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Immunology and Infection

In vitro transcrit le test de reporter de luciférase basé sur l’ARN pour étudier la régulation de la traduction dans les cellules infectées par le poxvirus

Published: May 01, 2019
doi:
10.3791/59626
, , ,
1Division of Biology,Kansas State University

Summary

Nous présentons un protocole pour étudier la régulation de la traduction des mRNA dans les cellules infectées par le poxvirus à l’aide du test de reporter de luciférase basé sur l’ARN transcrit in vitro. Le dosage peut être utilisé pour étudier la régulation de la traduction par les éléments CISd’un mRNA, y compris la région 5 ‘-non traduite (UTR) et 3 ‘-UTR. Différents modes d’initiation de traduction peuvent également être examinés à l’aide de cette méthode.

Abstract

Chaque mRNA poxvirus transcrit après la réplication de l’ADN viral a un leader évolutif, non-basé sur le modèle 5 ‘-poly (A) dans le 5 ‘-UTR. Pour disséquer le rôle du 5 ‘-poly (A) chef de file dans la traduction d’ARNm pendant l’infection de poxvirus nous avons développé un essai in vitro transcrit de journaliste de luciférase basé sur l’ARN. Ce test de reporter comprend quatre étapes principales: (1) PCR pour amplifier le gabarit d’ADN pour la transcription in vitro; (2) transcription in vitro pour générer de l’ARNm à l’aide de l’ARN polymérase T7; (3) transfection pour introduire dans les cellules une ARNm transcrite in vitro; (4) détection de l’activité de la luciférase comme indicateur de la traduction. Le test de reporter de luciférase basé sur l’ARN décrit ici contourne les problèmes de réplication plasmidique dans les cellules infectées par le poxvirus et la transcription cryptique du plasmide. Ce protocole peut être utilisé pour déterminer la régulation de la traduction par des éléments CISdans un mRNA comprenant 5 ‘-UTR et 3 ‘-UTR dans des systèmes autres que les cellules infectées par le poxvirus. De plus, il est possible d’étudier différents modes d’initiation de la traduction, tels que le Cap-dépendant, le Cap-indépendant, la réinitiation et l’initiation interne à l’aide de cette méthode.

Introduction

Selon le dogme central, l’information génétique circule de l’ADN à l’ARN, puis finalement vers la protéine1,2. Ce flux d’information génétique est très réglementé à de nombreux niveaux, y compris la traduction de mRNA3,4. La mise au point de tests rapporteurs pour mesurer la régulation de l’expression génique facilitera la compréhension des mécanismes de réglementation impliqués dans ce processus. Nous décrivons ici un protocole pour étudier la traduction de l’ARNm à l’aide d’un test de transcription in vitro de la luciférase basée sur l’ARN dans les cellules infectées par le poxvirus.

Les poxvirus comprennent de nombreux agents pathogènes humains et animaux très dangereux5. Comme tous les autres virus, les poxvirus dépendent exclusivement des cellules hôtes pour la synthèse protéique6,7,8. Pour synthétiser efficacement les protéines virales, les virus ont évolué de nombreuses stratégies pour détourner les machines cellulaires translationnelles pour les rediriger vers la traduction des mRNAs viraux7,8. Un mécanisme couramment utilisé par les virus est d’utiliser des éléments d’action CISdans leurs transcriptions. Parmi les exemples notables, citons le site interne d’entrée de ribosome (IRES) et l’activateur de traduction indépendant du Cap (cite)9,10,11. Ces éléments CISrendent les transcriptions virales un avantage translationnel en attirant des machines translationnelles par divers mécanismes12,13,14. Plus de 100 mRNA de poxvirus ont un élément d’action CISévolutivement conservé dans la région 5 ‘-non traduite (5 ‘-UTR): un dirigeant de 5 ‘-poly (a) aux cinq extrémités de ces mRNAs15,16. Les longueurs de ces 5 ‘-poly (A) leaders sont hétérogènes et sont générées par le glissement de l’ARN polymérase encodée par le poxvirus pendant la transcription17,18. Nous, et d’autres, avons récemment découvert que le 5 ‘-poly (A) leader confère un avantage de traduction à un mRNA dans les cellules infectées par le virus de la vaccine (vacv), le membre prototypique des poxvirus19,20.

Le test de transcription de luciférase à base d’ARN transcrit in vitro a été initialement développé pour comprendre le rôle du 5 ‘-poly (A) leader dans la traduction d’ARNm au cours de l’infection par le poxvirus19,21. Bien que les tests de journaliste de luciférase basés sur l’ADN de plasmide aient été largement utilisés, il y a plusieurs inconvénients qui compliqueront l’interprétation des résultats dans les cellules infectées par le poxvirus. Premièrement, les plasmides sont capables de se reproduire dans les cellules infectées par le VACV22. Deuxièmement, la transcription cryptique se produit souvent à partir de l’ADN plasmide18,23,24. Troisièmement, la transcription pilotée par le promoteur VACV génère des poly (A)-leader de longueurs hétérogènes rendant ainsi difficile le contrôle de la longueur de leader poly (A) dans certaines expériences18. Un essai in vitro de transcription de luciférase basé sur l’ARN contourne ces questions et l’interprétation des données est simple.

