Name: polysome profiling without gradient makers or fractionation systems
Uploaded: 2021-06-01T14:00:00
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Gli autori ringraziano il Dr. Percy Tumbale e la Dr. Melissa Wells per la loro lettura critica di questo manoscritto. Questo lavoro è stato supportato dal National Institute of Health Intramural Research Program degli Stati Uniti; Istituto nazionale statunitense di scienze della salute ambientale (NIEHS; ZIA ES103247 a R.E.S).

1. Preparazione di gradienti di saccarosio del 7% - 47%
NOTA: L'intervallo lineare del gradiente di saccarosio può essere modificato per ottenere una migliore separazione a seconda del tipo di cella utilizzata. Questo protocollo è ottimizzato per i profili polisomici per S. cerevisiae.
<ol><li>Preparare soluzioni madre di saccarosio al 7% e al 47% in tampone sfumato di saccarosio (20 mM Tris-HCl pH 7,4, 60 mM KCl, 10 mM MgCl2 e 1 mM DTT). Filtrare le soluzioni madre di ...

<ol>
	<li>Choi, A., Barrientos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sucrose+gradient+sedimentation+analysis+of+mitochondrial+ribosomes.">Sucrose gradient sedimentation analysis of mitochondrial ribosomes.</a> Methods in Molecular Biology. 2192, 211-226 (2021).</li><li>Dos Santos, R. F., Barria, C., Arraiano, C. M., Andrade, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+analysis+of+bacterial+ribosomes+through+sucrose+gradient+ultracentrifugation.">Isolation and analysis of bacterial ribosomes through sucrose gradient ultracentrifugation.</a> Methods in Molecular Biology. 2106, 299-310 (2020).</li><li>Pringle, E. 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H., 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=Cryo-EM+structure+of+the+essential+ribosome+assembly+AAA-ATPase+Rix7.">Cryo-EM structure of the essential ribosome assembly AAA-ATPase Rix7.</a> Nature Communications. 10 (1), 513 (2019).</li><li>Pillon, M. C., Sobhany, M., Borgnia, M. J., Williams, J. G., Stanley, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grc3+programs+the+essential+endoribonuclease+Las1+for+specific+RNA+cleavage.">Grc3 programs the essential endoribonuclease Las1 for specific RNA cleavage.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (28), 5530-5538 (2017).</li><li>Woolford, J. L., Baserga, S. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+molecular+crosstalk+within+the+essential+Grc3/Las1+pre-rRNA+processing+complex.">Characterization of the molecular crosstalk within the essential Grc3/Las1 pre-rRNA processing complex.</a> RNA. 24 (5), 721-738 (2018).</li><li>Hu, W., Coller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polysome+analysis+for+determining+mRNA+and+ribosome+association+in+Saccharomyces+cerevisiae.">Polysome analysis for determining mRNA and ribosome association in Saccharomyces cerevisiae.</a> Methods in Enzymology. 530, 193-206 (2013).</li><li>He, S. L., Green, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polysome+analysis+of+mammalian+cells.">Polysome analysis of mammalian cells.</a> Methods in Enzymolog. 530, 183-192 (2013).</li><li>Anand, M., Chakraburtty, K., Marton, M. J., Hinnebusch, A. G., Kinzy, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+interactions+between+yeast+translation+eukaryotic+elongation+factor+(eEF)+1A+and+eEF3.">Functional interactions between yeast translation eukaryotic elongation factor (eEF) 1A and eEF3.</a> The Journal of Biological Chemistry. 278 (9), 6985-6991 (2003).</li><li>Serikawa, K. 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+transcriptome+and+its+translation+during+recovery+from+cell+cycle+arrest+in+Saccharomyces+cerevisiae.">The transcriptome and its translation during recovery from cell cycle arrest in Saccharomyces cerevisiae.</a> Molecular and Cell Proteomics: MCP. 2 (3), 191-204 (2003).</li><li>Ingolia, N. T., Ghaemmaghami, S., Newman, J. R., Weissman, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+analysis+in+vivo+of+translation+with+nucleotide+resolution+using+ribosome+profiling.">Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling.</a> Science. 324 (5924), 218-223 (2009).</li></ol>

Qui è stato descritto un metodo per creare profili polisomici senza l'uso di costosi sistemi di frazionamento automatizzati. Il vantaggio di questo metodo è che rende la profilazione dei polisomi accessibile ai laboratori che non dispongono di sistemi di frazionamento automatizzati. I principali svantaggi di questo protocollo sono il noioso frazionamento manuale e la ridotta sensibilità rispetto al sistema di frazionamento a densità dedicato.
Questo protocollo prevede un'attenta preparazio...

