturally+occurring+nucleoside+modifications+suppress+the+immunostimulatory+activity+of+RNA:+implication+for+therapeutic+RNA+development.">Naturally occurring nucleoside modifications suppress the immunostimulatory activity of RNA: implication for therapeutic RNA development.</a> Current opinion in drug discovery &amp; development. 10, 523-532 (2007).</li><li>Kormann, M. 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=Expression+of+therapeutic+proteins+after+delivery+of+chemically+modified+mRNA+in+mice.">Expression of therapeutic proteins after delivery of chemically modified mRNA in mice.</a> Nature biotechnology. 29, 154-157 (2011).</li><li>Hacein-Bey-Abina, 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=Insertional+oncogenesis+in+4+patients+after+retrovirus-mediated+gene+therapy+of+SCID-X1.">Insertional oncogenesis in 4 patients after retrovirus-mediated gene therapy of SCID-X1.</a> The Journal of clinical investigation. 118, 3132-3142 (2008).</li><li>Hacein-Bey-Abina, 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=Efficacy+of+gene+therapy+for+X-linked+severe+combined+immunodeficiency.">Efficacy of gene therapy for X-linked severe combined immunodeficiency.</a> The New England journal of medicine. 363, 355-364 (2010).</li><li>Avci-Adali, 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=Optimized+conditions+for+successful+transfection+of+human+endothelial+cells+with+in+vitro+synthesized+and+modified+mRNA+for+induction+of+protein+expression.">Optimized conditions for successful transfection of human endothelial cells with in vitro synthesized and modified mRNA for induction of protein expression.</a> Journal of biological engineering. 8, 8 (2014).</li></ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

La terapia mRNA ha un enorme potenziale nel campo della medicina rigenerativa, il trattamento di malattie e vaccinazione. In questo video, dimostriamo la produzione di un mRNA modificato stabilizzata per l&#39;induzione dell&#39;espressione proteica nelle cellule. Usando questo protocollo, altri mRNA desiderati possono essere generati. La sintesi in vitro di mRNA modificato consente trasfezione di cellule con mRNA desiderati per indurre l&#39;espressione di proteine ​​bersaglio. In tal modo, la proteina des...

