Name: large-scale production of recombinant rnas on a circular scaffold using a viroid-derived system in escherichia coli
Uploaded: 2018-11-30T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Large-scale Production of Recombinant RNAs on a Circular Scaffold Using a Viroid-derived System in Escherichia coli at JoVE.com

Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse BIO2017-83184-R und BIO2017-91865-EXP von das spanische Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (kofinanzierten FEDER Mittel) unterstützt.

(1) Plasmid Bau
<ol><li>
Durch PCR (oder durch reverse Transkription PCR, wenn ausgehend von einer RNA-Vorlage) verstärken die cDNA entspricht der RNS mit Primer mit 5' Extension zum Einbau in das Expressionsplasmid zu ermöglichen. Verwenden Sie zur Vermeidung von unerwünschten Mutationen ein High-Fidelity-DNA-Polymerase.
	<ol>
<li>Die folgenden 5' Erweiterungen hinzufügen um die cDNA von Gibson Montage20in das Expressionsplasmid einfügen, die PCR-Primer: vorwärts, 5'-Tct...

<ol>
	<li>Wang, J., 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=Current+Research+on+Non-Coding+Ribonucleic+Acid+(RNA).">Current Research on Non-Coding Ribonucleic Acid (RNA).</a> Genes. 8 (12), (2017).</li><li>Hamada, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+silico+approaches+to+RNA+aptamer+design.">In silico approaches to RNA aptamer design.</a> Biochimie. 145, 8-14 (2018).</li><li>Bobbin, M. L., Rossi, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNA+Interference+(RNAi)-Based+Therapeutics:+Delivering+on+the+Promise?.">RNA Interference (RNAi)-Based Therapeutics: Delivering on the Promise?.</a> Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 56, 103-122 (2016).</li><li>Airs, P. M., Bartholomay, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNA+Interference+for+Mosquito+and+Mosquito-Borne+Disease+Control.">RNA Interference for Mosquito and Mosquito-Borne Disease Control.</a> Insects. 8 (1), 4 (2017).</li><li>Ponchon, L., Dardel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+scale+expression+and+purification+of+recombinant+RNA+in+Escherichia+coli.">Large scale expression and purification of recombinant RNA in Escherichia coli.</a> Methods. 54 (2), 267-273 (2011).</li><li>Kikuchi, Y., Umekage, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+nucleic+acids+of+the+marine+bacterium+Rhodovulum+sulfidophilum+and+recombinant+RNA+production+technology+using+bacteria.">Extracellular nucleic acids of the marine bacterium Rhodovulum sulfidophilum and recombinant RNA production technology using bacteria.</a> FEMS Microbiology Letters. 365 (3), fnx268 (2018).</li><li>Ponchon, L., Dardel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombinant+RNA+technology:+the+tRNA+scaffold.">Recombinant RNA technology: the tRNA scaffold.</a> Nature Methods. 4 (7), 571-576 (2007).</li><li>Batey, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+methods+for+native+expression+and+purification+of+RNA+for+structural+studies.">Advances in methods for native expression and purification of RNA for structural studies.</a> Current Opinion in Structural Biology. 26, 1-8 (2014).</li><li>El Khouri, 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=Expression+and+Purification+of+RNA-Protein+Complexes+in+Escherichia+coli.">Expression and Purification of RNA-Protein Complexes in Escherichia coli.</a> Methods in Molecular Biology. 1316, 25-31 (2015).</li><li>Ponchon, 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=Co-expression+of+RNA-protein+complexes+in+Escherichia+coli+and+applications+to+RNA+biology.">Co-expression of RNA-protein complexes in Escherichia coli and applications to RNA biology.</a> Nucleic Acids Research. 41 (15), e150 (2013).</li><li>Umekage, S., Kikuchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+production+and+purification+of+circular+RNA+aptamer.">In vitro and in vivo production and purification of circular RNA aptamer.</a> Journal of Biotechnology. 139 (4), 265-272 (2009).</li><li>Dar&#242;s, J. -. A., Aragon&#233;s, V., Cordero, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+viroid-derived+system+to+produce+large+amounts+of+recombinant+RNA+in+Escherichia+coli.">A viroid-derived system to produce large amounts of recombinant RNA in Escherichia coli.