במבחנת הסינתזה של mRNA השתנה לאינדוקציה של ביטוי חלבון בתאים אנושיים
Summary
במאמר זה וידאו, אנו מתארים את הסינתזה במבחנה של mRNA שונה לזירוז של ביטוי חלבון בתאים.
Abstract
המשלוח אקסוגני של קידוד RNA שליח סינטטי (mRNA) לזירוז סינתזה של חלבונים בתאים רצויים יש פוטנציאל עצום בתחומים של רפואת רגנרטיבית, ביולוגיה של תא בסיסי, טיפול במחלות, ותכנות מחדש של תאים. כאן, אנו מתארים צעד אחר צעד פרוטוקול לדור של mRNA שונה עם פוטנציאל מופחת חיסוני הפעלה ויציבות מוגברת, בקרת איכות של ה- mRNA מיוצר, transfection של תאים עם mRNA ואימות של ביטוי חלבון הנגרם על ידי זרימת cytometry. עד 3 ימים לאחר transfection יחיד עם eGFP mRNA, HEK293 תאי transfected לייצר eGFP. במאמר זה וידאו, הסינתזה של eGFP mRNA מתוארת כדוגמא. עם זאת, ההליך יכול להיות מיושם לייצור של ה- mRNA הרצוי האחר. שימוש בסינטטי שונה mRNA, יכולים להיגרם תאים לבטא את החלבונים הרצויים, שבו הם בדרך כלל לא מביעים זמניים.
Introduction
בתאים, השעתוק של RNA שליח (mRNA) והתרגום הבא של ה- mRNA לחלבונים רצויים להבטיח את התפקוד התקין של תאים. הפרעות גנטיות תורשתיות או נרכשות יכולות להוביל לסינתזה מספיקה ולא מתפקדת של חלבונים וגורמות למחלות קשות. כך, גישה טיפולית חדשה ללעורר את הייצור של חלבונים חסרים או פגומים הוא המשלוח אקסוגני של סינטטי שונה mRNA לתאים, שקודים לחלבון הרצוי. וכך, תאים מופעלים לסנתז חלבונים פונקציונליים, שבו הם בדרך כלל לא יכולים לייצר או באופן טבעי לא צריכים. שימוש בגישה זו, ניתן לתקן הפרעות גנטיות על ידי הקדמה של mRNA שמקודד לחלבון הפגום או חסר 1. גם טיפול mRNA יכול לשמש לחיסון לאנטיגנים synthetize חלבון, אשר באים לידי ביטוי על ידי תאי גידול או פתוגנים. ובכך, מערכת חיסונית מארח יכולה להיות מופעלת כדי לחסל ביעילות תאים סרטניים או למנוע infections 2,3. יתר על כן, בשנים האחרונות, mRNA היה בהצלחה המשמש לייצור תאים מושרה pluripotent גזע (iPSCs). לצורך כך, fibroblasts היה transfected עם mRNAs לגרום הביטוי של תכנות מחדש גורמי 4-6 ולהמיר אותם בiPSCs עם פוטנציאל עצום ברפואת רגנרטיבית.
בעבר, השימוש בmRNA הקונבנציונלי היה קשור ביציבות נמוכה וחיסוני חזקים. כך, יישומים קליניים של mRNAs הקונבנציונלי היו מוגבלים. עם זאת, החלפת cytidine וuridine על ידי 5-methylcytidine וpseudouridine בתוך מולקולת mRNA על ידי Kariko ועמיתים שניתנו מולקולות mRNA יציבים בנוזלים ביולוגיים והפחתה דרמטית בהפעלת מערכת חיסונית 7-10, אשר כעת מאפשרת יישום הקליני של mRNAs שונה.
