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이 비디오 문서에서는, 우리는 세포에서 단백질 발현의 유도에 대한 수정의 mRNA의 체외 합성을 설명합니다.
원하는 세포에서 단백질 합성의 유도 합성 메신저 RNA (mRNA의)를 코딩의 외생 배달 재생 의학, 기본적인 세포 생물학, 질병의 치료, 세포의 재 프로그래밍 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고있다. 여기서 우리는 유동 세포 계측법에 의해 유도 된 단백질 발현의 감소 면역 활성화의 가능성과 안정성이 향상, 생산의 mRNA의 품질 관리, 세포의 형질의 mRNA와 검증과 수정의 mRNA의 생성 단계 프로토콜에 의해 단계를 설명합니다. eGFP는 mRNA의 단일 형질 전환 후 3 일까지, 형질 전환 된 HEK293 세포 eGFP는을 생산하고 있습니다. 이 비디오 문서에서, eGFP는 mRNA의 합성을 예로 들어 설명한다. 그러나, 절차는 다른 원하는 mRNA를 생산에 적용될 수있다. mRNA의 변성 합성을 사용하여, 세포를 일시적들이 정상적으로 발현하지 것이다 원하는 단백질을 발현하도록 유도 될 수있다.
세포에서, 전령 RNA의 전사 (mRNA의) 원하는 단백질 내로의 mRNA의 번역은 다음 셀의 적절한 기능을 보장한다. 유전 또는 획득 한 유전 질환 단백질의 부족과 장애 합성으로 이어질 심각한 질병을 일으킬 수 있습니다. 따라서, 결함이 없거나 단백질의 생산을 유도하는 새로운 치료 방법은 세포 내로의 mRNA 합성의 개질 외인성 전달, 목적 단백질을 코딩이다. 이에 따라, 세포가 정상적으로 생성되지 않거나 자연적으로 필요하지 않을 기능 단백질을 합성하는 트리거됩니다. 이 방법을 사용하여, 유전 질환의 mRNA의 도입에 의해 보정 될 수없는 결함이 있거나 한 단백질을 코딩. mRNA의 치료는 또한 종양 세포 또는 병원체에 의해 발현 된 단백질 항원을 접종 synthetize하기 위해 사용될 수있다. 이에, 숙주 면역 시스템은 효과적으로 종양 세포를 제거하거나 infe을 방지하기 위해 활성화 될 수있다ctions 2,3. 또한, 최근에는 mRNA를 성공적으로 유도 된 다 능성 줄기 세포 (iPSCs)를 생성하기 위해 사용되었다. 이러한 목적을 위해, 섬유 아세포 리 프로그래밍의 발현이 4-6 인자 유도 및 재생 의학에 막대한 잠재력 iPSCs으로 변환하는 mRNA를 함께 형질 감염시켰다.
이전에, 종래의 mRNA의 사용은 낮은 안정성과 강한 면역 원성 연관되었다. 따라서, 기존의 mRNA의 임상 적용은 제한되었다. 그러나 Kariko과 동료의 mRNA 분자 내에 5 메틸 시티와 pseudouridine로 시티 딘과 딘의 교체는 생물학적 유체 안정의 mRNA 분자를 렌더링 극적으로 지금 수정의 mRNA의 임상 적용을 허용 면역 활성화 7-10 감소.
합성으로 생산 된 수정의 mRNA를 사용하여, 원하는 유전자 성적표는 일시적으로 생체 (11)에 전달 될 수또는 시험관 내에서 단백질 발현을 유도한다. 도입의 mRNA는 세포 번역 기계에 의해 생리 학적 조건에서 변환됩니다. 인해 바이러스 유전자 치료 벡터에 비해 숙주 세포 게놈 내로 통합의 부족으로, 종양의 위험도 12,13 방지된다. 따라서, 수정 합성의 mRNA를 사용하여 치료 이후에보다 좋은 임상 승인을 얻을 것이다.