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1904 (1904).</li><li>Dar&#242;s, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viroids:+small+noncoding+infectious+RNAs+with+the+remakable+ability+of+autonomous+replication.">Viroids: small noncoding infectious RNAs with the remakable ability of autonomous replication.</a> Current Research Topics in Plant Virology. , 295-322 (2016).</li><li>Flores, R., Hern&#225;ndez, C., Mart&#237;nez de Alba, A. E., Dar&#242;s, J. A., Di Serio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viroids+and+viroid-host+interactions.">Viroids and viroid-host interactions.</a> Annual Review of Phytopathology. 43, 117-139 (2005).</li><li>Di Serio, F., 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=ICTV+Virus+Taxonomy+Profile:+Avsunviroidae.">ICTV Virus Taxonomy Profile: Avsunviroidae.</a> The Journal of General Virology. 99 (5), 611-612 (2018).</li><li>Nohales, M. A., Flores, R., Dar&#242;s, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viroid+RNA+redirects+host+DNA+ligase+1+to+act+as+an+RNA+ligase.">Viroid RNA redirects host DNA ligase 1 to act as an RNA ligase.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (34), 13805-13810 (2012).</li><li>Nohales, M. A., Molina-Serrano, D., Flores, R., Dar&#242;s, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Involvement+of+the+chloroplastic+isoform+of+tRNA+ligase+in+the+replication+of+viroids+belonging+to+the+family+Avsunviroidae.">Involvement of the chloroplastic isoform of tRNA ligase in the replication of viroids belonging to the family Avsunviroidae.</a> Journal of Virology. 86 (15), 8269-8276 (2012).</li><li>Dar&#242;s, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eggplant+latent+viroid:+a+friendly+experimental+system+in+the+family+Avsunviroidae.">Eggplant latent viroid: a friendly experimental system in the family Avsunviroidae.</a> Molecular Plant Pathology. 17 (8), 1170-1177 (2016).</li><li>Cordero, T., Ortol&#224;, B., Dar&#242;s, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutational+Analysis+of+Eggplant+Latent+Viroid+RNA+Circularization+by+the+Eggplant+tRNA+Ligase+in+Escherichia+coli.">Mutational Analysis of Eggplant Latent Viroid RNA Circularization by the Eggplant tRNA Ligase in Escherichia coli.</a> Frontiers in Microbiology. 9 (635), (2018).</li><li>Gibson, D. G., 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=Enzymatic+assembly+of+DNA+molecules+up+to+several+hundred+kilobases.">Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases.</a> Nature Methods. 6 (5), 343-345 (2009).</li><li>Timmons, L., Court, D. L., Fire, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ingestion+of+bacterially+expressed+dsRNAs+can+produce+specific+and+potent+genetic+interference+in+Caenorhabditis+elegans.">Ingestion of bacterially expressed dsRNAs can produce specific and potent genetic interference in Caenorhabditis elegans.</a> Gene. 263 (1-2), 103-112 (2001).</li><li>Schumacher, J., Randles, J. W., Riesner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+two-dimensional+electrophoretic+technique+for+the+detection+of+circular+viroids+and+virusoids.">A two-dimensional electrophoretic technique for the detection of circular viroids and virusoids.</a> Analytical Biochemistry. 135 (2), 288-295 (1983).</li><li>Hansen, J. N., Pheiffer, B. H., Boehnert, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+electrophoretic+properties+of+solubilizable+disulfide+gels.">Chemical and electrophoretic properties of solubilizable disulfide gels.</a> Analytical Biochemistry. 105 (1), 192-201 (1980).</li><li>Gigu&#232;re, T., Adkar-Purushothama, C. R., Bolduc, F., Perreault, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elucidation+of+the+structures+of+all+members+of+the+Avsunviroidae+family.">Elucidation of the structures of all members of the Avsunviroidae family.</a> Molecular Plant Pathology. 15 (8), 767-779 (2014).</li><li>L&#243;pez-Carrasco, A., 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=The+transcription+initiation+sites+of+eggplant+latent+viroid+strands+map+within+distinct+motifs+in+their+in+vivo+RNA+conformations.">The transcription initiation sites of eggplant latent viroid strands map within distinct motifs in their in vivo RNA conformations.</a> RNA Biology. 13 (1), 83-97 (2016).</li></ol>

