Method Article
Das übergeordnete Ziel der Polysome Profilerstellung Technik ist Analyse der übersetzerischen Tätigkeit der einzelnen mRNAs oder Transkriptom mRNAs während der Proteinsynthese. Die Methode ist für Studien von Protein-Synthese-Verordnung, Übersetzung Aktivierung und Repression in Gesundheit und mehrere menschliche Krankheiten wichtig.
Richtige Protein-Expression zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Menge ist die Grundlage der normalen Zellfunktion und Überleben in einer sich schnell verändernden Umgebung. Für eine lange Zeit dominierten die genexpressionsstudien Forschung auf transkriptioneller Ebene. Jedoch die Steady-State Ebenen der mRNAs nicht korrelieren gut mit Protein-Produktion und die Übersetzbarkeit von mRNAs variiert stark je nach Bedingungen. In einigen Organismen, wie den Parasiten Leishmaniaist die Proteinexpression vor allem auf der translationalen Ebene geregelt. Jüngste Studien gezeigt, dass dieses Protein Übersetzung Dysregulation mit Krebs, Stoffwechselstörungen, neurodegenerativen und anderen Krankheiten des Menschen verknüpft ist. Polysome Profilerstellung ist eine leistungsfähige Methode, Protein Übersetzung Verordnung zu studieren. Es ermöglicht die translationalen Status der einzelnen mRNAs zu messen oder Übersetzung auf einer genomweiten Skala zu untersuchen. Die Grundlage dieser Technik ist die Trennung von Polysomes, Ribosomen, deren Untereinheiten und kostenlose mRNAs bei der Zentrifugation von einer zytoplasmatischen lysate durch einen Farbverlauf von Saccharose. Hier präsentieren wir Ihnen eine universelle Polysome Profilerstellung verwendete Protokoll auf drei verschiedenen Modellen - Parasiten Leishmania großen, kultivierten Zellen der menschlichen und tierischen Geweben. Leishmaniose Zellen wachsen frei schwebend und kultivierte menschlichen Zellen wachsen in adhärenten Monolage während Maus Hoden eine tierisches Gewebeprobe darstellt. Somit ist die Technik an all diese Quellen angepasst. Das Protokoll für die Analyse der polysomal Brüche beinhaltet Erkennung von einzelnen mRNA-Niveaus von RT-qPCR Proteine durch Western-Blot und Analyse der ribosomalen RNAs durch Elektrophorese. Die Methode kann durch Untersuchung der mRNAs Association mit dem Ribosom auf Transkriptom Ebene durch tiefe RNA-Seq und Analyse des Ribosom-assoziierte Proteine durch Massenspektroskopie der Fraktionen erweitert werden. Die Methode ist leicht zu anderen biologischen Modellen einstellbar.
Regulation der Genexpression in den Zellen wird durch transkriptionelle, posttranskritionelle und posttranslationale Mechanismen gesteuert. Fortschritte in der Tiefe RNA Sequenzierung ermöglichen die Untersuchung der stationären mRNA-Niveaus auf einer genomweiten Skala auf einem noch nie da gewesenen Niveau. Neuere Erkenntnisse ergaben jedoch, dass stationäre mRNA Ebene nicht immer mit Protein Produktion1,2 korreliert. Das Schicksal eines einzelnen Niederschrift ist sehr komplex und hängt von vielen Faktoren wie interne/externe Reize, Stress, etc.. Regulation der Genexpression während der Proteinsynthese bietet eine weitere Schicht von Expressions notwendig für eine schnelle Reaktion in wechselnden Bedingungen. Polysome (oder "Polyribosome"), die Profilierung, die Trennung und Visualisierung von Ribosomen, aktiv zu übersetzen ist eine leistungsfähige Methode, die Regulierung der Proteinsynthese zu studieren. Obwohl die ersten experimentellen Anwendungen in den 1960er Jahren3erschien, ist Polysome Profilerstellung derzeit eine der wichtigsten Techniken in Protein Übersetzung Studien4. Einzelnen mRNAs kann durch mehrere Ribosomen führt zur Bildung von einem Polysome übersetzt werden. Protokolle können auf Ribosomen mit Cycloheximide5 ins Stocken geraten und mRNAs mit unterschiedlichen Anzahlen von Polysomes getrennt werden können, in den Prozess der Polysome Fraktionierung von Saccharose gradient Ultrazentrifugation6,7 , 8 , 9. RNA Analyse der polysomal Brüche dann erlaubt Messung von Veränderungen in der translationalen Staaten der einzelnen mRNAs auf Genom-weite Skala und bei verschiedenen physiologischen Bedingungen4,7, 10. die Methode wurde auch verwendet, um offenbaren die Rollen von 5' UTR und 3' UTR-Sequenzen in der Steuerung von mRNA Übersetzbarkeit11, untersuchen die Rolle der MiRNAs in translational Repression12, entdecken Mängel im Ribosom Biogenese13 , und die Rolle des Ribosom-assoziierte Proteine mit menschlichen Krankheiten14,15verstehen. Während des letzten Jahrzehnts entstanden eine immer größere Rolle für die Regulation der Genexpression während der Übersetzung, die ihre Bedeutung im menschlichen Krankheiten zeigt. Der Beweis für translational Control in Krebs, Stoffwechselstörungen und neurodegenerativen Erkrankungen ist überwältigend15,16,17,18. Z. B. Dysregulation eIF4E-abhängige translational Steuerung trägt zum Autismus im Zusammenhang mit Defiziten15 und FMRP engagiert sich in der Ribosomen im Zusammenhang mit Autismus14mRNAs abwürgen. Polysomal Profilierung ist somit ein sehr wichtiges Instrument, um Mängel in translational Regelung in mehrere menschliche Krankheiten zu studieren.