여기에, 우리는 수정 된 mRNA를 생산 (그림 1)의 mRNA와 세포와 형질 전환 된 세포에서 단백질 발현의 평가, 형질 전환에 대한 자세한 프로토콜을 설명합니다.
필수 DNA 시퀀스를 코딩 포함하는 플라스미드 1. 확대 술 (CDS)
3. 조정 단계 : PCR 제품의 품질
4. 시험 관내 전사 (IVT)
남극 인산 가수 분해 효소 정제 된 mRNA를 5. 치료
6. 조정 단계 : 종합 된 수정 된 mRNA의 품질
7. 형질에 대한 세포의 준비
8. 세포의 mRNA 트랜 수행
세포의 eGFP는 표현의 9 유세포 분석
시간 이상 단백질 발현 10. 측정
eGFP는의 CDS를 포함하여 pcDNA 3.3 플라스미드를 사용하여, 수정 된 eGFP는 mRNA를 합성 (도 1)를 구축했다. PCR에 의한 삽입 증폭 및 폴리 T-미행 한 후, 약 1,100 bp의 길이의 명확한 밴드 (그림 2)을 검출한다. mRNA의 (그림 3)의 수율은 IVT 시간을 증강 증가. IVT 후, 약 1100 bp의 길이의 명확한 mRNA의 밴드가 생성 될 eGFP는 mRNA의 길이 (도 4)에 대응하는 검출되었다.
eGFP는 mRNA의 생성의 기능은 HEK293 세포의 형질 감염에 의해 시험 하였다. 이러한 목적을 위해, 형질 감염 복합체 (리포 플렉스)는 양이온 성 지질 형질 감염 시약을 이용하여 생성 하였다. 형질 12- 웰 플레이트의 웰 당 2 × 105 세포로 수행 하였다. eGFP는 세포의 제조는 Figu (형광 현미경을 사용하여 형질 감염 후 24 시간을 검출 하였다다시 5) 세포 계측법 (그림 6) 흐름.
HEK293 세포는 eGFP는 mRNA를 함께 형질 감염시켰다. eGFP는 식 1, 2, 3 일 형질 세포에서 단백질 발현의 지속 기간을 평가하기 위해 (도 7) 후에 결정되었다. 24 시간 후, 단백질 발현이 세포에서 가장 높았다. 양은 모든 다음날 1.6 배 감소 하였다. 도 3 일 후, 세포 eGFP는를 함유 하였다.
그림 1. 공지 플 랭킹 서열을 가진 mRNA의 변성 제조 공정의 개요 코딩 DNA 서열 (CDS)는 특이 적 프라이머를 사용하여 PCR에 의해 증폭된다. PCR 생성물을 정제하고, 생성 된 DNA의 품질이 결정된다. 이 mRNA를 시험 관내 전사 공정을 사용하여 DNA 생성물로부터 생성된다. 이 제품은 purifie입니다 D와 인산으로 처리가 5'- 트리 포스페이트를 제거합니다. 추가의 정제 및 생성 된 mRNA의 품질 관리 후에 mRNA의 형질 감염을 수행 할 수있다.
그림 2. 후의 PCR DNA 사다리 및 PCR 생성물 DNA 산물의 분석은 1 % 아가 로즈 겔상에서 수행 하였다. 약 1,100 bp의 길이의 명확한 DNA 밴드가 검출되어야한다.
그림 3 :.이 후 eGFP는 mRNA의 1) RNA 사다리와 IVT 제품의 세대에 대한 시험 관내 전사의 속도론) 0 분, 3) 10 분, 4) 30 분, 5) 180 분, 6) 360 분, 7) DNA 템플릿은 혼자 1 % 아가 로스 젤에서 실행되었다.
그림 5 : HEK293 세포 eGFP는 mRNA의 형질 전환 후 24 시간의 형광 현미경 분석. 100X의 배율에서의 셀 (A) 상 대비 이미지. (B) 100 배의 배율로 세포의 형광 이미지.