Bei der Recherche die ELVd Sequenz und Strukturanforderungen an die Anerkennung durch die Auberginen tRNA-Ligase beteiligt, bemerkten wir, dass Co Ausdruck der beiden Moleküle in nicht-Host E. Coli führte zu einer unerwarteten großen Anhäufung von Viroid kreisförmige Formen in Bakterienzellen19. Wir verstanden, dass die große Ansammlung von Viroid-RNA in E. Coli sehr wahrscheinlich die Folge Co auszudrücken ein hochstabiles RNA-Molekül, wie die relativ kleinen (333 nt), h...

Im Gegensatz zu DNA und Proteine sind Protokolle für einfache, effiziente und kostengünstige Produktion von großen Mengen an RNA nicht reichlich vorhanden. Jedoch anspruchsvolle Forschung und Industrie verlangen immer mehr diese Biomoleküle ihre einzigartigen biologischen Eigenschaften1zu untersuchen oder eingesetzt werden biotechnologische Anwendungen, einschließlich ihrer Verwendung als hochspezifische Aptameren 2, Therapeutika3oder selektive Schädlingsbekämpfungsmittel4. In vitro Transkription und chemische Synthese werden häufig in der Forschung verwendet, um RNA zu produzieren. Jedoch führen diese Methoden wichtige Einschränkungen, wenn große Mengen der Produkte erforderlich sind. Die logische Alternative ist mit den endogenen Transkriptionsmaschinerie lebender Zellen, gefolgt von einen Reinigungsprozess, der RNAs von Interesse von den zellulären Begleitern zu trennen. Nach dieser Strategie wurden Methoden entwickelt, um rekombinante RNAs in Bakterienzellen, wie z. B. der Lab-freundlich zu produzieren Escherichia coli5 oder die marine lila phototrophe Alpha-Proteobakterium Rhodovolum Sulfidophilum 6. rekombinanter RNA in Bakterien produzieren die meisten Methoden setzen auf die Expression von native hochstabile RNA leski, wie z. B. eine tRNA oder einer rRNA, in denen die RNS von Interesse ist7eingefügt. Damit steigen die Notwendigkeit des Freigebens der RNS von Interesse aus der Chimären Moleküls, wenn das Vorhandensein von zusätzlichen RNA ein Problem für die downstream-Anwendungen-8 ist. Ein weiteres Konzept in rekombinanter RNA Biotechnologie ist die Produktion von rekombinanten Ribonucleoprotein-komplexe, die können das gewünschte Produkt per se oder verwendet als schützende Strategie zur Erhöhung der Stabilität der RNA des Interesse9, 10. Ebenso wurde die Produktion von kreisförmigen RNAs auch als Strategie zur stabileren Produkte11generieren vorgeschlagen.
Vor kurzem haben wir eine neue Methode, um große Mengen von rekombinanten RNA in E. Coli zu produzieren, die in drei der oben genannten Konzepte beteiligt ist: das Einfügen von der RNA von Interesse in eine hochstabile zirkuläre RNA-Gerüst und Co Ausdruck der rekombinante RNA mit einer interagierenden Proteins, wahrscheinlich eine stabile Ribonucleoprotein Komplex zu produzieren, die sammelt sich in beachtlichen Mengen in bakterielle Zellen12. Im Gegensatz zu den bisherigen Entwicklungen verwendeten wir eine RNA-Gerüst E. Coli, nämlich ein Viroid völlig fremd. Viroide sind eine ganz besondere Art von Infektionserregern von höheren Pflanzen, die ausschließlich durch eine relativ kleine (246-401 nt) konstituiert sind höchst Basis gepaart kreisförmige RNA13. Interessanterweise Viroide sind nicht-kodierende RNAs und ohne Hilfe von ihren eigenen Proteine können sie komplexe infektiöse Zyklen in den infizierten Hosts14abschließen. Diese Zyklen sind die RNA-RNA-Replikation in die Zellkerne oder Chloroplasten, abhängig von der Viroid-Familie –Pospiviroidae oder Avsunviroidae, bzw. – Bewegung durch die infizierten Pflanze und Umgehung der defensive Wirtsantwort. Viroide müssen unter der stabilste RNAs in der Natur, als Folge eine nackte Runde RNA und Überleben in der feindlichen Umgebung von Pflanzenzellen infiziert eingestuft werden. Diese Eigenschaft kann Viroide als Gerüste, rekombinante RNA in biotechnologischen Ansätzen zu stabilisieren besonders geeignet machen. Darüber hinaus basiert die neue Methode auf Co Ausdruck die Viroid-Gerüst mit einer interagierenden pflanzlichem Eiweiß. Viroide replizieren durch einen rolling-Circle-Mechanismus in welchem, den Host Enzyme rekrutiert werden, um die verschiedenen Schritte des Prozesses zu katalysieren. Insbesondere einige Viroide, genauer gesagt diejenigen, die zu der Familie Avsunviroidae15, gehören enthalten Ribozyme, die auch bei der Replikation beteiligt sind. Je nach Tierart Viroid wird vom Host RNA-Polymerase II oder die chloroplastic-nuklearen codiert-RNA-Polymerase (NEP) Transkription von Viroid-RNAs vermittelt. Viroid-RNA Verarbeitung scheint von einem Host katalysiert werden Typ-III-RNase, obwohl in Viroide mit Ribozyme Oligomere RNA Zwischenprodukte während der Replikation selbst Spalten. Schließlich sind die daraus resultierenden Viroid-Monomere, abhängig von der Viroid-Familie durch die Host-DNA-Ligase 1 oder chloroplastic Isoform der tRNA-Ligase16,17circularized. Dieses letzte Enzym ist Ligatur der Monomeren Formen der Viroide in der Familie Avsunviroidae, wie z. B. Auberginen latente Viroid (ELVd)18beteiligt.