Protein-Analyse der polysomal Brüche unter verschiedenen physiologischen Bedingungen seziert die Funktion der Faktoren im Zusammenhang mit Ribosomen während der Übersetzung. Die Polysome Profilerstellungs-Technik ist in vielen Arten wie Hefe, Säugetier-Zellen, Pflanzen und Protozoen10,19,20,21verwendet worden. Protozoen-Parasiten wie Trypanosomen und Leishmanien begrenzte transkriptionelle Kontrolle der Genexpression aufweisen. Ihre Genome sind in Polycistronic Gen-Cluster organisiert, die Promoter-regulierte Transkription22fehlt. Developmental Genexpression wird hingegen überwiegend auf der Ebene der Protein-Übersetzung und mRNA Stabilität in Trypanosomatid Arten23,24gesteuert. Deshalb Verständnis für translationale Kontrolle bei fehlender transcriptional Regelung für diese Organismen besonders wichtig. Polysomal die Profilerstellung ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur posttranskritionelle Regulation der Genexpression in Leishmaniose25,26,27,28zu studieren.
Die jüngste Fortschritte in der Erkennung der einzelnen mRNAs Ebenen von Real time quantitative PCR (RT-qPCR) und volle Transkriptom Sequenzierung der nächsten Generation sowie Proteomics Technologien, Auflösung und Vorteile des polysomal profiling auf ein neues Niveau bringt. Die Verwendung dieser Methoden kann durch Analyse der einzelnen polysomal Fraktionen durch tiefe RNA-Sequenzierung zusammen mit Proteomic Analyse der translationalen Statusüberwachung von Zellen in einer genomweiten Skala erweitert werden. Dies ermöglicht die Identifizierung neuer molekularer Spieler Regulierung Übersetzung unter verschiedenen physiologischen und pathologischen Bedingungen. Hier präsentieren wir eine universelle Polysome Profilierung auf drei verschiedenen Modellen verwendete Protokoll: die Parasiten Leishmania großen, kultivierten menschlichen Zellen und tierischen Geweben. Beratung präsentieren bei der Vorbereitung der Zelle Lysates wir aus verschiedenen Organismen, Optimierung der Gradientenbedingungen, Auswahl von RNase-Inhibitoren und Anwendung von RT-qPCR, Western-Blot und RNA-Elektrophorese Polysome Brüche in dieser Studie zu analysieren.
Alle tierischen Behandlungen und Handhabung von Geweben, die in der Studie gewonnen wurden nach Protokolle durch die institutionelle Animal Care and Use Committee an der Texas Tech University Health Science Center in Übereinstimmung mit den National Institutes of genehmigt durchgeführt. Gesundheit Tierschutzrichtlinien, Protokollnummer 96005. Bitte Wirbeltieren zu Opfern und Gewebe nach den Richtlinien von der institutionellen Animal Care und Nutzung vorbereiten. Fehlt einen solcher Ausschuss entnehmen Sie bitte der National Institutes of Health Tierschutzrichtlinien. Erwachsene (> 60 Tage alten) C57BL/6 Mäusen verwendet wurden. Alle Tiere und Geweben wurden nach Protokollen durch die institutionelle Animal Care and Use Committee an der Texas Tech University Health Sciences Center in Übereinstimmung mit den National Institutes of Health Tierschutzrichtlinien genehmigt erhalten. Für Euthanasie, wurde ein einziger Mausklick in eine kleine Kammer platziert, und die Luft wurde allmählich verdrängt, mit ca. 30 % Kohlendioxid zu betäuben und die Not des Tieres zu minimieren. Nach Beendigung der Atmung verwendeten wir zervikale Dislokation um den Tod des Tieres vor der Ernte Gewebe zu bestätigen.
Achtung: Alle Arbeiten mit live Leishmaniose und kultivierten menschlichen Zellen erfolgte im Biosafety Schrank in zertifizierten Labors BSL-2.