그림6 : 유세포은 eGFP는 mRNA의 형질 전환 후 HEK293 세포에서 eGFP는 식의 24 시간을 분석 핑크 라인은 mRNA의 형질 전환없이 세포를 나타내며, 파란색 선은 eGFP는 mRNA의 형질 전환 후 eGFP는 양성 세포를 나타냅니다.. eGFP는 mRNA의 형질 전환 한 후, 측정 된 모든 세포의 93.91 %가 긍정적이며, 지오 평균 (형광 강도의 기하 평균)은 720.16이다.
도 7 : 유세포 1, 2, 3 일 eGFP는 mRNA의 형질 감염 후 HEK293 세포에서 발현 eGFP는 분석 단백질의 mRNA 발현은 형질 감염 후 최고 24 시간이다.. 그 후, 양이 1.6 배 감소된다 매일 (N = 3).
표 1 : PCR 혼합물의 조성입니다.
구성 요소 | 최종 농도 | 양 (μL) |
정방향 프라이머 | 0.7 μM | (7) |
역방향 프라이머 | 0.7 μM | (7) |
5 배 Q-솔루션 | 1X | (20) |
5 배 HotStar HiFidelity PCR 버퍼 | 1X | (20) |
플라스미드 DNA | 50 NG / 100 ㎕ | 변수 |
HotStar HiFidelity DNA 중합 효소 (2.5 U / μL) | 2.5 U | 1 |
뉴 클레아없는 물 | 변수 | |
총 볼륨 | (100) |
표 1 : PCR 혼합물의 조성입니다.
사이클 수 | 시간 | 온도 (° C) | |
초기 변성 단계 | 1 | 5 분 | 95 |
3 단계 사이클링 | 2-25 | ||
· 변성 | 45 초 | 95 | |
· 소둔 | 1 분 | (55) | |
· 확장 | 1 분 | (72) | |
최종 확장 단계 | (26) | 10 분 | (72) |
PCR 사이클의 종료 | 명확하지 않은 | 4 |
표 2 : PCR 사이클링 홍보otocol.
구성 요소 | 주식 농도 (MM) | 최종 농도 (mM)을 | 볼륨 (μL) |
ATP (MEGAscript T7 키트) | (75) | 7.5 | 4 |
GTP (MEGAscript T7 키트) | (75) | 1.875 | 1 |
(Trilink에서) 나-CTP | (100) | 7.5 | 3 |
(Trilink에서) 의사 UTP | (100) | 7.5 | 3 |
3'-O-나-M (7) G (5') PPP (5') G의 RNA 캡 구조 아날로그 | (10) | 2.5 | (10) |
총 볼륨 | (23) |
표 3 : NTP / 캡 아날로그 혼합물의 조성입니다.
구성 요소 | 최종 농도 | 양 (μL) |
뉴 클레아없는 물 | 변수 | |
의 RNase 억제제 | 40 U | 1 |
NTP / 캡 아날로그 혼합물 (단계 4.3) | (23) | |
PCR 산물 | 1 μg의 | 변수 |
10 배의 반응 완충액 | 1X | 4 |
배 T7 RNA 폴리머 라제 효소 믹스 | 1X | 4 |
총 볼륨 | (40) |
표 4 : 시험 관내 전사의 구성 (IVT) 반응 혼합물.
구성 요소 | 양 (μL) |
포름 아미드 | 3.3 |
37 % 포름 알데히드 | 1 |
MEN 버퍼 (10 배) | 1 |
(peqGOLD 범위 믹스 DNA 사다리와 함께 제공) 6 배 로딩 버퍼 | 1.7 |
총 볼륨 | (7) |
표 5 : RNA 겔 전기 영동 로딩 완충액의 제조.