Im Zuge eines Werkes, die Sequenz und strukturellen Anforderungen der ELVd zu analysieren, die Anerkennung durch die Aubergine (Solanum Melongena L.) bestimmen tRNA-Ligase, wir richten Sie ein experimentelles System basierend auf Co Ausdruck der beiden Moleküle in E. Coli 19. Wir haben festgestellt, dass länger als Einheit ELVd Protokolle effizient in E. Coli Zellen durch die eingebetteten Hammerhai Ribozyme selbst zu Spalten und den daraus resultierenden Viroid Monomeren mit 5'-Hydroxyl und 2', 3'-Phosphodiester-Termini wurden effizient circularized durch die Zusammenarbeit zum Ausdruck gebrachten Aubergine tRNA-Ligase. Noch mehr erreicht die resultierende kreisförmige Viroid-RNA eine unerwartete hohe Konzentration in E. Coli, über denen der endogenen rRNAs12. Abwesenheit von Replikation Zwischenprodukten angegeben Mangel ELVd RNA-RNA Amplifikation in diesen bakteriellen Zellen. Interessanterweise hatten die Einfügung der heterologen RNAs in einer bestimmten Position des Moleküls Viroid eine moderate Wirkung auf Anhäufung der kreisförmigen Viroid-abgeleitete RNAs12. Diese Beobachtungen machte uns vorstellen, eine Methode, um große Mengen von rekombinanten RNAs in Bakterien produzieren. Bei dieser Methode die cDNAs entspricht der RNAs von Interesse sind in der ELVd cDNA eingefügt und die daraus resultierende Chimäre RNA drückt sich in E. Coli durch einen starken konstitutiven Promoter. Damit das System funktioniert muss E. Coli mit einem Plasmid, die Auberginen tRNA-Ligase auszudrücken Co umgewandelt werden. ELVd abgeleitet länger als Einheit Transkript wird durch die eingebetteten Hammerhai Ribozyme verarbeitet und die daraus resultierende Monomere mit den entsprechenden Termini werden erkannt und circularized durch die Zusammenarbeit zum Ausdruck gebrachten tRNA-Ligase. Auf diese Weise wird die RNA von Interesse in eine sehr stabil kreisförmige Gerüst bestehend aus das Viroid kreisförmigen Molekül eingefügt. Diese rekombinanten Chimären RNA ist höchstwahrscheinlich weiter innerhalb der E. Coli -Zellen durch Bildung von ein Ribonucleoprotein durch Interaktion mit tRNA-Ligase Komplex stabilisiert. Mit dieser Methode (siehe Protokoll unten), RNA Aptameren, Haarnadel RNAs und andere strukturierte RNAs leicht in Mengen von 10 Milligramm pro Liter des E. Coli -Kultur unter normalen Laborbedingungen hergestellt und zur Einnahme von Homogenität gereinigt Vorteil der Zirkularität12.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Phusion High-Fidelity DNA polymerase</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>F530S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bpi I</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>ER1011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Conda</td>
			<td>8010</td>
			<td>D1 low EEO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A1086,1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>131008.1214</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E5134-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium bromide</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A1152,0025</td>
			<td>1%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zymoclean Gel DNA Recovery</td>
			<td>Zymo Research</td>
			<td>D4001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>ND-3300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>E2621S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA Clean &#38; Concentrator</td>
			<td>Zymo Research</td>
			<td>D4003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eporator</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>4309000019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli DH5&#945;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>18265-017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone</td>
			<td>Intron Biotechnology</td>
			<td>Ba2014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast extract</td>
			<td>Intron Biotechnology</td>
			<td>48045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>131659.1211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Intron Biotechnology</td>
			<td>25999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A0839,0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-gal</td>
			<td>Duchefa</td>
			<td>X1402.1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>131785.1611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NucloSpin Plasmid</td>
			<td>Macherey-Nagel</td>
			<td>22740588.250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli BL21(DE3)</td>
			<td>Novagen</td>
			<td>69387-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli HT115(DE3)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Ref. Timmons et al., 2001</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Duchefa</td>
			<td>C 0113.0025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>122329.1211</td>
			<td>87%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>131509.1210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2HPO4</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>122333.1211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>131020.1211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenol</td>
			<td>Scharlau</td>
			<td>FE04791000</td>
			<td>90%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A3691,1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtropur S 0.2</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>83.1826.001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiTrap DEAE Sepharose FF column</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>17-5055-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#196;KTAprime plus liquid chromatography system</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>11001313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamyde</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A1089,1000</td>
			<td>2K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#8217;-methylenebisacrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7279-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>146392.1211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A2940,1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formamide</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A0937,2500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromophenol blue</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B8026-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylene cyanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>X4126-10G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#8242;-Bis(acryloyl)cystamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A4929-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