Nelle cellule, la trascrizione di RNA messaggero (mRNA) e la seguente traduzione di mRNA in proteine ​​desiderate assicurare il corretto funzionamento delle cellule. Malattie genetiche ereditarie o acquisite possono portare a insufficiente e disfunzionale sintesi delle proteine ​​e causare gravi malattie. Pertanto, un nuovo approccio terapeutico per indurre la produzione di proteine ​​mancanti o difettosi è la consegna esogena di sintetica modificata mRNA in cellule, che codifica per la proteina desiderata. In tal modo, le cellule vengono attivate per sintetizzare le proteine ​​funzionali, che normalmente non possono produrre o sarebbe naturalmente non hanno bisogno. Usando questo approccio, malattie genetiche possono essere corretti dalla introduzione di mRNA che codifica per la proteina difettosa o mancante 1. La terapia mRNA può essere utilizzato anche per la vaccinazione di sintetizzare antigeni proteici che sono espressi dalle cellule tumorali o patogeni. In tal modo, il sistema immunitario dell&#39;ospite può essere attivato per eliminare efficacemente le cellule tumorali o impedire infeZIONI 2,3. Inoltre, negli ultimi anni, mRNA è stato usato con successo per generare cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs). A tal fine, fibroblasti sono state trasfettate con mRNA di indurre l&#39;espressione di fattori di riprogrammazione 4-6 e convertirli in iPSCs con un enorme potenziale in medicina rigenerativa. In precedenza, l&#39;uso di mRNA convenzionale è stata associata con scarsa stabilità e forte immunogenicità. In questo modo, le applicazioni cliniche di mRNA convenzionali erano limitate. Tuttavia, la sostituzione di citidina e uridina da 5-methylcytidine e pseudouridina all&#39;interno della molecola di mRNA mediante Kariko e colleghi reso molecole di mRNA stabili nei fluidi biologici e drammaticamente ridotto attivazione immunitaria 7-10, che ora permette l&#39;applicabilità clinica di mRNA modificati. Utilizzando mRNA modificati sinteticamente prodotti, le trascrizioni del gene desiderato può essere recapitato temporaneamente in vivo 11o in vitro per indurre l&#39;espressione della proteina. L&#39;mRNA introdotto è tradotto in condizioni fisiologiche dalla macchina di traduzione cellulare. A causa della mancanza di integrazione nel genoma della cellula ospite, rispetto ai vettori di terapia genica virale, il rischio di oncogenesi è impedito 12,13. Pertanto, la terapia con mRNA sintetico modificato andrà meglio accettazione clinica nel futuro. Qui, descriviamo un protocollo dettagliato per la produzione di mRNA modificato (Figura 1), trasfezione delle cellule con mRNA e la valutazione di espressione della proteina in cellule trasfettate.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Cell culture&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>DMEM, high glucose</td><td>PAA</td><td>E15-009</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>Life Technologies</td><td>10500</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin/Streptomycin&amp;nbsp;</td><td>PAA</td><td>P11-010</td><td>100x</td></tr><tr><td>L-glutamine&amp;nbsp;</td><td>PAA</td><td>M11-004</td><td>200 mM</td></tr><tr><td>DPBS without calcium and magnesium&amp;nbsp;</td><td>PAA</td><td>E15-002</td><td></td></tr><tr><td>0.04% Trypsin / 0.03% EDTA&amp;nbsp;</td><td>Promocell</td><td>C-41020</td><td></td></tr><tr><td>TNS</td><td>Promocell</td><td>C-41120</td><td>Trypsin Neutralizing Solution, 0.05% trypsin inhibitor in 0.1% BSA</td></tr><tr><td>HEK-293 cells</td><td>ATCC</td><td>CRL-1573</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Consumables&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Tissue culture plates, 12-well&amp;nbsp;</td><td>Corning</td><td>3512</td><td></td></tr><tr><td>Cell culture flask (75 cm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;)&amp;nbsp;</td><td>Corning</td><td>430641</td><td></td></tr><tr><td>DNase-and RNase-free 1.5 ml sterile microcentrifuge tubes&amp;nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td>0030 121.589</td><td>Safe-Lock, Biopur</td></tr><tr><td>15 ml conical tubes&amp;nbsp;</td><td>greiner bio-one</td><td>188271</td><td></td></tr><tr><td>PCR clean and sterile epT.I.P.S. dualfilter pipette tips&amp;nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td>10 &amp;micro;l: 022491202; 100 &amp;micro;l: 022491237; 1,000 &amp;micro;l: 022491253</td><td></td></tr><tr><td>Cryovial</td><td>greiner bio-one</td><td>122279-128</td><td>Cryo.s&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>14 ml polypropylene round bottom tube for bacterial culture&amp;nbsp;</td><td>BD Falcon</td><td>352059</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Plasmid amplification and purification&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>pcDNA 3.3_eGFP Plasmid&amp;nbsp;</td><td>Addgene</td><td>26822</td><td></td></tr><tr><td>One Shot Top10 chemically component Escherichia coli&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>C4040-10</td><td></td></tr><tr><td>Sterile water (Ampuwa)</td><td>Fresenius Kabi</td><td>1636071</td><td></td></tr><tr><td>LB medium (Luria/Miller)&amp;nbsp;</td><td>Carl Roth</td><td>X968.1</td><td>Dissolve 25 g L&lt;sup&gt;-1 &lt;/sup&gt;in sterile water.