I ribosomi sono complessi ribonucleoproteici mega-Dalton che svolgono il processo fondamentale di traduzione dell'mRNA in proteine. I ribosomi sono responsabili della sintesi di tutte le proteine all'interno di una cellula. I ribosomi eucariotici comprendono due subunità designate come la piccola subunità ribosomiale (40S) e la grande subunità ribosomiale (60S) in base ai loro coefficienti di sedimentazione. Il ribosoma completamente assemblato è designato come monosoma 80S. I polisomi sono gruppi di ribosomi impegnati nella traduzione di una singola molecola di mRNA. Il frazionamento dei polisomi mediante la centrifugazione del gradiente di densità del saccarosio è un potente metodo utilizzato per creare profili ribosomiali, identificare specifici mRNA associati alla traduzione dei ribosomi e analizzare i fattori associati ai polisomi 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ,13. Questa tecnica è spesso usata per separare i polisomi da singoli ribosomi, subunità ribosomiali e particelle ribonucleoproteiche messaggere. I profili ottenuti dal frazionamento possono fornire preziose informazioni riguardanti l'attività di traslazione dei polisomi14 e lo stato di assemblaggio dei ribosomi15,16,17.
L'assemblaggio dei ribosomi è un processo molto complesso facilitato da un gruppo di proteine note come fattori di assemblaggio dei ribosomi 18,19,20,21. Questi fattori svolgono una vasta gamma di funzioni durante la biogenesi dei ribosomi attraverso interazioni con molte altre proteine, tra cui ATPasi, endo- ed eso-nucleasi, GTPasi, elicasi di RNA e proteine leganti l'RNA22. Il frazionamento dei polisomi è stato un potente strumento utilizzato per studiare il ruolo di questi fattori nell'assemblaggio dei ribosomi. Ad esempio, questo metodo è stato utilizzato per dimostrare come le mutazioni nella polinucleotide chinasi Grc3, un fattore di elaborazione pre-rRNA, possano influenzare negativamente il processo di assemblaggio del ribosoma17,23. Il profilo dei polisomi ha anche evidenziato e mostrato come i motivi conservati all'interno dell'ATPasi Rix7 siano essenziali per la produzione di ribosomi16.
La procedura per il frazionamento dei polisomi inizia con la produzione di lisati cellulari solubili da cellule di interesse. Il lisato contiene RNA, subunità ribosomiali e polisomi, nonché altri componenti cellulari solubili. Un gradiente di saccarosio continuo e lineare viene realizzato all'interno di un tubo di ultracentrifuga. La frazione solubile del lisato cellulare viene caricata delicatamente sulla parte superiore del tubo gradiente di saccarosio. Il tubo gradiente caricato viene quindi sottoposto a centrifugazione, che separa i componenti cellulari per dimensione all'interno del gradiente di saccarosio dalla forza di gravità. I componenti più grandi viaggiano più nel gradiente rispetto ai componenti più piccoli. La parte superiore del gradiente ospita i componenti cellulari più piccoli e più lenti, mentre i componenti cellulari più grandi e più veloci si trovano nella parte inferiore. Dopo la centrifugazione, il contenuto del tubo viene raccolto come frazioni. Questo metodo separa efficacemente subunità ribosomiali, monosomi e polisomi. La densità ottica di ciascuna frazione viene quindi determinata misurando l'assorbanza spettrale a una lunghezza d'onda di 254 nm. Tracciando l'assorbanza rispetto al numero di frazioni si ottiene un profilo polisomico.
I gradienti lineari di densità del saccarosio possono essere generati utilizzando un generatore di gradienti. Dopo la centrifugazione, i gradienti vengono spesso frazionati e le assorbanze misurate utilizzando un sistema automatico di frazionamento della densità 3,7,13,24,25. Mentre questi sistemi funzionano molto bene per produrre profili polisomici, sono costosi e possono essere proibitivi dal punto di vista dei costi per alcuni laboratori. Qui viene presentato un protocollo per generare profili polisomici senza l'uso di questi strumenti. Invece, questo protocollo utilizza apparecchiature tipicamente disponibili nella maggior parte dei laboratori di biologia molecolare.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Automatic Fractionator</td>
			<td>Brandel</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clariostar Multimode Plate Reader</td>
			<td>BMG Labtech</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cycloheximide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C7698</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dithiothreitol</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15508-013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Beads, acid washed</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G8772</td>
			<td>425&#8211;600 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H4784</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride, 1 M</td>
			<td>KD Medical</td>
			<td>CAC-5290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle, 22 G, Metal Hub</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>7748-08</td>
			<td>custom length 9 inches, point style 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima XL-100K Ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene Centrifuge tubes</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>331372</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene Test Tube Peg Rack</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-810-54A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P9541</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit 4 Fluorometer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Q33228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit RNA HS Assay Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Q32855</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNAse Inhibitor</td>
			<td>Applied Biosystems</td>
			<td>N8080119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S0389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SW41 Swinging Bucket Rotor Pkg</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>331336</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe, 3 mL</td>
			<td>Coviden</td>
			<td>888151394</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris, 1 M,&#160; pH 7.4</td>
			<td>KD Medical</td>
			<td>RGF-3340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>X100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Star Microplate, 96 wells</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>655801</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

