Xenopus의 번역 손상을 식별 할 수있는 모델로 laevis의
Summary
Protein synthesis control occurs mainly at the translation initiation step, deficiencies in which are linked to diverse disorders. To better understand their etiology, we described here a protocol using Xenopus laevis oocytes assessing the translation of mos transcript in the presence of a mutant of translation initiation factor eIF4G1.
Abstract
단백질 합성은 다양한 생물학적 과정, 특히 환경 조건에 적응에 영향을 미치는 유전자 발현에 중요한 공정이다. mRNA의 개시 코돈, eIF4G1을 포함하여 참여 개시 인자의 리보솜 서브 유닛의 조립을 포함 개시 단계. 번역의 속도 제한 단계에서의 결함은 다양한 질환에 연결되어 있습니다. 이러한 규제 완화의 잠재적 결과를 연구하기 위해, 제노 푸스는 난자가 인간에 필수적인 세포 및 분자 메커니즘의 보존의 높은 학위를 가진 매력적인 모델을 구성 laevis의. 또한, 감수 성숙하는 동안, 난 모세포는 전사적으로 억압하고 필요한 모든 단백질은 기존의, 모계 유래의 mRNA에서 변환됩니다. 이 저렴한 모델은 효과적인 번역과 완벽하게 통합 될 외인성 mRNA를 할 수 있습니다. 여기에 (여기 eIF4G1) 관심 요인으로 번역을 평가 STOR 사용을위한 프로토콜을 설명하는가장 먼저 그 어머니의 mRNA의 에드 폴리아 데 닐화 및 생리 학적 판독으로 난자의 성숙하는 동안 번역합니다. 처음에는 mRNA의 관심의 플라스미드 (여기 eIF4G1)의 시험 관내 전사에 의해로 합성하는 것은 어린 싹 소포 고장 감지하여 난자와 난자의 성숙의 역학에 주입이 결정된다. 연구 모체 mRNA의 타깃은 세린 / 트레오닌 – 단백질 키나아제 MOS이다. 그 폴리아 데 닐화 및 그 이후의 번역은 난자의 성숙에 관여 폭포 신호 MOS의 단백질의 발현 및 인산화와 함께 조사하고 있습니다. 현재 프로토콜의 변화는 앞으로 넣어 번역 결함은 또한 일반적인 적용 성을 강조하기 위해 제안되었다. 비정상적인 단백질 합성은 신경 질환의 병인에 관여 할 수 있다는 증거를 부상에 비추어, 그러한 모델은 쉽게 손상을 평가하고, 새로운 대상을 식별 할 수있는 기회를 제공한다.
Introduction
단백질은 생물체의 큰 규모에 필수적인 세포 삶의 요소 때문에입니다. 이들은 구조, 운송, 반응 촉매, 조절, 유전자 발현 등 발현은 mRNA의 단백질로의 변환을 허용하는 번역 복잡한 메커니즘의 결과를 포함한 세포 기능의 대부분을 보장한다. 번역은 적응 및 발생과 분화, 노화, 스트레스 또는 생리 병리학 적 양상 동안, 셀의 요구에 따라 유전자 발현을 조절하는 각종 제어를 실시한다.
캡에 의존, 모자 독립적 인 내부 리보솜 항목 세그먼트 (IRES) 구조와 캡 독립 번역 약물 (경유 : 번역은 3 개시 번역 시스템이 요구에 대응하기 위해 3 단계 (개시, 신장 및 종료)와 선물로 분할된다 ) CITE.
대부분의 진핵 생물의 mRNA는 캡 depe로 번역된다단백질 합성시 인식 기능의 역할 7 methylguanosine 5'- 삼인산 캡을 통해 ndent 방식. 이 모자의 eIF4E, eIF4G1 및 eIF4A와 eIF4F 단지의 구성 요소에 바인딩합니다. 폴리 (A) 결합 단백질 (PABP)와 같은 다른 파트너와 관련, eIF2-GTP-메트로-tRNA의 메트로,이 번역 개시 인자의 mRNA를 회람 및 인식 1 코돈 8 월 개시 될 때까지 형태 43S 복잡한 접근성을 개선 할 수 있습니다. 이 이벤트는 번역 개시 즉, 변환의 제 1 단계의 종료에 대응한다.