large-scale production of recombinant rnas on a circular scaffold using a viroid-derived system in escherichia coli

Mit zunehmendem Interesse an RNA Biology und die Verwendung von RNA-Molekülen in anspruchsvolle biotechnologische Anwendungen, sind die Methoden, um große Mengen von rekombinanten RNAs produzieren beschränkt. Hier beschreiben wir ein Protokoll, um produzieren große Mengen an rekombinanten RNA in Escherichia coli basierend auf Co Ausdruck eines Chimären Moleküls, die die RNA in ein Viroid-Gerüst und eine Pflanze enthält tRNA-Ligase. Viroide sind relativ klein, nicht-kodierenden, hoch Basis gepaart kreisförmige RNAs, die ansteckend für höhere Pflanzen sind. Der Host Pflanzen tRNA Ligase ist ein Enzym rekrutiert durch Viroide, die zu der Familie Avsunviroidae, wie z. B. Auberginen latente Viroid (ELVd) gehören, um RNA-Circularization während der Viroid-Replikation zu vermitteln. Obwohl ELVd nicht in E. Coli repliziert, eine ELVd Vorläufer ist effizient durch die E. Coli -RNA-Polymerase transkribiert und verarbeitet durch die eingebetteten Hammerhai Ribozyme in Bakterienzellen und die daraus resultierende Monomere durch circularized sind die Co zum Ausdruck gebrachten tRNA-Ligase eine bemerkenswerte Konzentration zu erreichen. Das Einfügen einer RNA von Interesse in der ELVd Gerüst ermöglicht die Produktion von zehn Milligramm des rekombinanten RNA pro Liter Bakterienkultur unter normalen Laborbedingungen. Eine Hauptfraktion des RNA-Produkts ist kreisförmig, ein Feature, das erleichtert die Reinigung der rekombinanten RNA zur virtuellen Homogenität. In diesem Protokoll wird die eine komplementäre DNA (cDNA) entsprechend der RNS des Interesses an einer bestimmten Position ELVd cDNA in ein Expressionsplasmid eingefügt, die entlang das Plasmid Aubergine tRNA Ligase Co Ausdrücken verwendet wird, um E. Colizu verwandeln. Co Ausdruck der beiden Moleküle unter der Kontrolle der starken konstitutiven Promoter führt zur Produktion von großen Mengen der rekombinanten RNA. Rekombinante RNA kann der bakteriellen Zellen entnommen und getrennt von der Masse der bakteriellen RNAs unter Ausnutzung seiner Zirkularität.