1. Vorbereitung der zytoplasmatischen Lysates aus Leishmania große , kultivierten menschlichen Zellen und Geweben Maus
Hinweis: Es gibt einige Unterschiede in der lysate Zubereitungen aus verschiedenen Ausgangsstoffen. Weitere Schritte einschließlich Saccharose gradient Vorbereitung und polysomal Fraktionierung sind identisch und hängen nicht Aufnahmequelle.
(2) Saccharose Gradient Vorbereitung und Ultrazentrifugation
3. Polysome Fraktionierung und Probenentnahme
Hinweis: Während lysate Vorbereitungen einige Unterschiede je nach Quelle haben, gradient Vorbereitung und Polysome Fraktionierung Protokolle sind die gleichen für alle Arten von Lysaten.
4. Vorbereitung der synthetische RNA In vitro- Normalisierung der mRNAs Ebenen bei RT-qPCR Datenanalyse
Hinweis: Die E. Coli OmpA mRNA dient in diesem Protokoll zur Normalisierung. Anderen RNA, die keinen umfassenden Identität mit der mRNAs des untersuchten Organismus (Säugetier oder Leishmaniose) verwendet werden.
(5) RNA isoliert von Gradient Brüche und cDNA Vorbereitung
Hinweis: Fahren Sie direkt mit diesem Protokoll zur Reinigung von RNA, wenn ein RNase-Inhibitor als Ribonuklease-Inhibitor verwendet wurde. Jedoch beim Einsatz als eine Ribonuklease-Inhibitor wird Heparin hemmen Reverse Transkriptase in cDNA Zubereitung verwendet. Zusätzliche Reinigung von RNA wird daher erforderlich sein, wenn Heparin in der Lyse Puffer und Farbverlauf verwendet wurde. Siehe Abschnitt 6, RNA für die cDNA-Synthese vorzubereiten, wenn Heparin verwendet wurde.
(6) RNA-Reinigung von Heparin Kontamination
Hinweis: Heparin hemmt Nukleinsäure Verarbeitung Enzyme wie Reverse Transkriptase. Daher verwenden Sie dieses zusätzliche Reinigung-Protokoll, wenn Heparin im Puffer Lyse und/oder im Farbverlauf verwendet wird.
(7) RT-qPCR und Datenanalyse der mRNA Distribution
8. Analyse von Proteinen in Polysomal Bruchteilen von Western Blotting
In dieser Studie beschreiben wir die Anwendung der polysomal Profilerstellung Technik zu drei verschiedenen Quellen: parasitäre Leishmaniose großen, kultivierten menschlichen Zellen und Maus Hoden. Leishmaniose Zellen frei wachsen in den flüssigen Medien in der Schwebe, kultivierte menschlichen Zellen wachsen in die anhaftende Monolage auf Tellern und Maus Hoden stellt eine Gewebeprobe. Die Methode kann leicht auf andere Arten von frei gewachsene Zellen in Suspension, verschiedene Arten von Gewebe oder aus einem anderen Organismus und verschiedene Arten von kultivierten Zellen angepasst werden. Der Ansatz besteht aus vier Hauptschritte: lysate Vorbereitung, Saccharose gradient Vorbereitung und Ultrazentrifugation Schritt, Polysome Fraktionierung und Probenentnahme gefolgt von Analyse der Fraktionen. Zellen aus verschiedenen Quellen gesammelt, gewaschen und in Lyse Puffer durch Durchgang durch eine Nadel oder Dounce-Homogenisator lysiert. Zentrifugation wird verwendet, um die zellenrückstand, Klärung der lysate zu entfernen. Das Schema der gradient Fraktionierung ist in Figur 1Agezeigt. Ein kontinuierlichen Saccharose Farbverlauf entsteht durch das Mischen von 10 % und 50 % Saccharose-Lösungen in einem Farbverlauf Maker. Die lysate ist auf der Oberseite der Gradient geladen. Ultrazentrifugation trennt mRNAs, verbunden mit einer unterschiedlichen Anzahl von Ribosomen, die durch einen UV-Detektor während der Fraktionierung, überwacht wird, bildet eine ausgeprägte Absorptionsspektrum. Gesammelte Fraktionen dienen zur Analyse der RNA und Protein (Abbildung 1 b). RNA kann durch Elektrophorese gefolgt von Northern Blot oder für cDNA-Produktion, gefolgt von einer RT-qPCR-Reaktion verwendet, um die Verbindung der einzelnen mRNAs mit Polysomes analysieren analysiert werden. Next Generation Sequencing kann verwendet werden, um die translationale Status der mRNAs auf einem Genom-weite Skala7zu analysieren. Für Protein-Analyse der polysomal Brüche ausgefällt werden Proteine mit Trichloressigsäure Säure auf sie zu konzentrieren. Proteine werden dann durch Western Blot oder Massenspektroskopie Proteom Ebene analysiert.