polysome profiling without gradient makers or fractionation systems

Il frazionamento dei polisomi mediante centrifugazione del gradiente di densità del saccarosio è un potente strumento che può essere utilizzato per creare profili ribosomiali, identificare specifici mRNA tradotti dai ribosomi e analizzare i fattori associati ai polisomi. Mentre i produttori automatici di gradienti e i sistemi di frazionamento del gradiente sono comunemente usati con questa tecnica, questi sistemi sono generalmente costosi e possono essere proibitivi in termini di costi per i laboratori che hanno risorse limitate o non possono giustificare la spesa a causa della loro rara o occasionale necessità di eseguire questo metodo per la loro ricerca. Qui, viene presentato un protocollo per generare in modo riproducibile profili polisomici utilizzando attrezzature standard disponibili nella maggior parte dei laboratori di biologia molecolare senza strumenti di frazionamento specializzati. Inoltre, viene fornito un confronto dei profili polisomici generati con e senza un sistema di frazionamento del gradiente. Vengono discusse le strategie per ottimizzare e produrre profili polisomici riproducibili. Saccharomyces cerevisiae è utilizzato come organismo modello in questo protocollo. Tuttavia, questo protocollo può essere facilmente modificato e adattato per generare profili ribosomi per molti organismi e tipi di cellule diversi.

Tre profili polisomici rappresentativi sono mostrati nella Figura 3. Tutti i profili provengono dallo stesso ceppo di lievito. Un tipico profilo polisomico avrà picchi ben risolti per le subunità ribosomiali 40S, 60S e 80S e per i polisomi. La cresta di ogni subunità ribosomiale e picco polisomico sarà evidente su ciascun profilo (Figura 3). Un profilo rappresentativo di un sistema automatico di frazionamento della densità è mostrato nella <strong class="x...

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Polysome Profiling without Gradient Makers or Fractionation Systems

Questo protocollo descrive come generare un profilo polisomico senza utilizzare generatori di gradienti automatizzati o sistemi di frazionamento del gradiente.

Profilazione dei polisomi senza generatori di gradienti o sistemi di frazionamento

Polysome fractionation by sucrose density gradient centrifugation is a powerful tool that can be used to create ribosome profiles, identify specific mRNAs ...