문화 매체와 버퍼 셀 | |
HEK-293 세포 배양 배지 | FCS의 25 ml의 페니실린 / 스트렙토 마이신의 2.5 ml의 L-GLU의 2.5 ML을 추가220 ml의 DMEM 높은 포도당 tamine. 4 ° C에서 매체를 보관 2 주 이내에 사용하십시오. |
TBE 버퍼 (10 배) | 0.9 M 트리스 염기, 0.9 M 붕산 및 1 L의 물에 20 mM의 EDTA (Ampuwa)을 녹인다. 버퍼의 pH는 8입니다. |
MEN 버퍼 (10 배) | 200 MM의 MOPS, 50 mM의의 NaOAc, 1 L의 물에 10 mM의 EDTA (Ampuwa)을 녹인다. 7 NaOH로 pH 값을 조정합니다. |
표 6 : 세포 배양 배지 및 버퍼.
mRNA의 치료는 재생 의학, 질병 및 예방 접종의 치료 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고있다. 이 비디오는, 세포에서 단백질 발현의 유도를위한 안정화 된 변형의 mRNA의 생성을 보여준다. 이 프로토콜을 이용하여, 다른 원하는 mRNA를 생성 할 수있다. 변형 된 mRNA를 시험 관내 합성은 표적 단백질의 발현을 유도하는 것이 바람직 mRNA를 함께 세포의 형질 감염을 허용한다. 외생 전달 mRNA를 완전히 분해 될 때까지 이에 의해, 목적 단백질은 생리 학적 조건에서 일시적으로 발현된다.
이 비디오에서는, eGFP는의 발현은 eGFP는 mRNA의와 HEK293 세포의 단일 형질 전환 후 3 일 동안 증명되었다. 다른 단백질을 코딩하는 mRNA의 분자는 짧은 단백질 발현 기간을 초래할 수있다. 단백질의 발현으로 인해 외생 전달의 mRNA의 분해를 감소시킨다. 솜에 대한이 기술의 따라서, 제한전자 응용 프로그램은 단백질 발현의 과도 유도 될 수 있습니다. 따라서, 더 긴 기간 동안 세포 내에서 단백질 발현을 유지하기 위해, mRNA의 반복 전송이 요구된다. mRNA의 형질 삽입 성 돌연변이 유발 및 바이러스 벡터에 비해 암과 백혈병의 발달을 방지 숙주 게놈 내로 비 통합의 장점을 가지고 있지만, 생체 내 형질 감염 효율은 바이러스 벡터를 사용하는 것보다 작을 수있다.
형질 감염 시약 필요한 mRNA의 농도와 양을 누락 된 단백질을 생산하는 mRNA를 외인성 전달을위한 표적 세포는 각각 다른 세포 형 (14)에 대해 최적화되어야한다.
반복 된 동결 및 해동의 mRNA는 mRNA의 생성의 안정성을 유지하기 피해야한다. 따라서, 작업 분취 제조 할 수있다. PCR 및 IVT 후, 단지 단일 특정 대역을 검출한다. 그렇지 않은 경우, PCR 사이클 수, 프라이머 annea링 온도 및 / 또는 플라스미드 DNA의 양은 IVT 위해 특정 DNA 생성물을 얻기 위해 최적화되어야한다. 또한, IVT 시간 및 IVT위한 DNA 템플릿의 양은 충분한 양의 특정 길이의 mRNA를 얻기 위해 최적화 될 수있다.