Abbildung 2Azeigt ein typisches polysomal Profil von Leishmania große aktiv wachsende Kultur erzeugt. Die Fraktionierung der Extinktion Graph hat eine klare Form mit typischen Spitzen für Ribosomen-Untereinheiten (40er und 60er Jahren), einzelne Ribosomen (80er oder Monosomes) und Polysomes.
Quantitative RT-PCR (RT-qPCR) wurde eingesetzt, um die Verbindung der einzelnen Leishmania mRNAs mit Ribosomen und Polysomes zu erkennen. Die vergleichende CT (ΔΔCT)31 Methode ist ein einfacher und geeignete Ansatz, relative mRNAs Ebenen in den Zellen zu studieren. Diese Methode erfordert eine interne Kontrolle (eine stabile mRNA, das Ausdruck während Behandlungen oder Bedingungen des Experiments nicht ändert) für Berechnungen. Allerdings gibt es keine interne Kontrolle in polysomal Fraktionen, weil Ebenen von mRNA oder ribosomaler RNA in Sekundenbruchteilen, abhängig von ihrer Verbindung mit Ribosomen, Polysomes, etc.variieren. Zur Lösung des Problems der interne Kontrolle haben wir synthetische bakterielle OmpA mRNA für die Normalisierung der relativen einzelne Leishmaniose -mRNA-Niveaus in den Fraktionen verwendet. OmpA mRNA wurde synthetisiert in-vitro- und in gleicher Höhe für jede Fraktion vor RNA-Extraktion hinzugefügt. Zusatz von synthetischen RNA ist wichtig, weil es Berechnungen der RT-qPCR Daten genauer gesagt, dient als interne Kontrolle für Berechnungen durch vergleichende CT (ΔΔCT) Methode macht.
Aliquote der Gradienten Fraktionen wurden in drei Gruppen gemischt: Prepolysomes (Untereinheiten und Monosomes), leichte Polysomes (bestehend aus 2-4 Ribosomen) und schwere Polysomes (bestehend aus 5-8 Ribosomen). RT-qPCR erfolgte auf RNA aus kombinierten Brüche, mRNA-Verteilung zwischen diesen kombinierten Brüchen (Abb. 2 b) zu analysieren. 18 s ribosomalen RNA diente als Kontrolle. Die relativen Pegel bestimmt durch RT-qPCR korreliert gut mit der geschätzte Verteilung der kleinen ribosomalen Untereinheiten (freie Untereinheit und als Teil der Monosomes und Polysomes) auf dem Spektrum. RT-qPCR-Analyse ergab, dass die einzelnen mRNAs getestet haben einen unterschiedlichen Grad an Engagement in der Übersetzung während der logarithmischen Wachstumsphase Leishmaniose . Tubulin mRNA ist bevorzugt mit schweren Polysomes, effiziente Übersetzung vorschlagen. Im Gegensatz dazu findet sich in erster Linie mit Prepolysomes und leichten Polysomes, die Unterstützung weniger aktiv Übersetzung im Vergleich zu Tubulin Sherp mRNA mRNA.
Rekombinante Proteinexpression in kultivierten Zellen ist ein wichtiger experimenteller Ansatz in verschiedenen Kategorien von Studien. Hier präsentieren wir Ihnen ein Beispiel für polysomal Profilierung des rekombinanten Proteins mRNAs in eine weitere Aufnahmequelle, kultivierten menschlichen Zellen. HeLa-Zellen wurden vorübergehend mit Plasmiden rekombinante Mukoviszidose transmembranen Leitwert Regulator (CFTR)34 oder Norrie Krankheit Protein (NDP) auszudrücken transfiziert. Extinktion-Spektren von Polysome Fraktionierung aus diesen zwei unabhängige Kulturen waren sehr ähnlich sind und enthalten verschiedene Gipfel entsprechende ribosomalen Untereinheiten (40er und 60er Jahren), Monosomes (80er Jahre) und Polysomes (Abb. 3A). Ähnlichkeit in den Spektren aus diesen Experimenten veranschaulicht Reproduzierbarkeit der gradient Fraktionierung. Wie wurde in den Leishmaniose -Studien, die Verteilung der mRNAs durch RT-qPCR in den Fraktionen vertreten, Prepolysomes, leichte Polysomes und schwere Polysomes (Abb. 3 b) bestimmt. Erkennung der kleinen ribosomalen Untereinheit 18 s RNA korreliert mit ihrer geschätzten Verteilung in den Spektren. NDP mRNAs waren meist verbunden mit leichten und schweren polysomal Brüche, während CFTR-mRNAs wurden vorwiegend in prepolysome Brüche, was darauf hindeutet, dass NDP effizienter umgesetzt wird. NDP ist ein relativ kleines Protein, zwar CFTR ein sehr großes Protein (1480 Aminosäurereste) bestehend aus mehreren Domänen, die unabhängig voneinander während der Übersetzung35Falten. Unteren Engagements von CFTR-mRNA mit Polysomes möglicherweise langsamer Übersetzung widerspiegeln, die für cotranslational Faltung der unterschiedlichen Domänen erforderlich ist.