Zur Herstellung rekombinanter RNA in E. Coli mit ELVd abgeleitete System12ist die RNA von Interesse in eine ELVd RNA-Gerüst veredelt. Diese Chimären RNA ist Co ausgedrückt entlang der Aubergine tRNA-Ligase in E. Coli. Nach der Bearbeitung, gespalten und circularized, bildet die Chimäre kreisförmige RNA, aus der RNA des Interesses ragt, wahrscheinlich ein Ribonucleoprotein Komplex mit dem Co ausgedrückt Aubergine Enzym, das bemerkenswerte Kon...

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Large-scale Production of Recombinant RNAs on a Circular Scaffold Using a Viroid-derived System in Escherichia coli

Großtechnische Produktion von rekombinanten RNAs auf einem kreisförmigen Gerüst mit einem Viroid-abgeleitete System bei Escherichia coli

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um produzieren große Mengen an rekombinanten RNA in Escherichia coli Co zum Ausdruck bringen, eine Chimäre RNA, die die RNA in ein Viroid-Gerüst und eine Pflanze enthält tRNA-Ligase. Das Hauptprodukt ist ein kreisförmigen Molekül, das erleichtert die Reinigung zur Homogenität.

With increasing interest in RNA biology and the use of RNA molecules in sophisticated biotechnological applications, the methods to produce large amounts ...