</td></tr><tr><td>LB agar (Luria/Miller)&amp;nbsp;</td><td>Carl Roth</td><td>X969.1</td><td>Dissolve 40 g L&lt;sup&gt;-1 &lt;/sup&gt;in sterile water.</td></tr><tr><td>Ampicillin Ready Made Solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A5354</td><td>100 mg/ml&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G2025</td><td></td></tr><tr><td>QIAprep Spin Miniprep Kit&amp;nbsp;</td><td>Qiagen</td><td>27104</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;mRNA production&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>HotStar HiFidelity Polymerase Kit&amp;nbsp;</td><td>Qiagen</td><td>202602</td><td></td></tr><tr><td>QIAquick PCR Purification Kit&amp;nbsp;</td><td>Qiagen</td><td>28106</td><td></td></tr><tr><td>MEGAscript T7 Kit&amp;nbsp;</td><td>Life Technologies</td><td>AM1334</td><td></td></tr><tr><td>5-Methylcytidine-5&amp;acute;-triphosphate&amp;nbsp;</td><td>Trilink</td><td>N1014</td><td>5-Methyl-CTP</td></tr><tr><td>Pseudouridine-5&amp;acute;-triphosphate&amp;nbsp;</td><td>Trilink</td><td>N1019</td><td>Pseudo-UTP</td></tr><tr><td>3&amp;acute;-&lt;em&gt;O&lt;/em&gt;-Me-m&lt;sup&gt;7&lt;/sup&gt;G(5&amp;acute;)ppp(5&amp;acute;)G RNA cap structure analog&amp;nbsp;</td><td>New England Biolabs</td><td>S1411L</td><td></td></tr><tr><td>RiboLock RNase Inhibitor</td><td>Thermo Scientific</td><td>EO0381</td><td>40 U/&amp;micro;l&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>TURBO DNase</td><td>Life Technologies</td><td>AM1334</td><td>2 U/&amp;micro;l (from MEGAscript T7 Kit)</td></tr><tr><td>Antarctic phosphatase&amp;nbsp;</td><td>New England Biolabs</td><td>MO289S</td><td></td></tr><tr><td>RNeasy mini kit&amp;nbsp;</td><td>Qiagen</td><td>74104</td><td></td></tr><tr><td>RNaseZap solution&amp;nbsp;</td><td>Life Technologies</td><td>AM9780</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Transfection&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Lipofectamine 2000 Transfection Reagent&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>11668-019</td><td>Cationic lipid transfection reagent</td></tr><tr><td>Opti-MEM I Reduced Serum Media&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>11058-021</td><td>Improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows a reduction of Fetal Bovine Serum (FBS) supplementation&amp;nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Gel electrophoresis&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9539</td><td></td></tr><tr><td>Gelred Nucleic Acid Gel Stain</td><td>Biotium</td><td>41003</td><td>10,000x in water&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>peqGOLD Range Mix DNA-Ladder&amp;nbsp;</td><td>Peqlab</td><td>25-2210</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Flow cytometry analyses&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>CellFIX (1x)</td><td>BD Biosciences</td><td>340181</td><td>10x concentrate&amp;nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Primer for insert amplification and poly (T) tail PCR&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Forward Primer (HPLC-grade) 10 &amp;micro;M</td><td>Ella Biotech</td><td></td><td>5&amp;acute;-TTGGACCCTCGTAC&lt;br /&gt;AGAAGCTAATACG-3&amp;acute;</td></tr><tr><td>Reverse Primer (HPLC-grade) 10 &amp;micro;M</td><td>Ella Biotech</td><td></td><td>5&amp;acute;- T&lt;sub&gt;120&lt;/sub&gt;-CTTCCTACT&lt;br /&gt;CAGGCTTTATTCAA&lt;br /&gt;AGACCA-3&amp;acute;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Cell incubator</td><td>Binder</td><td></td><td>CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (5%) and O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (20%)&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>CASY cell counter&amp;nbsp;</td><td>Sch&amp;auml;rfe System</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterile workbench&amp;nbsp;</td><td>BDK Luft-und Reinraumtecknik GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bacterial incubator&amp;nbsp;</td><td>Incutec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Water bath</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ScanDrop spectrophotometer&amp;nbsp;</td><td>Analytic Jena</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCR thermocycler&amp;nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Eppendorf</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>peqlab</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermomixer</td><td>Eppendorf</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gel apparatus for electrophoresis&amp;nbsp;</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gel documentation system&amp;nbsp;</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FACScan System&amp;nbsp;</td><td>BD Biosciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fluorescence microscope&amp;nbsp;</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Phase-contrast microscope&amp;nbsp;</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