Polysome Brüche können auch zur Detektion von Proteinen verwendet werden. Nachweis von Proteinen in den Farbverlauf Fraktionen wurde am Beispiel der ribosomale Proteine in HeLa-Zellen (Abbildung 4) durchgeführt. Konzentrierten sich die Proteine durch Fällung mit 10 % TCA von Brüchen und Western-Blot verwendet wurde, um die kleine Untereinheit ribosomale Protein RPS6 und große Untereinheit ribosomale Protein RPL11 erkennen (Abb. 4, oben). Ihre Verteilung korreliert gut mit den verschiedenen Gipfeln auf das Absorptionsspektrum. Diese Experimente zeigen deutlich, dass die Polysome Brüche verwendet werden können, um Proteine in ihnen zu analysieren.
Viele verschiedene Saccharose Konzentrationen Gradienten (z. B. 7-47 %36, 5-50 %7, 7-50 %6 , 10-50 %37, 15-50 %8, usw.) für Polysomes Fraktionierung verwendet wurden. Hier haben wir zwei Steigungen 10-50 % und 17-51 % (Abbildung 5) verglichen. Obwohl 17-51 % akzeptable Ergebnisse produziert, war die Trennung in der 10-50 % Steigung insgesamt besser.
Es ist gut dokumentiert, dass Komplexbildnern wie EDTA, Ribosomen und Polysomes8,9stören. Wie es in der Abbildung 6, EDTA Behandlung von der HeLa lysate gezeigt vor Belastung auf der Steigung zum Verschwinden der Zinnen führt, entsprechend Monosomes und Polysomes, und signifikante Erhöhung der Ribosomen-Untereinheiten erreicht seinen Höhepunkt. Dieses Experiment als Kontrolle diente und gezeigt, dass die beobachteten Gipfel ohne EDTA Behandlung tatsächlich ribosomale Monosomes und Polysomes.
Abbildung 7 zeigt die Ergebnisse der Polysome Fraktionierung von Maus Hoden. Das Absorptionsspektrum hat Ähnlichkeiten mit denen von Leishmaniose und HeLa-Zellen: verschiedene Gipfel der ribosomalen Untereinheiten, Monosomes und Polysomes. Ihre Form und Verteilung produzieren eine Signaturdarstellung, die es einfach, sie auf verschiedene polysomal Spektren zu identifizieren. Insgesamt RNAs wurden von den Fraktionen gereinigt und RNAs aus ausgewählten Fraktionen wurden durch Elektrophorese im Agarosegel (Abbildung 7, Oberboden) analysiert. Die Elektrophorese zeigt typische Verteilung der 18 s und 28 s ribosomalen RNAs. Ihre scharfen Bands zeigen Unversehrtheit der Proben. Das Gel für die einzelnen mRNAs Erkennung von folgenden Nordfleck verwendet werden oder es kann zur Bewertung der Qualität der Proben vor weiteren Experimenten auf RNS oder Protein-Analyse - die diffuse ribosomalen RNAs, dass RNA-Abbau in den Proben zeigen.
Während des Studiums verwendet RNase-Inhibitor und Heparin als RNase-Inhibitoren in der Lysates und Saccharose Steigungen. Während beide zufriedenstellende Ergebnisse erbracht, war der Einsatz von RNase-Inhibitor für RNA Analyse vorzuziehen, weil es nicht die cDNA und RT-qPCR Reaktionen zu hemmen. So war es nicht weitere RNA Reinigungsschritte erforderlich. Jedoch wenn Forscher Heparin während Polysome Vorbereitung verwenden möchten, beachten Sie, dass Heparin Downstream-Anwendungen wie RT-qPCR hemmt und zusätzliche Reinigungsstufe der RNA erforderlich ist (siehe Protokoll Abschnitt 6).