캡 독립적 번역 인스턴스 세포 증식 및 아폽토시스 유도에 대한 스트레스 조건 하에서 필수적인 단백질 mRNA의 인코딩에 의해 사용된다. 이 메커니즘은 mRNA의에 차 구조를 포함 5' 번역되지 않은 지역 (UTR)는 IRES라고 eIF4A 및 43S 복합과 관련된 eIF4G1의 카르복시 말단. 이 43S 개시전 (C)의 결합IRES에 omplex은 eIF4E를 인자 2,3 필요없이 뚜껑 독립적 인 번역을 시작합니다.
mRNA의 UTR 4 내에있는 구조를 인용을 통해 마지막으로, 아직 잘 이해되지 다른 변환 메커니즘은 스트레스 조건 하에서이 모자 독립적 인 번역 활동을 지원합니다.
그들의 개시 단계에서 다른 번역이 다양한 방식을 통해 변환이 셀룰러 항상성에 중요한 역할을하고, 따라서 큰 규모의 효과와 작은 유기체에 영향을 미칠 것이다 이러한 프로세스 중 하나에 변경을 수행한다. 실제로, 개시는 mRNA의 단백질로의 정확한 변환을 관리하는 프로세스 속도 제한 단계이며, 따라서 다수의 제어 및 조절 점 (5)의 목표이다. 이 후자의 또는 이러한 프로세스의 구성 요소에 대한 여부 하나에 결함이있는 것으로 밝혀지면, 그것은 셀의 설립 균형을 교란하고, 따라서 병리 콘돌리자으로 이어질 수TIONS. 이러한 맥락에서, 번역 인자의 돌연변이는 이러한 잠재적 흰색 matter' (eIF2B1-5 서브 유닛) (6), 월콧 – Rallison 증후군 (PERK에 대한 EIF2AK3 유전자 인코딩) (7), 소멸과 백색질 뇌증 '와 같은 퇴행성 신경 질환 등 여러 질환에 참여하고있다 파킨슨 병 (eIF4G1의 p.R1205H) 8. 이는 질병 개발 및 번역 개시의 일반적인 과정에 대한 우리의 지식을 증가시키는 이러한 돌연변이 단백질의 세포 및 분자 연구를 수행하는 것이 중요하다.
이 연구를 수행하기 위해, 이러한 돌연변이의 영향을 관찰하기 위해 가장 적절한 모델을 선택하는 것이 필수적이다 제노는 난자 특히 생리 학적 및 생화학 적 특성으로 인해 적응 laevis의 :. 생리 동시성 (세포주기의 단계 G2에서 차단) , 단백질 합성의 높은 용량 (200 ~ 400 NG / 일 / 난자), 추출 OOC의 높은 수같은 동물에서 ytes (800-1,000 난자 / 여성)과 조작을 용이하게 셀 크기 (직경 1.2-1.4 mm)이다. 합성의 mRNA와 제노 푸스 난 모세포의 마이크로 인젝션 쉽게 번역 단계를 해부하기 위해 수행 될 수있다. 이보기에 그것은 다른 장점을 제공합니다. 감수 분열의 진행의 속도와 번역의 mRNA의 미세 주입 (~ 24 시간) 후 감안할 때, Xenopus의 난자는 재구성 세포 (대장균에서 추출, 밀 세균 또는 토끼 망상 …) 시스템의 mRNA가 인에 비해 빠른 시스템을 나타냅니다 감소 된 변환 속도와 낮은 속도로 번역했다. 따라서 mRNA의 도입으로 돌연변이의 효과를 신속하고 용이하게 관찰 할 수있는 여러 개의 난 모세포에서 연구 될 것이다. 제노 푸스 난 모세포의 또 다른 장점은 모체의 mRNA가 잠재되어 단백질 번역을 프로게스테론 자극 전에 차단된다는 것이다. 프로게스테론 첨가 따라서 변환 유도를 제어하는 좋은 방법이다. 세포질 Polyadenylation는 oogenesis 동안 발생하지 않습니다. 그것은 시간적 순서에 프로게스테론 자극 난자에 난자 성숙 과정 시작과 초기 개발을 통해 계속 번역의 다른 단계를 연구하는 데 사용할 수 있습니다.
