다각형 프로파일링을 사용하여 개발 마우스 뇌의 번역 분석
Summary
포유류 뇌의 발달은 번역 수준에서 유전자 발현의 적절한 제어를 필요로한다. 여기서는 조립하기 쉬운 자당 그라데이션 및 분획 플랫폼을 갖춘 다각형 프로파일링 시스템을 사용하여 개발 중인 뇌에서 mRNA의 번역 상태를 평가합니다.
Abstract
포유류 뇌의 적절한 개발은 신경 줄기 세포 증식 및 다른 신경 세포 유형으로 분화의 미세한 균형에 의존한다. 이 균형은 전사, 전사 후 및 번역을 포함하여 여러 수준에서 미세 조정되는 유전자 발현에 의해 엄격하게 제어됩니다. 이와 관련하여, 증거의 성장 몸은 신경 줄기 세포 운명 결정 조정에 번역 규제의 중요한 역할을 강조. 다일부 분획은 글로벌 및 개별 유전자 수준에서 mRNA 번역 상태의 평가를 위한 강력한 도구입니다. 여기에서, 우리는 발전마우스 대뇌 피질에서 세포의 번역 효율성을 평가하기 위하여 사내 polysome 프로파일링 파이프라인을 제시합니다. 우리는 자당 그라데이션 준비, 조직 용해, 초원심 분리 및 mRNA 번역 상태의 분획 기반 분석을위한 프로토콜을 설명합니다.
Introduction
포유류 뇌의 발달 동안 신경 줄기 세포가 증식하고 분화하여 뉴런과 신경교1,2를 생성한다. 이 과정의 섭동은 많은 신경 발달 장애3,4에서볼 수 있듯이 뇌 구조 및 기능의 변경으로 이어질 수 있습니다. 신경 줄기 세포의 적절한 행동은 특정 유전자5의오케스트레이션된 발현을 요구한다. 이들 유전자의 후성유전학 및 전사적 대조가 집중적으로 연구되고 있는 반면, 최근 연구 결과에 따르면 다른 수준에서 유전자 조절은 신경줄기 세포 증식 및 분화6,7,8,9,10의조정에 기여한다는 것을 시사한다. 따라서, 번역 제어 프로그램을 해결 크게 신경 줄기 세포 운명 결정 및 뇌 개발의 기본 메커니즘의 우리의 이해를 향상 시킬 것 이다.
다른 강점을 가진 3개의 주요 기술은 리보솜 프로파일링, 리보솜 친화성 정화(TRAP) 및 다일부 프로파일링을 번역하는 것을 포함하여 mRNA의 번역 상태를 평가하기 위하여 널리 적용되었습니다. 리보솜 프로파일링은 RNA 시퀀싱을 사용하여 리보솜 보호 mRNA 단편을 결정하며, 각 성적증명서에 리보솜을 번역하는 리보솜의 수와 위치를 전 세계적으로 분석하여 성적증명서풍부(11)와비교하여 번역률을 간접적으로 추론할 수 있다. TRAP은 에피토프 태그리보솜 단백질을 활용하여 리보솜 바운드 mRNAs12를포획한다. 태그가 지정된 리보실 단백질이 유전적 접근법을 사용하여 특정 세포 유형으로 발현될 수 있다는 점을 감안할 때 TRAP은 세포 유형별 방식으로 번역을 분석할 수 있게 한다. 이에 비해, 자당 밀도 그라데이션 분획을 사용하여 리보솜(무거운 다각형)에 의해 능동적으로 번역되는 부분으로부터 자유롭고 제대로 번역되지 않은 부분(가벼운 모노좀)을 분리하는 다일부 프로파일링은 mRNA13에대한 리보솜 밀도를 직접 측정한다. 이 기술이 제공하는 한 가지 장점은 관심있는 특정 mRNA의 번역뿐만 아니라 게놈 전체 트랜스 라토메 분석14의번역을 연구하는 다재 다능함입니다.