Questo protocollo descrive come generare un profilo polisomico che rivela dettagli molecolari sull'attività dei ribosomi all'interno della cellula. Questa tecnica consente agli utenti di ottenere le preziose informazioni fornite da un profilo polisomico, che non hanno accesso a sistemi automatizzati di frazionamento del gradiente. Prenditi il tuo tempo durante la preparazione dei gradienti e conservali in un luogo in cui non vengano interrotti da un compressore o da altre operazioni meccaniche mentre si depositano in un gradiente lineare.Per iniziare, preparare soluzioni madre di 7 e 47% di saccarosio in tampone sfumato di saccarosio. Filtrare sterilizzare le soluzioni di saccarosio attraverso un filtro da 0,22 micron. Preparare 14 millilitri di soluzioni di saccarosio al 17, 27 e 37% erogando e mescolando le soluzioni stock da 7 e 47%.Posizionare sei provette da centrifuga in polipropilene in un rack per provette a vista completa. Assicurarsi che ci sia abbastanza spazio tra i tubi in modo che le azioni con un tubo non disturbino gli altri. Collegare un ago da nove pollici, 22 gauge con una punta smussata a una siringa da tre millilitri, ed eseguire un test di riempimento ed erogazione per garantire che la siringa possa contenere la soluzione di saccarosio senza gocciolare prima di impostare i gradienti.Aggiungere due millilitri di saccarosio al 7% sul fondo di ciascuna provetta da centrifuga. Quindi, aggiungere due millilitri di saccarosio al 17% sotto la soluzione al 7%, posizionando la punta dell'ago nelle immediate vicinanze del fondo del tubo. Erogare attentamente e lentamente la soluzione.Ripetere la procedura con due millilitri ciascuno della soluzione di saccarosio al 27, 37 e 47%, assicurandosi che ogni strato sia distinguibile dall'altro da una linea che segna la separazione delle densità. Conservare i gradienti a quattro gradi Celsius durante la notte per consentire loro di stabilirsi in una percentuale continua e crescente di saccarosio. Dopo la crescita e la raccolta del lievito, le cellule di Saccharomyces cerevisiae, risospendono le cellule in 700 microlitri refrigerati di tampone di estrazione polisomica.Aggiungere 100 unità di inibitore della RNAsi. Quindi, aggiungere 400 microlitri di perle di vetro pre-refrigerate con una dimensione approssimativa da 425 a 600 micron. Trasferire la miscela in un tubo di centrifuga da 1,5 millilitri con le perle di vetro e interrompere le cellule di lievito agitando vigorosamente in un battiperline per cinque minuti.Dopo aver interrotto le cellule, chiarire il lisato mediante centrifugazione. Determinare la concentrazione dell'RNA nel lisato chiarificato misurando l'assorbanza a 260 nanometri, utilizzando un sistema di rilevamento dell'RNA basato sulla fluorescenza. Assicurarsi che la concentrazione di RNA sia compresa tra 0,5 e un microgrammo per microlitro.Se la concentrazione di RNA è troppo bassa, ridurre il volume del tampone di estrazione utilizzato per risospendere le cellule. Caricare con attenzione il lisato sulla parte superiore delle sfumature. Posizionare la punta della pipetta contro la parete interna nella parte superiore del tubo di polipropilene.Inclinare il tubo e distribuire lentamente il lisato sulla parte superiore del gradiente, gocciolando contro il muro. Posizionare delicatamente i tubi nei secchi pre-refrigerati di un rotore a benna oscillante e centrifugare le pendenze. Dopo la centrifugazione, rimuovere con cura i tubi della centrifuga dal rotore del secchio oscillante e metterli in un supporto per tubi.Etichettare le piastre a 96 pozzetti per conservare le frazioni e pre-raffreddarle sul ghiaccio. Raccogliere frazioni da 100 o 200 microlitri partendo dalla parte superiore del gradiente, inserendo con attenzione una punta di pipetta nella parte superiore del gradiente e raccogliendo le frazioni fino a quando l'intero gradiente non viene aliquotato. Misurare l'assorbanza di ciascuna frazione a 254 nanometri con uno spettrofotometro rispetto alle soluzioni di saccarosio al 7 e al 47% come spazi vuoti.Create il profilo del polisoma tracciando il numero di frazione rispetto all'assorbanza. Sono mostrati tre profili polisomici rappresentativi del lievito S.Cerevisiae. La cresta di ogni subunità ribosomiale e picco polisomico è evidente su ciascun profilo.Qui viene mostrato un profilo rappresentativo di un sistema automatizzato di frazionamento della densità. Questo profilo è stato prodotto da un profilo di assorbanza continua mentre il gradiente di saccarosio veniva spostato dal basso verso l'alto da una soluzione di inseguimento, attraverso una cella di flusso del rivelatore e raccolto in frazioni. Il profilo polisomico generato dal frazionamento manuale di campioni da 200 e 100 microlitri è mostrato qui.La cosa più importante da ricordare con questa procedura è non interrompere i gradienti. Fare attenzione a non introdurre bolle d'aria o interrompere il gradiente erogando la soluzione troppo rapidamente. Seguendo questa procedura, l'RNA può essere estratto dai gradienti per ulteriori analisi per determinare gli mRNA che si associano ai ribosomi attivi