in vitro synthesis of modified mrna for induction of protein expression in human cells

La consegna esogena di codifica messenger RNA sintetico (mRNA) per l&#39;induzione della sintesi proteica nelle cellule desiderate ha un enorme potenziale nel campo della medicina rigenerativa, biologia cellulare di base, il trattamento di malattie e riprogrammazione delle cellule. Qui, descriviamo un passo per passo protocollo per la produzione di mRNA modificato con ridotto potenziale di attivazione immunitaria e una maggiore stabilità, controllo di qualità di prodotti mRNA, trasfezione di cellule con mRNA e la verifica della espressione proteica indotta mediante citometria a flusso. Fino a 3 giorni dopo una singola trasfezione con eGFP mRNA, le cellule HEK293 trasfettate producono eGFP. In questo articolo video, la sintesi di mRNA eGFP è descritto come esempio. Tuttavia, la procedura può essere applicata per la produzione di altri mRNA desiderati. Utilizzando il sintetico modificato mRNA, le cellule possono essere indotte ad esprimere transitoriamente le proteine ​​desiderate, che normalmente non avrebbero esprimere.

Utilizzando una pcDNA 3.3 plasmide contenente il CDS di eGFP, è stato stabilito la sintesi di mRNA modificato eGFP (Figura 1). Dopo l&#39;inserimento di amplificazione mediante PCR e poli T-tailing, una banda chiara con una lunghezza di circa 1.100 bp viene rilevata (Figura 2). Aumentando il tempo IVT aumentata la resa di mRNA (Figura 3). Dopo l&#39;IVT, una fascia mRNA chiaro con una lunghezza di circa 1.100 bp è stato rilevato, che corrisponde alla lunghezza di eGFP...

Watch this Scientific Journal Video about In Vitro Synthesis of Modified mRNA for Induction of Protein Expression in Human Cells at JoVE.com

In Vitro Synthesis of Modified mRNA for Induction of Protein Expression in Human Cells

In questo articolo video, si descrive la sintesi in vitro di mRNA modificata per l&#39;induzione dell&#39;espressione proteica nelle cellule.

In vitro Sintesi di mRNA modificata per l&#39;induzione di espressione della proteina nelle cellule umane

The exogenous delivery of coding synthetic messenger RNA (mRNA) for induction of protein synthesis in desired cells has enormous potential in the fields ...

in-vitro-synthesis-modified-mrna-for-induction-protein-expression

Research

JoVE Journal

Biology

In Vitro Synthesis of Modified mRNA for Induction of Protein Expression in Human Cells

24.9K Views.  University Hospital Tuebingen.  In questo articolo video, si descrive la sintesi in vitro di mRNA modificata per l'induzione dell'espressione proteica nelle cellule. 

Video: In Vitro Synthesis of Modified mRNA for Induction of Protein Expression in Human Cells

Isolation, Characterization and MicroRNA-based Genetic Modification of Human Dental Follicle Stem Cells

To date, several stem cell types at different developmental stages are in the focus for the treatment of degenerative diseases. Yet, certain aspects, such as initial massive cell death and low therapeutic effects, impaired their broad clinical translation. Genetic engineering of stem cells prior to transplantation emerged as a promising method to optimize therapeutic stem cell effects. However, safe and efficient gene delivery systems are still lacking. Therefore, the development of suitable methods may provide an approach to resolve current challenges in stem cell-based therapies.
The present protocol describes the extraction and characterization of human dental follicle stem cells (hDFSCs) as well as their non-viral genetic modification. The postnatal dental follicle unveiled as a promising and easily accessible source for harvesting adult multipotent stem cells possessing high proliferation potential. The described isolation procedure presents a simple and reliable method to harvest hDFSCs from impacted wisdom teeth. Also this protocol comprises methods to define stem cell characteristics of isolated cells. For genetic engineering of hDFSCs, an optimized cationic lipid-based transfection strategy is presented enabling highly efficient microRNA introduction without causing cytotoxic effects. MicroRNAs are suitable candidates for transient cell manipulation, as these small translational regulators control the fate and behavior of stem cells without the hazard of stable genome integration. Thus, this protocol represents a safe and efficient procedure for engineering of hDFSCs that may become important for optimizing their therapeutic efficacy.

This protocol describes the transient genetic engineering of dental stem cells extracted from the human dental follicle. The applied non-viral modification strategy may become a basis for the improvement of therapeutic stem cell products.

Isolamento, caratterizzazione e MicroRNA-basato di modificazione genetica di cellule staminali del follicolo dentale umano

To date, several stem cell types at different developmental stages are in the focus for the treatment of degenerative diseases. Yet, certain aspects, such ...