저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
이 프로젝트는 바덴 - 뷔 르템 베르크, 독일에 유럽 사회 기금에 의해 투자되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cell culture | |||
DMEM, high glucose | PAA | E15-009 | |
FBS | Life Technologies | 10500 | |
Penicillin/Streptomycin | PAA | P11-010 | 100x |
L-glutamine | PAA | M11-004 | 200 mM |
DPBS without calcium and magnesium | PAA | E15-002 | |
0.04% Trypsin / 0.03% EDTA | Promocell | C-41020 | |
TNS | Promocell | C-41120 | Trypsin Neutralizing Solution, 0.05% trypsin inhibitor in 0.1% BSA |
HEK-293 cells | ATCC | CRL-1573 | |
Consumables | |||
Tissue culture plates, 12-well | Corning | 3512 | |
Cell culture flask (75 cm2) | Corning | 430641 | |
DNase-and RNase-free 1.5 ml sterile microcentrifuge tubes | Eppendorf | 0030 121.589 | Safe-Lock, Biopur |
15 ml conical tubes | greiner bio-one | 188271 | |
PCR clean and sterile epT.I.P.S. dualfilter pipette tips | Eppendorf | 10 µl: 022491202; 100 µl: 022491237; 1,000 µl: 022491253 | |
Cryovial | greiner bio-one | 122279-128 | Cryo.s |
14 ml polypropylene round bottom tube for bacterial culture | BD Falcon | 352059 | |
Plasmid amplification and purification | |||
pcDNA 3.3_eGFP Plasmid | Addgene | 26822 | |
One Shot Top10 chemically component Escherichia coli | Invitrogen | C4040-10 | |
Sterile water (Ampuwa) | Fresenius Kabi | 1636071 | |
LB medium (Luria/Miller) | Carl Roth | X968.1 | Dissolve 25 g L-1 in sterile water. |
LB agar (Luria/Miller) | Carl Roth | X969.1 | Dissolve 40 g L-1 in sterile water. |
Ampicillin Ready Made Solution | Sigma Aldrich | A5354 | 100 mg/ml |
Glycerol | Sigma Aldrich | G2025 | |
QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
mRNA production | |||
HotStar HiFidelity Polymerase Kit | Qiagen | 202602 | |
QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28106 | |
MEGAscript T7 Kit | Life Technologies | AM1334 | |
5-Methylcytidine-5´-triphosphate | Trilink | N1014 | 5-Methyl-CTP |
Pseudouridine-5´-triphosphate | Trilink | N1019 | Pseudo-UTP |
3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5´)G RNA cap structure analog | New England Biolabs | S1411L | |
RiboLock RNase Inhibitor | Thermo Scientific | EO0381 | 40 U/µl |
TURBO DNase | Life Technologies | AM1334 | 2 U/µl (from MEGAscript T7 Kit) |
Antarctic phosphatase | New England Biolabs | MO289S | |
RNeasy mini kit | Qiagen | 74104 | |
RNaseZap solution | Life Technologies | AM9780 | |
Transfection | |||
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Invitrogen | 11668-019 | Cationic lipid transfection reagent |
Opti-MEM I Reduced Serum Media | Invitrogen | 11058-021 | Improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows a reduction of Fetal Bovine Serum (FBS) supplementation |
Gel electrophoresis | |||
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
Gelred Nucleic Acid Gel Stain | Biotium | 41003 | 10,000x in water |
peqGOLD Range Mix DNA-Ladder | Peqlab | 25-2210 | |
Flow cytometry analyses | |||
CellFIX (1x) | BD Biosciences | 340181 | 10x concentrate |
Primer for insert amplification and poly (T) tail PCR | |||
Forward Primer (HPLC-grade) 10 µM | Ella Biotech | 5´-TTGGACCCTCGTAC AGAAGCTAATACG-3´ | |
Reverse Primer (HPLC-grade) 10 µM | Ella Biotech | 5´- T120-CTTCCTACT CAGGCTTTATTCAA AGACCA-3´ | |
Equipment | |||
Cell incubator | Binder | CO2 (5%) and O2 (20%) | |
CASY cell counter | Schärfe System | ||
Sterile workbench | BDK Luft-und Reinraumtecknik GmbH | ||
Bacterial incubator | Incutec | ||
Water bath | |||
ScanDrop spectrophotometer | Analytic Jena | ||
PCR thermocycler | Eppendorf | ||
Microcentrifuge | Eppendorf | ||
Vortex | peqlab | ||
Thermomixer | Eppendorf | ||
Gel apparatus for electrophoresis | Bio-Rad | ||
Gel documentation system | Bio-Rad | ||
FACScan System | BD Biosciences | ||
Fluorescence microscope | Nikon | ||
Phase-contrast microscope | Zeiss |
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