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Fractionation for Resolution of Soluble and Insoluble Huntingtin Species

Frazionamento per la risoluzione delle specie di huntingtina solubili e insolubili

The accumulation of misfolded proteins is central to pathology in Huntington's disease (HD) and many other neurodegenerative disorders. Specifically, a ...

Polysome Profiling in Leishmania, Human Cells and Mouse Testis

Polysome Profiling in Leishmania, Human Cells and Mouse Testis

Polisoma Profiling nel testicolo di topo, cellule umane e di Leishmania

Proper protein expression at the right time and in the right amounts is the basis of normal cell function and survival in a fast-changing environment. For ...

Detection of Small GTPase Prenylation and GTP Binding Using Membrane Fractionation and  GTPase-linked Immunosorbent Assay

Rilevazione di piccolo GTPase prenilazione e GTP Binding mediante frazionamento di membrana e GTPase-collegata dell'immunosorbente

The Rho GTPase family belongs to the Ras superfamily and includes approximately 20 members in humans. Rho GTPases are important in the regulation of ...

Manipulating Living Cells to Construct Stable 3D Cellular Assembly Without Artificial Scaffold

Manipolazione delle cellule viventi per costruire assieme cellulare 3D stabile senza impalcatura artificiale

Regenerative medicine and tissue engineering offer several advantages for the treatment of intractable diseases, and several studies have demonstrated the ...

The Identification of Sea Lamprey Pheromones Using Bioassay-Guided Fractionation

L'identificazione di feromoni Petromyzon marinus mediante frazionamento analisi biologica-Guida

Bioassay-guided fractionation is an iterative approach that uses the results of physiological and behavioral bioassays to guide the isolation and ...

Cell Fractionation of U937 Cells in the Absence of High-speed Centrifugation

Il frazionamento delle cellule delle cellule U937 in assenza di centrifugazione ad alta velocità

In this protocol we detail a method to obtain subcellular fractions of U937 cells without the use of ultracentrifugation or indiscriminate detergents. ...

Nitropeptide Profiling and Identification Illustrated by Angiotensin II

Nitropeptide Profilazione e identificazione illustrata da Angiotensin II

Protein nitration is one of the most important post-translational modifications (PTM) on tyrosine residues and it can be induced by chemical actions of ...

Measuring Interactions between Fluorescent Probes and Lignin in Plant Sections by sFLIM Based on Native Autofluorescence

Misurazione delle interazioni tra sonde fluorescenti e lignina nelle sezioni delle piante mediante sFLIM in base all'autofluorescenza nativa

In lignocellulosic biomass (LB), the activity of enzymes is limited by the appearance of non-specific interactions with lignin during the hydrolysis ...

High-Resolution Complexome Profiling by Cryoslicing BN-MS Analysis

Profilazione complesso ad alta risoluzione di Cryoslicing BN-MS Analysis

Proteins generally exert biological functions through interactions with other proteins, either in dynamic protein assemblies or as a part of stably formed ...