באמצעות מיוצר באופן סינטטי mRNAs שונה, תמלילי גן רצויים יכולים להיות מועברים באופן זמני בvivo 11או במבחנה כדי לגרום לביטוי חלבון. MRNA הציג מתורגם בתנאים פיסיולוגיים על ידי מכונות תרגום הסלולריות. בשל חוסר האינטגרציה לתוך הגנום של התא הפונדקאי לעומת וקטורי ריפוי גנטי נגיפיים, הסיכון של oncogenesis נמנע 12,13. כך, טיפול באמצעות mRNA הסינתטי שונה יקבל קבלה קלינית טובה יותר בעתיד.
כאן אנו מתארים פרוטוקול מפורט לייצור של ה- mRNA שונה, transfection של תאים עם mRNA וההערכה של ביטוי חלבון בתאי transfected (איור 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
יש טיפול mRNA פוטנציאל עצום בתחום של רפואת רגנרטיבית, טיפול במחלות וחיסונים. בסרטון הזה, אנחנו מדגימים את הייצור של ה- mRNA התייצב, שונה לזירוז של ביטוי חלבון בתאים. שימוש בפרוטוקול זה, יכול להיות שנוצר mRNA הרצוי אחר. הסינתזה במבחנה של mRNA שונה מאפשרת transfection של תאים עם mRN…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
פרויקט זה מומן על ידי קרנות החברתיות האירופיות באדן-וירטמברג, גרמניה.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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, 1000 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) with reduced 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 | |
| 0.5-10 kb RNA Ladder | Invitrogen | 15623-200 | |
| 1x TBE buffer | |||
| 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´-TTGGACCCTCGTACAGAAGCTAATACG-3´ | |
| Reverse Primer (HPLC-grade) 10 µM | Ella Biotech | 5´- T120-CTTCCTACTCAGGCTTTATTCAAAGACCA-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 |
References
- Bangel-Ruland, N., et al. CFTR-mRNA delivery: a novel alternative for cystic fibrosis "gene therapy". The journal of gene medicine. , (2013).
- Benteyn, D., et al. Design of an Optimized Wilms" Tumor 1 (WT1) mRNA Construct for Enhanced WT1 Expression and Improved Immunogenicity In Vitro and In Vivo. Molecular therapy Nucleic acids. 2, 134 (2013).
- Petsch, B., et al. Protective efficacy of in vitro synthesized, specific mRNA vaccines against influenza A virus infection. Nature. 30, 1210-1216 (2012).
- Mandal, P. K., Rossi, D. J. Reprogramming human fibroblasts to pluripotency using modified mRNA. Nature protocols. 8, 568-582 (2013).
- Warren, L., et al. Highly efficient reprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cells with synthetic modified mRNA. Cell stem cell. 7, 618-630 (2010).
- Yakubov, E., Rechavi, G., Rozenblatt, S., Givol, D. Reprogramming of human fibroblasts to pluripotent stem cells using mRNA of four transcription factors. Biochemical and biophysical research communications. 394, 189-193 (2010).
- Anderson, B. R., et al. Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation. Nucleic acids research. 38, 5884-5892 (2010).
- Kariko, K., Buckstein, M., Ni, H., Weissman, D. Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity. 23, 165-175 (2005).
- Kariko, K., et al. Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy. 16, 1833-1840 (2008).
- Kariko, K., Weissman, D. Naturally occurring nucleoside modifications suppress the immunostimulatory activity of RNA: implication for therapeutic RNA development. Current opinion in drug discovery & development. 10, 523-532 (2007).
- Kormann, M. S., et al. Expression of therapeutic proteins after delivery of chemically modified mRNA in mice. Nature biotechnology. 29, 154-157 (2011).
- Hacein-Bey-Abina, S., et al. Insertional oncogenesis in 4 patients after retrovirus-mediated gene therapy of SCID-X1. The Journal of clinical investigation. 118, 3132-3142 (2008).
- Hacein-Bey-Abina, S., et al. Efficacy of gene therapy for X-linked severe combined immunodeficiency. The New England journal of medicine. 363, 355-364 (2010).
- Avci-Adali, M., et al. Optimized conditions for successful transfection of human endothelial cells with in vitro synthesized and modified mRNA for induction of protein expression. Journal of biological engineering. 8, 8 (2014).