Ricerca

Genetica

Delivery of Modified mRNA in a Myocardial Infarction Mouse Model

Myocardial infarction (MI) is a leading cause of morbidity and mortality in the Western world. In the past decade, gene therapy has become a promising treatment option for heart disease, owing to its efficiency and exceptional therapeutic effects. In an effort to repair the damaged tissue post-MI, various studies have employed DNA-based or viral gene therapy but have faced considerable hurdles due to the poor and uncontrolled expression of the delivered genes, edema, arrhythmia, and cardiac hypertrophy. Synthetic modified mRNA (modRNA) presents a novel gene therapy approach that offers high, transient, safe, nonimmunogenic, and controlled mRNA delivery to the heart tissue without any risk of genomic integration. Due to these remarkable characteristics combined with its bell-shaped pharmacokinetics in the heart, modRNA has become an attractive approach for the treatment of heart disease. However, to increase its effectiveness in vivo, a consistent and reliable delivery method needs to be followed. Hence, to maximize modRNA delivery efficiency and yield consistency in modRNA use for in vivo applications, an optimized method of preparation and delivery of modRNA intracardiac injection in a mouse MI model is presented. This protocol will make modRNA delivery more accessible for basic and translational research.

This protocol presents a simple and coherent way to transiently upregulate a gene of interest using modRNA after myocardial infarction in mice.

Consegna di mRNA modificato in un modello di topo di infarto miocardico

Myocardial infarction (MI) is a leading cause of morbidity and mortality in the Western world. In the past decade, gene therapy has become a promising ...

RNA-based Reprogramming of Human Primary Fibroblasts into Induced Pluripotent Stem Cells

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have proven to be a valuable tool to study human development and disease. Further advancing iPSCs as a regenerative therapeutic requires a safe, robust, and expedient reprogramming protocol. Here, we present a clinically relevant, step-by-step protocol for the extremely high-efficiency reprogramming of human dermal fibroblasts into iPSCs using a non-integrating approach. The core of the protocol consists of expressing pluripotency factors (SOX2, KLF4, cMYC, LIN28A, NANOG, OCT4-MyoD fusion) from in vitro transcribed messenger RNAs synthesized with modified nucleotides (modified mRNAs). The reprogramming modified mRNAs are transfected into primary fibroblasts every 48 h together with mature embryonic stem cell-specific microRNA-367/302 mimics for two weeks. The resulting iPSC colonies can then be isolated and directly expanded in feeder-free conditions. To maximize efficiency and consistency of our reprogramming protocol across fibroblast samples, we have optimized various parameters including the RNA transfection regimen, timing of transfections, culture conditions, and seeding densities. Importantly, our method generates high-quality iPSCs from most fibroblast sources, including difficult-to-reprogram diseased, aged, and/or senescent samples.

Here we describe a clinically relevant, high-efficiency, feeder-free method to reprogram human primary fibroblasts into induced pluripotent stem cells using modified mRNAs encoding reprogramming factors and mature microRNA-367/302 mimics. Also included are methods to assess reprogramming efficiency, expand clonal iPSC colonies, and confirm expression of the pluripotency marker TRA-1-60.

RNA-ha basato riprogrammazione dei fibroblasti primari umani in cellule staminali pluripotenti indotte

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have proven to be a valuable tool to study human development and disease. Further advancing iPSCs as a regenerative ...

Biologia dello sviluppo

Using Lipid Nanoparticles for the Delivery of Chemically Modified mRNA into Mammalian Cells

In recent years, chemically modified messenger RNA (mRNA) has emerged as a potent nucleic acid molecule for developing a wide range of therapeutic applications, including a novel class of vaccines, protein replacement therapies, and immune therapies. Among delivery vectors, lipid nanoparticles are found to be safer and more effective in delivering RNA molecules (e.g., siRNA, miRNA, mRNA) and a few products are already in clinical use. To demonstrate lipid nanoparticle-mediated mRNA delivery, we present an optimized protocol for the synthesis of functional me1&#936;-UTP modified eGFP mRNA, the preparation of cationic liposomes, the electrostatic complex formation of mRNA with cationic liposomes, and the evaluation of transfection efficiencies in mammalian cells. The results demonstrate that these modifications efficiently improved the stability of mRNA when delivered with cationic liposomes and increased the eGFP mRNA translation efficiency and stability in mammalian cells. This protocol can be used to synthesize the desired mRNA and transfect with cationic liposomes for target gene expression in mammalian cells.