Diese Methode kann dazu beitragen, große Mengen an rekombinanten RNAs zu produzieren, die für die Anwendung in der Forschung oder in der Industrie von Interesse sind. Der Hauptvorteil ist, dass rekombinante RNA in Escherichia coli in einem billigen Verfahren produziert wird, das leicht skaliert werden kann. Wichtig ist, dass die RNA auf einem kreisförmigen RNA-Gerüst produziert wird, was die Reinigung zur Homogenität erleichtert.Im Gegensatz zu DNA oder Proteinen werden RNAs von Interesse nicht leicht in großen Mengen in biofaktorischen Systemen, einer solchen Escherichia coli-Kultur, produziert. Unsere Methode basiert auf der Koexpression der RNA von Interesse, die in ein hochstabiles kreisförmiges Gerüst eingefügt wird, und auf einer Ligase, die die RNA-Zirkularisierung vermittelt. Das kreisförmige RNA-Gerüst leitet sich von einem patentierten Viroid ab.Viroide sind relativ kleine, nicht-spulende, hochgradig basisgepaarte kreisförmige RNAs, die für einige höhere Pflanzen infektiös sind. Wir können dutzende Milligramm der rekombinanten RNA pro Liter Bakterienkultur unter normalen Laborbedingungen produzieren. Um mit diesem Verfahren zu beginnen, verstärken Sie die cDNA nach PCR, wie im Textprotokoll beschrieben.Als nächstes fügen Sie 100 Nanogramm des Plasmids pLELVd-BZB zu einem 0,5 Milliliter-Röhrchen hinzu. Fügen Sie 10 U des Typs IIS-Restriktionsenzyms BpiI und genügend Puffer G hinzu, um eine 20-Mikroliter-Reaktion zu erzeugen. Inkubieren Sie bei 37 Grad Celsius für eine Stunde, um das Plasmid zu verdauen.Danach trennen Sie die PCR- und Verdauungsprodukte durch Elektrophorese in einem ein prozentigen Agarose-Gel im TAE-Puffer. Färben Sie das Gel, indem Sie es in 200 Milliliter Ethidiumbromid in einer Konzentration von 0,5 Mikrogramm pro Milliliter schütteln. Visualisieren Sie die DNA mit einem UV-Transilluminator.Verwenden Sie ein Skalpell, um die Bänder auszuschneiden, die der verstärkten cDNA und dem BpiI-verdauten Plasmid entsprechen. Mit Kieselgelsäulen die DNAs aus den Gelfragmenten zu löschen. Quantifizieren Sie die Konzentration der DNA durch spektrophotometrische Analyse.Richten Sie eine Gibson Assembly-Reaktion mit der verstärkten cDNA und dem verdauten Plasmid ein. Eine Stunde lang bei 50 Grad Celsius brüten. Verwenden Sie dann eine Kieselgelsäule, um die Reaktion zu reinigen.Nach der Elektroporating kompetente E.coli DH5-Alpha-Zellen, pflücken Sie mehrere weiße Kolonien und übertragen Sie sie auf flüssiges LB Medium. Wachsen Sie die Kolonien über Nacht bei 37 Grad Celsius. Als Nächstes verwenden Sie ein Miniprep-Kit, um die Plasmide zu reinigen und ihre Größen durch Elektrophorese in einem ein Prozent Agarose-Gel im TAE-Puffer zu analysieren.Zunächst ko-elektroporate den ausgewählten E.coli-Stamm sowohl mit dem pLELVd-BZB-Derivat, das die cDNA enthält, die der RNA von Interesse entspricht, als auch dem Plasmid P15LTRNISM, um die Auberginen-tRNA-Ligase mitzuexprimieren. Übertragen Sie SOC flüssiges Medium in die Elektroporationsküvette, um die Zellen zurückzugewinnen, und brüten Sie bei 37 Grad Celsius für eine Stunde. Dann, Platte die Bakterien auf LB festes Medium mit 50 Mikrogramm pro Milliliter Ampicillin, und 34 Mikrogramm pro Milliliter Chloramphenicol.Inkubieren Bei 37 Grad Celsius über Nacht. Am nächsten Tag 250 Milliliter flüssiges TB-Medium mit 50 Mikrogramm Pro Milliliter Ampicillin und 34 Mikrogramm pro Milliliter Chloramphenicol zu einem einen Liter verwirrten Erlenmeyerkolben hinzufügen. Holen Sie sich die inkubierte E.Coli, und wählen Sie dann eine Kolonie und impfen Sie das Medium in den Kolben.Bei 37 Grad Celsius mit kräftigem Schütteln bei 180 Umdrehungen pro Minute 12 bis 16 Stunden vor der Ernte der Bakterien inkubieren. Gießen Sie die geerntete E.Coli-Kultur in eine 250 Milliliter Zentrifugenflasche und drehen Sie die Zellen bei 14.000 G für 10 Minuten. Entsorgen Sie den Überstand und setzen Sie die Zellen in 30 Milliliter Wasser wieder auf.