MOS의 mRNA의 폴리아 데 닐화가 발생하는 첫 번째 중 하나입니다 그것은 찰스 워드 등에 정의 된 "조기 성숙"유전자의 클래스에 오로라 / EG2, 히스톤 같은 B4의 mRNA에 속한다. (2004) 9. 이러한 사이클린 A1과 B1 사이클린 등의 "말"의 mRNA의 번역 유도 새싹 소포 고장 (GVBD)의시기에 발생합니다. MOS의 mRNA는 세린 / 트레오닌 – 단백질 키나아제를 암호화한다. 이 간접적으로 난자의 성숙을 활성화 MAP 키나제 캐스케이드을 유도하기 때문에 그것의 번역은 매우 중요하다. 사실, 황체 호르몬에 대한 응답으로, MOS의 mRNA의 폴리아 데 닐화는 EG2 조절 단백질과 일 다른 RNA 결합 단백질을 오로라 /를 포함하는 과정을 통해 강화된다MOS의 mRNA의 전자 3'UTR. MOS의 mRNA의 폴리아 데 닐화 증가 차례로 MEK1를 활성화 MOS 단백질 수준의 증가를 이끈다. 이 과정은 세포 외 신호 조절 키나아제 2 (ERK2) (도 1)의 활성화를 매개한다. 이 시그널링 캐스케이드 다음 요인을 촉진 성숙 M 상, 사이클린 B 및 Cdc2 키나제에 의해 형성된 복합체를 유발하며 결국 감수 재개 야기 할 수있다.
제노 푸스는 난자 laevis의 그러므로, 이러한 MOS 등 산모의 mRNA의 연구는 쉽게 여러 MOS 부품 시그널링도 GVBD 레이트의 판정 등의 번역 그들의 효율적인 폴리아 데 닐화에서 여러 엔드 포인트와 그 번역 가능성을 테스트하기 위해 사용될 수있다. 이 시스템은 신규의 mRNA의 전사 또는 형질 감염 효율의 간섭없이 번역 개시 인자의 돌연변이의 첫번째 결과를 평가하는 것이 흥미 롭다는 문제가 종종 함께 발생 eukary귀 세포 연구.
여기에, 프로토콜은 Xenopus의이 난자를 laevis의 산모의 mRNA의 번역 시험에서 돌연변이 eIF4G1의 mRNA를가 미세 주입되는 경우 설정됩니다. 난자 감수 세포주기를 통해 초기와 후기 클래스의 mRNA의 후속 번역 진행을 위해 필수적이다 GVBD 진행에 결함, MOS mRNA의 폴리아 데 닐화의 존재에서 확인된다. 인산화 오로라 / EG2와 ERK는 MOS의 deregulation.Thus의 결과를 확인하기 위해 연구되고, Xenopus의 난자는 mRNA의 번역의 다른 단계를 분석하는 간단한 방법을 나타냅니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
번역은 여러 가지 신경 퇴행성 질환 등 다양한 인간 질환의 physiopathology에 관여하는 메커니즘입니다. 파킨슨 병의 예를 들어 여러 보고서 유전 변이 8,12,13과 관련된 번역에 손상을 제안했다.
여러 셀룰러 모델은 번역을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 여기서, eIF4G1 및 8의 eIF4E 파트너 간의 상호 작용을 감소시키는 등의 우성 네가티브 돌연변이 작용 eIF4G1에?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by grant from INSERM, University of Lille 1, University of Lille 2, Regional Hospital Center of Lille (CHR de Lille). MCCH acknowledges supports from the Fondation de France and wishes to thank IRCL, Pr. Sonenberg for the gift of the V5-plasmids, Dr. Dissous (Pasteur Institute, Lille) for the gift of anti-GFP antibodies, UMS 3387 (University of Rennes) where Xenopus oocytes are purchased and Dr Taymans (JPArc, Lille) for critical reading of the manuscript text.