<meta charset="utf8"></head><body>Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

The protocol presents in vitro transcription (IVT) of chemically modified mRNA, cationic liposome preparation, and functional analysis of liposome enabled mRNA transfections in mammalian cells.

Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

In recent years, chemically modified messenger RNA (mRNA) has emerged as a potent nucleic acid molecule for developing a wide range of therapeutic ...

Biochimica

<meta charset="utf8"></head><body>Protocolli CFPS per cellule sintetiche microcompartimentalizzate

Cell-Free Protein Synthesis System for Building Synthetic Cells

The Cell-Free Protein Synthesis (CFPS) system has been widely employed to facilitate the bottom-up assembly of synthetic cells. It serves as the host for the core machinery of the Central Dogma, standing as an optimal chassis for the integration and assembly of diverse artificial cellular mimicry systems. Despite its frequent use in the fabrication of synthetic cells, establishing a tailored and robust CFPS system for a specific application remains a nontrivial challenge. In this methods paper, we present a comprehensive protocol for the CFPS system, routinely employed in constructing synthetic cells. This protocol encompasses key stages in the preparation of the CFPS system, including the cell extract, template preparation, and routine expression optimization utilizing a fluorescent reporter protein. Additionally, we show representative results by encapsulating the CFPS system within various micro-compartments, such as monolayer droplets, double-emulsion vesicles, and chambers situated atop supported lipid bilayers. Finally, we elucidate the critical steps and conditions necessary for the successful assembly of these CFPS systems in distinct environments. We expect that our approach will facilitate the establishment of good working practices among various laboratories within the continuously expanding synthetic cell community, thereby accelerating progress in the field of synthetic cell development.

<meta charset="utf8"></head><body>Autore in primo piano: Ottimizzazione dei sistemi CFPS per la costruzione di celle sintetiche

This protocol describes the Cell-Free Protein Synthesis (CFPS) system used in constructing synthetic cells. It outlines key stages with representative results in different micro-compartments. The protocol aims to establish best practices for diverse laboratories in the synthetic cell community, advancing progress in synthetic cell development.

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

The Cell-Free Protein Synthesis (CFPS) system has been widely employed to facilitate the bottom-up assembly of synthetic cells. It serves as the host for ...

Generation of Cationic Nanoliposomes for the Efficient Delivery of In Vitro Transcribed Messenger RNA

The development of messenger RNA (mRNA)-based therapeutics for the treatment of various diseases becomes more and more important because of the positive properties of in vitro transcribed (IVT) mRNA. With the help of IVT mRNA, the de novo synthesis of a desired protein can be induced without changing the physiological state of the target cell. Moreover, protein biosynthesis can be precisely controlled due to the transient effect of IVT mRNA.
For the efficient transfection of cells, nanoliposomes (NLps) may represent a safe and efficient delivery vehicle for therapeutic mRNA. This study describes a protocol to generate safe and efficient cationic NLps consisting of DC-cholesterol and 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) as a delivery vector for IVT mRNA. NLps having a defined size, a homogeneous distribution, and a high complexation capacity, and can be produced using the dry-film method. Moreover, we present different test systems to analyze their complexation and transfection efficacies using synthetic enhanced green fluorescent protein (eGFP) mRNA, as well as their effect on cell viability. Overall, the presented protocol provides an effective and safe approach for mRNA complexation, which may advance and improve the administration of therapeutic mRNA.

Generation of Cationic Nanoliposomes for the Efficient Delivery of In Vitro Transcribed Messenger RNA

Here we describe a protocol for the generation of cationic nanoliposomes, which is based on the dry-film method and can be used for the safe and efficient delivery of in vitro transcribed messenger RNA.

Generazione di nanoliposomi cationici per la consegna efficiente In Vitro di trascritti di RNA messaggero

The development of messenger RNA (mRNA)-based therapeutics for the treatment of various diseases becomes more and more important because of the positive ...