이 논문에서, 우리는 개발 마우스 대뇌 피질을 분석하기 위해 다성 프로파일링의 상세한 프로토콜을 설명합니다. 당사는 홈어셈블 시스템을 사용하여 자당 밀도 그라데이션을 준비하고 다운스트림 응용 프로그램에 대한 분수를 수집합니다. 여기에 제시된 프로토콜은 다른 유형의 조직 및 유기체를 분석하기 위해 쉽게 조정할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
다각형 프로파일링은 단일 유전자 및 게놈 전체 수준14 모두에서 번역 상태를 평가하는 데 일반적으로 사용되는 강력한 기술이다. 이 보고서에서는 홈어셈블 플랫폼과 개발 중인 마우스 피질을 분석하기 위한 응용 프로그램을 사용하여 다형성 프로파일링 프로토콜을 제시합니다. 이 비용 효율적인 플랫폼은 견고하고 재현 가능한 자당 그라데이션과 고감도의 다형성 프로파일링…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NSERC 디스커버리 그랜트 (RGPIN/04246-2018에서 G.Y.에)에 의해 지원되었습니다. G.Y.는 캐나다 연구 위원장입니다. S.K.는 미틱스 글로벌잉크 대학원 펠로우십과 ACHRI 대학원 학생 장학금의 지원을 받았습니다.
Materials
| 1.5 mL RNA free microtubes | Axygen | MCT-150-C | |
| 10 cm dish | Greiner-Bio | 664160 | |
| 1M MgCl2 | Invitrogen | AM9530G | |
| 21-23G needle | BD | 305193 | |
| 2M KCl | Invitrogen | AM8640G | |
| 30 mL syringe | BD | 302832 | |
| Blunt end needle | VWR | 20068-781 | |
| Breadboard | Thorlabs | MB2530/M | |
| Bromophenol blue | Sigma | 115-39-9 | |
| CD1 mouse | Charles River Laboratory | ||
| Curved tip forceps | Sigma | #Z168785 | |
| Cycloheximide | Sigma | 66-81-9 | |
| Data acquisition software TracerDAQ | Measurement Computing | ||
| Digital converter | Measurement Computing | USB-1208LS | |
| Direct-zol RNA miniprep kit | Zymo | R2070 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Bio-basic | 12-03-3483 | |
| DMSO | Bioshop | 67-68-5 | |
| Dumont No.5 forceps | Sigma | #F6521 | |
| Fraction collector | Bio-Rad | Model 2110 | |
| HBSS | Wisent | 311-513-CL | |
| Linear stage actuator | Rattmmotor | CBX1605-100A | |
| Luciferase control RNA | Promega | L4561 | |
| Maxima first strand cDNA synthesis kit | Themo Fisher | M1681 | |
| Miniature V-clamp | Thorlabs | VH1/M | |
| Mini-series breadboard | Thorlabs | MSB7515/M | |
| Mini-series optical post | Thorlabs | MS2R/M | |
| Mini-series pedestal post holder base | Thorlabs | MBA1 | |
| NaCl | Bio-basic | 7647-14-5 | |
| Neurobasal media | Gibco | 21103-049 | |
| Ø12.7 mm aluminum post | Thorlabs | TRA150/M | |
| Parafilm | Bemis | PM992 | |
| PerfeCTa SYBR green fastmix | Quanta Bio | CA101414-274 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Wisent | 311-010-CL | |
| Puromycin | Bioshop | 58-58-2 | |
| Right-angle clamp | Thorlabs | RA90/M | |
| Right-angle Ø1/2" to Ø6 mm post clamp | Thorlabs | RA90TR/M | |
| Rnase AWAY | Molecular BioProducts | 7002 | |
| RNase free tips | Frogga Bio | FT10, FT200, FT1000 | |
| RNase free water | Wisent | 809-115-CL | |
| RNasin | Promega | N2111 | |
| Slim right-angle bracket | Thorlabs | AB90B/M | |
| Small V-clamp | Thorlabs | VC1/M | |
| Sodium deoxycholate | Sigma | 302-95-4 | |
| Stepper motor driver | SongHe | TB6600 | |
| Sucrose | Bioshop | 57501 | |
| SW 41 Ti rotor | Beckman Coulter | 331362 | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-4500 | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-4500 | |
| Triton-X-100 | Bio-basic | 9002-93-1 | |
| Trizol | Thermofisher Scientific | 15596018 | |
| Tube piercer | Brandel | BR-184 | |
| Ultracentrifuge | Beckman Coulter | L8-70M | |
| Ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 331372 | |
| UltraPure 1M Tris-HCl pH 7.5 | Invitrogen | 15567-027 | |
| UNO project super starter kit | Elegoo | EL-KIT-003 | |
| UV monitor | Bio-Rad | EM-1 Econo | |
| Vertical bracket | Thorlabs | VB01A/M |
References
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