Abbildung 1 . Polysome Profilierung. (A) Regelung der gradient Vorbereitung Polysome Fraktionierung und Extinktion Profil. (B) Regelung der Bruchteil Analyse. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 . Polysome Profilanalyse der Leishmania große Kultur in der logarithmischen Phase des Wachstums. (A) Cytoplasmic lysate war in 10-50 % Saccharose Steigung fraktioniert. (B) Relative Verteilung der 18 s RNA, Tubulin und Sherp mRNAs (%) in Prepolysomes, leichte und schwere Polysomes Log Zellen von RT-qPCR analysiert. Brüche mit 40er, verbanden 60er und Monosomes als Prepolysomes. Brüche mit 2-4 Ribosomen wurden als leichte Polysomes kombiniert, während Brüche mit 5-8 Ribosomen schweren Polysomes gebildet. Synthetische E. Coli OmpA mRNA hinzugefügt, um Brüche vor RNA-Extraktion als Normalisierung Kontrolle in RT-qPCR diente. Vergleichende CT (ΔΔCT)31 -Methode wurde für die Berechnung der mRNA-Niveaus verwendet. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 . Polysome Fraktionierung und Analyse von rekombinanten CFTR und NDP mRNAs Verband mit Ribosomen in HeLa-Zellen mit Plasmid DNA transfiziert. (A) Polysomal Profil in HeLa-Zellen mit CFTR und NDP Plasmide transfiziert. 10 % - 50 % Saccharose Steigung wurde angewandt, um die Trennung von Polysomes zu erreichen. Der Gipfel für kleine (40er) und große (60er Jahre) Untereinheiten sowie Monosome (80er Jahre) sind angegeben. Brüche wurden kombiniert, siehe Panel A und zur weiteren Analyse verwendet. (B) Vertrieb von mRNAs von CFTR und NDP in verschiedene Fraktionen. Erkennung von 18 von RT-qPCR diente als Kontrolle Polysome Fraktionierung. RNA-Ebenen wurden durch RT-qPCR Analyse ausgewertet. Daten wurden mit synthetischen mRNA normalisiert. Vergleichende CT (ΔΔCT)31 -Methode wurde für die Berechnung der mRNA-Niveaus verwendet. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 . Erkennung von ribosomale Proteine in HeLa polysomal Brüche. Hela-Zelle lysate wurde von 10 % - 50 % Saccharose Steigung Zentrifugierung unterzogen. Proteine in ausgewählten Brüche wurden mit TCA ausgefällt und analysiert durch Elektrophorese in 12 % SDS-PAGE mit folgenden Western blotting mit Maus monoklonalen RPS6 und Rabbit polyklonalen RPL11 Antikörper als primären Antikörper und Peroxidase-Conjugated Ziege Anti-Maus oder Anti-Kaninchen Sekundärantikörper. Visualisierung der Signale erfolgte durch SuperSignal West Pico PLUS chemiluminescent Substrat. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5 . Vergleich von HeLa polysomal Profilerstellung in 10 % - 50 % (schwarz) oder 17-51 % (grau) Saccharose Steigungen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6 . Wirkung von EDTA Behandlung auf polysomal Profil in HeLa-Zellen. Hela-Zelle lysate wurde mit 10 mM EDTA für 10 min unmittelbar vor der Saccharose-Gradienten-Zentrifugierung auf Eis behandelt. MgCl2 wurde durch 5 mM EDTA in Saccharose gradient Lösungen ersetzt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7 . Polysomal Profil aus Maus Hoden Gewebe lysate. Brüche wurden ausgesetzt, RNA-Extraktion mit einem RNA-Reinigung-Reagenz und analysiert durch Elektrophorese in 1 % Agarosegel. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Bühne | Schritt | Zustand |
Halten | Schritt 1 | Erhöhen Sie die Temperatur von 25 bis 50° C mit 1,6 ° C/s |
Bei 50° C 02:00 min inkubieren | ||
Schritt 2 | Erhöhen Sie die Temperatur von 50 bis 95° C mit 1,6 ° C/s | |
Bei 95° C für 10:00 min inkubieren | ||
PCR | Schritt 1 | Bei 95° C inkubieren 00:15 min |
Schritt 2 | Verringern Sie die Temperatur von 95 bis 60° C mit 1,6 ° C / | |
Bei 60° C für 01:00 min inkubieren | ||
Anzahl der Zyklen 40 | ||
Kurve zu schmelzen | Schritt 1 | Erhöhen Sie die Temperatur von 60 bis 95° C mit 1,6 ° C/s |
Schritt 2 | Verringern Sie die Temperatur von 95 bis 60° C mit 1,6 ° C/s | |
Bei 60° C für 01:00 min inkubieren | ||
Schritt 3 (Dissoziation) | Erhöhen Sie die Temperatur von 60 bis 95° C mit 0,05 ° C/s | |
Bei 95° C inkubieren 00:15 min |
Tabelle 1. Bedingungen für RT-qPCR
Polysome Fraktionierung von Saccharose Farbverlauf in Kombination mit RNA und Protein-Analyse der Fraktionen ist eine leistungsfähige Methode, translationale Status der einzelnen mRNAs oder die ganze Translatome sowie Rollen der Protein Faktoren translational Regelung zu analysieren Maschinen während der normalen physiologischen oder Krankheit Zustand. Polysomal die Profilerstellung ist eine besonders geeignete Technik studieren translational Regelung in Organismen wie Trypanosomatids einschließlich Leishmaniose wo transcriptional Control ist weitgehend abwesend und Genregulation Ausdruck tritt meist während der Übersetzung.