Bioingegneria

A Convenient and General Expression Platform for the Production of Secreted Proteins from Human Cells

Recombinant protein expression in bacteria, typically E. coli, has been the most successful strategy for milligram quantity expression of proteins. However, prokaryotic hosts are often not as appropriate for expression of human, viral or eukaryotic proteins due to toxicity of the foreign macromolecule, differences in the protein folding machinery, or due to the lack of particular co- or post-translational modifications in bacteria. Expression systems based on yeast (P. pastoris or S. cerevisiae) 1,2, baculovirus-infected insect (S. frugiperda or T. ni) cells 3, and cell-free in vitro translation systems 2,4 have been successfully used to produce mammalian proteins. Intuitively, the best match is to use a mammalian host to ensure the production of recombinant proteins that contain the proper post-translational modifications. A number of mammalian cell lines (Human Embryonic Kidney (HEK) 293, CV-1 cells in Origin carrying the SV40 larget T-antigen (COS), Chinese Hamster Ovary (CHO), and others) have been successfully utilized to overexpress milligram quantities of a number of human proteins 5-9. However, the advantages of using mammalian cells are often countered by higher costs, requirement of specialized laboratory equipment, lower protein yields, and lengthy times to develop stable expression cell lines. Increasing yield and producing proteins faster, while keeping costs low, are major factors for many academic and commercial laboratories.
Here, we describe a time- and cost-efficient, two-part procedure for the expression of secreted human proteins from adherent HEK 293T cells. This system is capable of producing microgram to milligram quantities of functional protein for structural, biophysical and biochemical studies. The first part, multiple constructs of the gene of interest are produced in parallel and transiently transfected into adherent HEK 293T cells in small scale. The detection and analysis of recombinant protein secreted into the cell culture medium is performed by western blot analysis using commercially available antibodies directed against a vector-encoded protein purification tag. Subsequently, suitable constructs for large-scale protein production are transiently transfected using polyethyleneimine (PEI) in 10-layer cell factories. Proteins secreted into litre-volumes of conditioned medium are concentrated into manageable amounts using tangential flow filtration, followed by purification by anti-HA affinity chromatography. The utility of this platform is proven by its ability to express milligram quantities of cytokines, cytokine receptors, cell surface receptors, intrinsic restriction factors, and viral glycoproteins. This method was also successfully used in the structural determination of the trimeric ebolavirus glycoprotein 5,10.
In conclusion, this platform offers ease of use, speed and scalability while maximizing protein quality and functionality. Moreover, no additional equipment, other than a standard humidified CO2 incubator, is required. This procedure may be rapidly expanded to systems of greater complexity, such as co-expression of protein complexes, antigens and antibodies, production of virus-like particles for vaccines, or production of adenoviruses or lentiviruses for transduction of difficult cell lines.

In the post-human genomics era, the availability of recombinant proteins in native conformations is crucial to structural, functional and therapeutic research and development. Here, we describe a test- and large-scale protein expression system in human embryonic kidney 293T cells that can be used to produce a variety of recombinant proteins.

Una piattaforma espressione conveniente e generale per la produzione di proteine ​​secrete da cellule umane

Recombinant protein expression in bacteria, typically E. coli, has been the most successful strategy for milligram quantity expression of proteins. ...

In vitro Sintesi di mRNA modificata per l'induzione di espressione della proteina nelle cellule umane

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

Isolamento, caratterizzazione e MicroRNA-basato di modificazione genetica di cellule staminali del follicolo dentale umano

Consegna di mRNA modificato in un modello di topo di infarto miocardico

RNA-ha basato riprogrammazione dei fibroblasti primari umani in cellule staminali pluripotenti indotte

Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Generazione di nanoliposomi cationici per la consegna efficiente In Vitro di trascritti di RNA messaggero

Una piattaforma espressione conveniente e generale per la produzione di proteine secrete da cellule umane

In vitro Sintesi di mRNA modificata per l'induzione di espressione della proteina nelle cellule umane

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

Isolamento, caratterizzazione e MicroRNA-basato di modificazione genetica di cellule staminali del follicolo dentale umano

Consegna di mRNA modificato in un modello di topo di infarto miocardico

RNA-ha basato riprogrammazione dei fibroblasti primari umani in cellule staminali pluripotenti indotte

Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

Utilizzo di nanoparticelle lipidiche per la somministrazione di mRNA chimicamente modificato nelle cellule di mammifero

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Sistema di sintesi proteica cell-free per la costruzione di cellule sintetiche

Generazione di nanoliposomi cationici per la consegna efficiente In Vitro di trascritti di RNA messaggero

Una piattaforma espressione conveniente e generale per la produzione di proteine ​​secrete da cellule umane

Una piattaforma espressione conveniente e generale per la produzione di proteine secrete da cellule umane