Un saggio per quantificare il legame proteino-RNA nei batteri

Summary

In questo metodo, quantifichiamo l’affinità legante delle proteine leganti l’RNA (RBP) per cognare e siti di legame non-cognati utilizzando un semplice, dal vivo, saggio reporter nelle cellule batteriche. Il saggio si basa sulla repressione di un gene reporter.

Abstract

Nella fase di avvio della traduzione delle proteine, il ribosoma si lega alla regione di avvio dell’mRNA. L’avvio della traduzione può essere bloccato legando una proteina legante RNA (RBP) alla regione di avvio dell’mRNA, che interferisce con il legame ribosomico. Nel metodo presentato, utilizziamo questo fenomeno di blocco per quantificare l’affinità vincolante degli RBP ai loro siti di legame cognati e non cognati. Per fare questo, inseriamo un sito di rilegatura di test nell’area di avvio di un mRNA reporter e induciamo l’espressione del test RBP. Nel caso dell’associazione RBP-RNA, abbiamo osservato una repressione sigmoidale dell’espressione dei reporter in funzione della concentrazione di RBP. Nel caso di nessuna affinità o di affinità molto bassa tra sito vincolante e RBP, non è stata osservata alcuna repressione significativa. Il metodo viene eseguito in cellule batteriche vive e non richiede macchinari costosi o sofisticati. È utile per quantificare e confrontare tra le affinità di legame di diversi RBP che sono funzionali nei batteri con una serie di siti di legame progettati. Questo metodo può essere inappropriato per i siti di rilegatura con elevata complessità strutturale. Ciò è dovuto alla possibilità di repressione dell’avvio ribosomico da parte di una complessa struttura di mRNA in assenza di RBP, che si tradurrà in una minore espressione genica del reporter basale, e quindi meno conlacuabile repressione dei reporter sul legame RBP.

Introduction

Negli ultimi decenni la regolazione post-trascrizione basata sulla proteina legante dell’RNA (RBP), in particolare la caratterizzazione dell’interazione tra RBP e RNA, è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni. Ci sono diversi esempi di down-regolazione traslazionale nei batteri originari di RBP che inibiscono, o direttamente in competizione con, ribosoma legame^1,2,3. Nel campo della biologia sintetica, le interazioni RBP-RNA stanno emergendo come uno strumento significativo per la progettazione di circuiti genetici basati sulla trascrizione^4,5. Pertanto, c’è un aumento della domanda di caratterizzazione di tali interazioni RBP-RNA in un contesto cellulare.

I metodi più comuni per studiare le interazioni proteina-RNA sono l’analisi elettroforica del cambio di mobilità (EMSA)⁶, che è limitato alle impostazioni in vitro, e vari saggi pull-down⁷, tra cui il metodo CLIP^8,9 . Mentre tali metodi consentono la scoperta di siti di legame de novo RNA, soffrono di inconvenienti come protocolli ad alta intensità di lavoro e costose reazioni di sequenziamento profondo e possono richiedere un anticorpo specifico per il pull-down RBP. A causa della natura suscettibile dell’RNA al suo ambiente, molti fattori possono influenzare le interazioni RBP-RNA, sottolineando l’importanza di interrogare il legame RBP-RNA nel contesto cellulare. Ad esempio, noi e altri abbiamo dimostrato differenze significative tra le strutture di RNA in vivo e in vitro^10,11.

Sulla base dell’approccio di uno studio precedente ¹², abbiamo recentemente dimostrato¹⁰ che quando si posizionano siti di legame pre-progettati per gli RBP capsidi dei batteriofages GA¹³, MS2¹⁴, PP7¹⁵e Q regione di avvio della traduzione di un reporter mRNA, espressione reporter è fortemente repressa. Vi presentiamo un metodo relativamente semplice e quantitativo, basato su questo fenomeno di repressione, per misurare l’affinità tra gli RBP e il loro corrispondente sito di legame dell’RNAde vivo.

Protocol

1. Preparazione del sistema Progettazione di plasmidi di sito di rilegatura Progettare la cassetta del sito di rilegatura come illustrato nella Figura 1. Ogni minigene contiene le seguenti parti (da 5 a 3′): sito di restrizione Eagl, 40 basi dell’estremità 5′ del gene di resistenza kanamycin (Kan), promotore di pLac-Ara, sito di rilegatura ribosomi (RBS), AUG del gene mCherry, un distanziale (che si allarga un sito di legame RBP, 80 basi dell’estremità …

Representative Results

Il metodo presentato utilizza la competizione tra un RBP e il ribosoma per il legame con la molecola mRNA (Figura 1). Questa concorrenza si riflette nella diminuzione dei livelli di mCherry in funzione dell’aumento della produzione di RBP-mCerulean, a causa delle crescenti concentrazioni di induttore. Nel caso di aumento della fluorescenza mCerulea, senza cambiamenti significativi in mCherry, viene dedotta una mancanza di legame RBP. I risultati rappresentati…

Discussion

Il metodo descritto in questo articolo facilita la misurazione quantitativa in vivo dell’affinità di legame RBP-RNA nelle cellule di E. coli. Il protocollo è relativamente semplice e può essere condotto senza l’uso di macchinari sofisticati e l’analisi dei dati è semplice. Inoltre, i risultati vengono prodotti immediatamente, senza il tempo di attesa relativamente lungo associato ai risultati di sequenziamento (NGS) di prossima generazione.

Una limitazione a questo metodo è che f…

Materials

Ampicillin sodium salt	SIGMA	A9518
Magnesium sulfate (MgSO4)	ALFA AESAR	33337
48 plates	Axygen	P-5ML-48-C-S
8- lane plates	Axygen	RESMW8I
96-well plates	Axygen	P-DW-20-C
96-well plates for plate reader	Perkin Elmer	6005029
ApaLI	NEB	R0507
Binding site sequences	Gen9 Inc. and Twist Bioscience		see Table 1
E. coli TOP10 cells	Invitrogen	C404006
Eagl-HF	NEB	R3505
glycerol	BIO LAB	071205
incubator	TECAN	liconic incubator
Kanamycin solfate	SIGMA	K4000
KpnI- HF	NEB	R0142
ligase	NEB	B0202S
liquid-handling robotic system	TECAN	EVO 100, MCA 96-channel
Matlab analysis software	Mathworks
multi- pipette 8 lanes	Axygen	BR703710
N-butanoyl-L-homoserine lactone (C4-HSL)	cayman	K40982552 019
PBS buffer	Biological Industries	020235A
platereader	TECAN	Infinite F200 PRO
Q5 HotStart Polymerase	NEB	M0493
RBP seqeunces	Addgene	27121 & 40650	see Table 2
SODIUM CHLORIDE (NaCL)	BIO LAB	190305
SV Gel and PCR Clean-Up System	Promega	A9281
Tryptone	BD	211705