Hier beschreiben wir ein Polysome Fraktionierung Protokoll auf drei Modelle: Leishmaniose Parasiten, kultivierten menschlichen Zellen und Geweben der Maus. Die Polysome Fraktionierung Schritt entspricht im Wesentlichen dem für verschiedene Organismen, die in dieser Studie verwendeten; die lysate Vorbereitung hat jedoch einige Unterschiede. Leishmaniose Zellen wachsen in der flüssigen Kultur und wird durch Zentrifugieren gesammelt und Zellen vor der Zerstörung zu gewährleisten gleich laden auf den Farbverlauf gezählt. Menschliche Zellen können gewaschen und lysiert direkt auf den Teller. Die gleiche Beladung wird durch optische Dichte gesteuert. Maus-Gewebe erfordern eine Dounce-Homogenisator für effiziente Lyse bei Leishmaniose und menschlichen Zellen, es ist ausreichend, sie passieren die 23-Gauge-Nadel.
Alle verwendete Reagenzien sollten RNase und Protease frei sein. Wir verglichen die Heparin und RNase-Inhibitor als Inhibitoren der RNase Aktivität in den zytoplasmatischen Lysates. Wir fanden, dass beide Reagenzien RNase effektiv blockieren können. Heparin wirkt sich jedoch auf downstream-Anwendungen wie cDNA Vorbereitung und RT-qPCR. Infolgedessen erfordert Vorbereitung der RNA eine zusätzliche Reinigungsstufe, wenn Heparin verwendet wird. Unserer Meinung nach die RNase-Inhibitor ist bequemer Wahl und Polysome Profilierung Protokoll effektiv einsetzbar.
Polysomal die Profilerstellung ist arbeitsintensiv, die eine erhebliche Einschränkung der Methode ist. Bis zu sechs Gradienten können gleichzeitig zubereitet werden. Der gradient plasmafraktionierer erzeugt 144 Brüche, die in kurzer Zeit verarbeitet werden müssen. Analyse der einzelnen Fraktionen kann zeitraubend und kostspielig zu sein. Daher Kombination von einzelnen Fraktionen in Pre-Polysomes, leichte und schwere Polysomes bietet einen schnellen und weniger mühsamen Weg, übersetzerische Tätigkeit der einzelnen mRNAs zu schätzen. Unsere RT-qPCR-Ergebnisse auf die kombinierte Brüche konnten wir Unterschiede in der Übersetzbarkeit von verschiedenen mRNAs in Leishmaniose und HeLa-Zellen (Abbildungen 2, 3) zu identifizieren. Bei Bedarf feinere Auflösung kann, Analyse der einzelnen Fraktionen erfolgen.
Ribosom profiling ist eine weitere Methode um die translationale Status der mRNA zu studieren und basiert auf der Messung der Proteinproduktion durch Sequenzierung von mRNA Fragmenten durch Ribosom38geschützt. Diese Technologie liefert quantitative Informationen verknüpfen mRNA-Sequenzen mit bestimmten polysomal Fraktionen in einer Probe übersetzt wird, und kann genaue Auskunft über die translationale Status der mRNAs Codon Auflösung im Vergleich zu Polysome profiling-Technologie. Jedoch Polysome profiling für RNA und Protein-Analyse, also Bereitstellung zusätzlicher Informationen über Proteom von Polysomes einsetzbar und Faktoren, die bei der Regulierung von Übersetzung zu identifizieren.
Deshalb polysomal profiling eine vielseitige Technik, die zum Analysieren der translationalen Zustand der einzelnen mRNAs Ribosom-assoziierte Proteine zu untersuchen und translational Regelung in verschiedenen Modellorganismen unter verschiedenen experimentellen Studie Bedingungen.