Übertragen Sie diese Suspension auf ein Zentrifugenrohr, und drehen Sie die Zellen unter Verwendung der vorherigen Bedingungen wieder herunter. Entsorgen Sie den Überstand und fügen Sie dem Zellpellet 10 Milliliter Chromatographiepuffer hinzu. Wirbel, um die Zellen im Puffer wieder auszusetzen.Fügen Sie ein Volumen Phenol: Chloroform und Wirbel kräftig, um die Zellen zu brechen. Dann Zentrifuge bei 12.000 G für 10 Minuten. Stellen Sie die wässrige Phase wieder her, fügen Sie ein Volumen Chloroform hinzu und wirbeln Sie kräftig.Zentrifuge bei 12.000 G für 10 Minuten. Danach filtern Sie die RNA-Vorbereitung durch einen 45-Mikrometer-Spritzenfilter. Reinigen Sie die RNA mit einer ein Milliliter Diethyl-Ethanol-Amin-Säule, die mit einem flüssigen Chromatographiesystem verbunden ist.Passen Sie den Durchfluss auf einen Milliliter pro Minute an, und gleicht die Spalte mit 10 Milliliter Chromatographiepuffer aus. Dann laden Sie die Probe und waschen Sie die Säule mit 10 Milliliter Chromatographie Puffer. Elute die RNA mit 20 MilliliterElutionspuffer, und sammeln Sie einen Milliliter Aliquots.Durch die Verwendung der zweidimensionalen Polyacrylamid-Gelelektrophorese trennen Sie die kreisförmigen RNAs von ihren linearen Gegenstücken. Bereiten Sie zunächst ein fünfprozentiges Polyacrylamid-Gel im TBE-Puffer vor, das wie im Textprotokoll beschrieben acht Molharnstoff enthält. Mischen Sie 20 Mikroliter der RNA-Präparate mit einem Volumen Ladepuffer.Bei 95 Grad Celsius in einem Heizblock für 1,5 Minuten inkubieren und dann auf Eis abkühlen. Die Proben in das Polyacrylamid-Gel laden und die Elektrophorese unter den entsprechenden Bedingungen für die Gelabmessung ausführen. Danach das Gel 15 Minuten lang in 0,5 Mikrogramm pro Milliliter Ethidiumbromid färben.Waschen Sie das gefärbte Gel mit Wasser und visualisieren Sie dann die RNA unter UV-Licht. Die elektrophoretische Analyse mehrerer rekombinanter Plasmide, in die verschiedene cDNAs eingesetzt werden, zeigt im Vergleich zu pLELVd-BZB unterschiedliche Wanderungen. Beachten Sie, dass pLELVd-BZB den lacZ-Marker enthält, der durch die cDNA ersetzt wird, die der RNA von Interesse entspricht, so dass die Migration zwar von der Größe der eingefügten cDNA abhängt, die rekombinanten Plasmide jedoch in der Regel schneller migrieren als das Kontrollplasmid.Die Produktion der rekombinanten RNA in ko-elektroporated Bakterienkulturen wird überwacht, indem die Zellen gebrochen und die RNA durch Denaturierung von PAGE analysiert wird. Es sind starke Bänder zu sehen, die leeren ELVd- und chimären ELVd-Formularen entsprechen, in die verschiedene RNAs von Interesse eingefügt wurden. Interessanterweise wird ein großer Teil der rekombinanten RNA als kreisförmige Form betrachtet.Die Zirkularität der Hauptfraktion wird durch die Verwendung einer Kombination von zwei PAGEs unter denaturierenden Bedingungen bei hoher und niedriger Ionenstärke beobachtet. Die RNA-Vorbereitung kann durch Anionenaustauschchromatographie weiter gereinigt werden. Wie hier zu sehen, wird die E.Coli-RNA effizient bei niedriger Ionenstärke zurückgehalten und anschließend bei hoher Ionenstärke eluiert, wobei der größte Teil der RNA in den Fraktionen zwei und drei gesammelt wird.Rekombinante RNA kann durch 2-D-Elektrophorese weiter auf Homogenität gereinigt werden. Dieses Protokoll ermöglicht die einfache Produktion großer Mengen rekombinanter RNA in Escherichia coli und die Reinigung zur Homogenität dank der Zirkularität des Endprodukts. Denken Sie daran, dass die RNA von Interesse Ergebnisse in einem kreisförmigen RNA-Gerüst aus einem Pflanzenviroid abgeleitet eingebettet.Wenn Sie beide Moieties trennen möchten, müssen Sie eine Standardstrategie verwenden, wie Ribozyme, DNAzyme oder RNase H. Die Ausbeute dieses Protokolls hängt von der jeweiligen RNA ab, da kleine RNAs wahrscheinlich in höheren Mengen produziert werden als größere. Bei größeren Ausdrücken sollten Sie berücksichtigen, dass die optimale Zeit für die Ernte von Bakterien von vielen Faktoren abhängt, einschließlich des E.Coli-Stamms, des Kulturmediums und der Wachstumsbedingungen. Wir empfehlen ihnen einen Vorzeit-Kurstest, um das optimale Produktionsfenster unter Ihren jeweiligen Bedingungen zu finden.Denken Sie daran, dass sich die rekombinanten RNAs in Bakterienzellen vorübergehend ansammeln und in der spät wachsenden Phase vollständig verschwinden.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

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Forschung

Biochemie

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