Materials
| Tricaine methane sulphonate | Sandoz | MS-222 | oocytes handling |
| Forceps | Moria | Dumont MC40 | |
| Streptomycin/penicillin | Sigma | 781 | |
| Sodium pyruvate | Sigma | P2256 | |
| Soybean trypsin inhibitor | Sigma | T9128 | |
| Tetracyclin | Sigma | T7660 | |
| Veterinarian absorbable Vicryl thread | Johnson&Johson Intl | JV1205 | |
| Collagenase A | Roche diagnostics | 10103586001 | |
| PmeI | New England Biolabs | R0560S | Preparation of synthetic mRNA |
| DNAse/RNAse free H2O | Life Technologies | 10977 | |
| Sodium Acetate | Merck | 6268 | |
| Absolute ethanol | Sigma | 02854 | |
| Nano Drop | Thermo Scientific | ||
| TBE 10X | Eppendorf | 0032006.507 | |
| Ethidium bromide 10 mg/mL | Life Technologies | 15585-011 | |
| mMESSAGE mMACHINE® Kit | Ambion by Life Technologies | AM1344 | |
| MOPS | Sigma | M1254 | |
| EDTA | Fluka | 03609 | |
| Agarose | Life Technologies | 16500-500 | |
| Formaldehyde 37% | Merck | 1.04003.1000 | |
| Formamide | Fluka | 47671 | |
| Gel Doc Imager | Biorad | ||
| Oocyte Pipet with 100 8" Glass Capillaries | Drummond Scientific Company | 3-000-510-X | microinjection |
| Replacement Glass 8" | Drummond Scientific Company | 3-000-210-G8 | |
| 0,45 µm filter | Millipore | SLHA025NB | |
| Progesterone | Sigma | P0130 | |
| Hepes | Sigma | H3375 | Western Blot |
| NaCl | Sigma | S5886 | |
| SDS | Biorad | 161-0301 | |
| MgCl2 | Sigma | A3294 | |
| Bovine serum albumin | Sigma | A4612 | |
| leupeptin | Sigma | L8511 | |
| aprotinin | Sigma | A1153 | |
| benzamidine | Sigma | B6506 | |
| PMSF | Sigma | P7626 | |
| sodium vanadate | Sigma | S6508 | |
| Laemmli buffer | Biorad | 161-0737 | |
| NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris Protein Gels, 1.0 mm, 15 well | Life Technologies | NP0323BOX | |
| SDS-PAGE electrophoresis, mini-Protean TGX | Biorad | 456-1036 and -1096 | |
| horizontal semi-dry blotting system | W.E.P. Compagny | ||
| Glycine | Biorad | 161-0718 | |
| Tris-HCl | Biorad | 161-0719 | |
| Hybond ECL Membrane | Amersham Life Science | 10401180 | |
| Methanol | VWR | 20846-292 | |
| Ponceau Red (0,5%) | Sigma | P3504 | |
| Tween 20 | Sigma | P2287 | |
| anti-GFP | Life Technologies | A11122 | |
| anti-V5 | Santa Cruz Biotechnology | sc-58052 | |
| anti-Eg2 | Santa Cruz Biotechnology | sc-27884 | |
| anti-Eg2-P | Cell Signaling | C39D8 | |
| anti-ERK2 | Santa Cruz Biotechnology | sc-1647 | |
| anti-ERK2-P (Tyr204) | Santa Cruz Biotechnology | sc-7976 | |
| anti-Rsk | Santa Cruz Biotechnology | sc-231 | |
| anti-mos | Santa Cruz Biotechnology | sc-86 | |
| anti-mouse horseradish peroxidase labeled secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2005 | |
| anti-rabbit horseradish peroxidase labeled secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2812 | |
| anti-goat horseradish peroxidase labeled secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2378 | |
| Advanced ECL Detection System | Amershan Life Science | RPN2135 | |
| PBS 1x | Sigma | P4417 | polyadenylation assay |
| TRIZOL (Qiazol Lysis Reagent) | Qiagen | 79306 | |
| Chloroform | Sigma | 31998-8 | |
| Isopropanol | Sigma | 278475-1L | |
| RNeasy mini kit | Qiagen | 74106 | |
| RTL buffer | Qiagen | 79216 | |
| RNAse free DNAse set | Qiagen | 79254 | |
| Primers | Eurogentec | ||
| T4 RNA ligase 1 | New England Biolabs | M0204S | |
| High capacity c-DNA Reverse Transcription kit | Applied Biosystems, Life Technologies | 4368813 | |
| Taq polymerase | Life Technologies | 10342020 |
References
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