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Die Autoren danken für die Hilfe mit Audioaufnahme Ching Lee. Die Forschung wurde durch das Startkapital von Texas Tech University Health Sciences Center unterstützt und durch das Center of Excellence für translationale Neurowissenschaften und Therapeutika (CTNT) gewähren, PN-CTNT 2017-05 AKHRJDHW A.L.K.; Teil von NIH Grant R01AI099380 K.Z James C. Huffman und Kristen R. Baca waren CISER (Zentrum für die Integration von Mint-Ausbildung & Forschung) Gelehrten und wurden vom Programm unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Instruments: | |||
Gradient master | Biocomp Instruments Inc. | 108 | |
Piston Gradient Fractionator | Biocomp Instruments Inc. | 152 | |
Fraction collector | Gilson, Inc. | FC203B | |
NanoDrop One | Thermo Scientific | NanoDrop One | |
Nikon inverted microscope | Nikon | ECLIPSE Ts2-FL/Ts2 | |
2720 Thermal Cycler | Applied Biosystems by Life Technologies | 4359659 | |
CO2 incubator | Panasonic Healthcare Co. | MCO-170A1CUV | |
HERATHERM incubator | Thermo Scientific | 51028063 | |
Biological Safety Cabinet, class II, type A2 | NuAire Inc. | NU-543-400 | |
Revco freezer | Revco Technologies | ULT1386-5-D35 | |
Beckman L8-M Ultracentifuge | Beckman Coulter | L8M-70 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
Ultracentrifuge Rotor SW41 | Beckman Coulter | 331362 | |
Swing-bucket rotor | Eppendorf | A-4-62 | |
Fixed angle rotor | Eppendorf | F-45-30-11 | |
Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR machine 285880228 | Applied Biosystems by life technologies | 4470661 | |
TC20 Automated cell counter | Bio-Rad | 145-0102 | |
Hemacytometer | Hausser Scientific | 02-671-51B | |
Software | |||
Triax software | Biocomp Instruments Inc. | ||
Materials: | |||
Counting slides, dual chamber for cell counter | Bio-Rad | 145-0011 | |
1.5 mL microcentrifuge tube | USA Scientific | 1615-5500 | |
Open-top polyclear centrifuge tubes, (14 mm x 89 mm) | Seton Scientific | 7030 | |
Syringe, 5 mL | BD | 309646 | |
BD Syringe 3 mL23 Gauge 1 Inch Needle | BD | 10020439 | |
Nunclon Delta Surface plate, 14 cm | Thermo Scientific | 168381 | |
Nunclon Delta Surface plate, 9 cm | Thermo Scientific | 172931 | |
Nalgene rapid-flow 90mm filter unit, 500 mL, 0.2 aPES | Thermo Scientific | 569-0020 | |
BioLite 75 cm3 flasks | Thermo Scientific | 130193 | |
Nunc 50 mL conical centrifuge tubes | Thermo Scientific | 339653 | |
Chemicals: | |||
Trizol LS | Ambion by Life Technologies | 10296028 | |
HEPES | Fisher Scientific | BP310-500 | |
Trizma base | Sigma | T1378-5KG | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium-high glucose (DMEM) | Sigma | D6429-500ML | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma | F0926-50ML | |
Penicillin-Streptomycin (P/S) | Sigma | P0781-100ML | |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-019 | |
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) | Sigma | D8537-500ML | |
Magnesium chloride hexahydrate (MgCl2x6H2O) | Acros Organics | AC413415000 | |
Potassium Chloride (KCl) | Sigma | P9541-500G | |
Nonidet P 40 (NP-40) | Fluka (Sigma-Aldrich) | 74385 | |
Recombinant Rnasin Ribonuclease Inhibitor | Promega | N2511 | |
Heparin sodium salt | Sigma | H3993-1MU | |
cOmplete Mini EDTA-free protease inhibitors | Roche Diagnostics | 11836170001 | |
Glycogen | Thermo Scientific | R0551 | |
Water | Sigma | W4502-1L | |
Cycloheximide | Sigma | C7698-1G | |
Chloroform | Fisher Scientific | 194002 | |
Dithiotreitol (DTT) | Fisher Scientific | BP172-5 | |
Ethidium Bromide | Fisher Scientific | BP-1302-10 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium dehydrate (EDTA) | Fisher Scientific | S316-212 | |
Optimem | Life Technologies | 22600050 | |
Puromycin dihydrochloride | Sigma | P8833-100MG | |
Sucrose | Fisher Scientific | S5-3KG | |
Trypsin-EDTA solution | Sigma | T4049-100ML | |
Hgh Capacity cDNA Reverse Transcriptase Kit | Applied Biosystems by life technologies | 4368814 | |
Power SYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystems by life technologies | 4367659 | |
HCl | Fisher Scientific | A144SI-212 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | BP26324 | |
Potassium Hydroxide (KOH) | Sigma | 221473-500G | |
Anti-RPL11 antibody | Abcam | ab79352 | |
Ribosomal protein S6 (C-8) antibody | Santa Cruz Biotechnology Inc. | sc-74459 | |
1xM199 | Sigma | M0393-10X1L | |
Lithium cloride | Sigma | L-9650 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | D128-500 | |
Gel Loading Buffer II | Thermo Scientific | AM8546G | |
UltraPure Agarose | Thermo Scientific | 16500-100 | |
Trichloracetic acid (TCA) | Fisher Scientific | A322-100 | |
SuperSignal West Pico PLUS chemiluminescent substrate | Thermo Scientific | 34580 | |
Formaldehyde | Fisher Scientific | BP531-500 | |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Sigma | L5750-1KG | |
Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma | P7626-5G | |
RNeasy Mini kit | Qiagen | 74104 | |
Adenosine 5′-triphosphate disodium salt hydrate (ATP) | Sigma | A1852-1VL | |
Cytosine 5'-triphosphate disodium salt hydrate (CTP) | Sigma | C1506-250MG | |
Uridine 5'-triphosphate trisodium salt hydrate (UTP) | Sigma | U6625-100MG | |
Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate (GTP) | Sigma | G8877-250MG | |
SP6 RNA Polymerase | NEB | M0207S | |
Pyrophoshatase | Sigma | I1643-500UN | |
Spermidine | Sigma | S0266-1G |
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