Il y a quatre étapes clés dans cette méthode: (1) la réaction en chaîne de la polymérase (PCR) pour générer le modèle d’ADN pour la transcription in vitro; (2) transcription in vitro pour générer de l’ARNm; (3) transfection pour délivrer l’ARNm dans les cellules; et (4) la détection de l’activité de la luciférase comme indicateur de la traduction (figure 1). L’amplicon PCR qui en résulte contient les éléments suivants dans la direction 5 ‘à 3 ‘: T7-promoteur, leader poly (A) ou séquence 5 ‘-UTR souhaitée, cadre de lecture ouvert luciférase Firefly (ORF) suivi d’une queue poly (A). L’amplicon PCR est utilisé comme modèle pour synthétiser l’ARNm par transcription in vitro à l’aide de la T7 polymérase. Pendant la transcription in vitro, m7G Cap ou autre analogue de Cap est incorporé dans l’ARNm nouvellement synthétisé. Les transcriptions plafonnées sont transfectées en cellules infectées ou non infectées par le VACV. Le lysat cellulaire est recueilli au moment désiré après la transfection pour mesurer les activités de luciférase qui indiquent la production de protéines à partir de l’ARNm transfecté. Ce test reporter peut être utilisé pour étudier la régulation de la traduction par élément CISprésent dans 5 ‘-UTR, 3 ‘-UTR ou d’autres régions d’un ARNm. En outre, l’analyse in vitro transcrite à base d’ARN peut être utilisée pour étudier différents mécanismes d’initiation de la traduction, y compris l’initiation au Cap, l’initiation indépendante du capuchon, la réinitiation et l’initiation interne comme IRES.

Protocol

1. préparation du modèle d’ADN par PCR pour la transcription in vitro Pour préparer le modèle d’ADN par PCR, amorces de conception. Lors de la conception des amorces considèrent des caractéristiques cruciales comme la longueur de l’amorce, la température de recuit (Tm), le contenu GC, 3 ‘fin avec G ou C etc.Remarque: Discutés en détail dans ces ouvrages25,26,27<…

Representative Results

Les quatre étapes de l’analyse in vitro de la luciférase à base d’ARN transcrit: PCR pour générer un modèle d’ADN pour la transcription in vitro, la transcription in vitro pour générer l’ARNm, la transfection de l’ARNm et la mesure de la luciférase, peuvent être observées dans le diagramme schématique ( Figure 1). La conception des amorces pour les deux modèles d’ADN (Fluc et Rluc) et le schéma général de l’extension de surplomb …

Discussion

Toutes les étapes à quatre cœurs sont cruciales pour le succès de l’essai in vitro transcrit de la luciférase à base d’ARN. Une attention particulière doit être accordée à la conception des amorces, en particulier pour la séquence de promoteur T7. T7 RNA polymérase commence la transcription à partir du premier G souligné (gGG-5 ‘-UTR-Aug-) dans le promoteur T7 ajouté avant la séquence 5 ‘-UTR. Bien que le site de début de transcription (TSS) commence à partir du premier G à l’extrémité 5…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Le projet a été financé par les instituts nationaux de la santé (AI128406 www.nih.gov) à ZY et en partie par le centre de recherche sur le cancer Johnson (http://cancer.k-state.edu) sous la forme de la bourse d’été étudiants diplômés à la police.

Materials

2X-Q5 Master mix New England Biolabs M0492 High-Fidelity DNA Polymerase used in PCR
3´-O-Me-m7G(5')ppp(5')G RNA Cap Structure Analog New England Biolabs S1411L Anti reverse Cap analog or ARCA
Corning 96 Well Half-Area white flat bottom polystyrene microplate Corning 3693 Opaque walled 96 well white plate with solid bottom
Dual-Luciferase Reporter Assay System Promega E1960 Dual-Luciferase Assay Kit (DLAK)
E.Z.N.A. Cycle Pure Kit OMEGA BIO-TEK D6492 PCR purification kit
GloMax Navigator Microplate Luminometer Promega GM2010 Referred as multimode plate reader luminometer
HiScribe T7 Quick High Yield RNA synthesis Kit New England Biolabs E2050S In-Vitro transcription kit
Lipofectamine 2000 Thermo Fisher Scientific 11668019 Cationic lipid transfection reagent
NanoDrop2000 Thermo Fisher Scientific ND-2000 Used to measure DNA and RNA concentration
Opti-MEM Thermo Fisher Scientific 31985070 Reduced serum media
Purelink RNA Mini Kit Thermo Fisher Scientific 12183018A RNA purification kit
Vaccinia Capping System New England Biolabs M2080 Capping system
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References

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In Vitro Transcribed RNALuciferase Reporter AssayTranslation RegulationPoxvirus-infected CellsPoly(A) Tail5’UTR3’UTRCap ModificationPCR AmpliconT7 PromoterFirefly LuciferaseRenilla LuciferaseKozak SequenceAgarose Gel Electrophoresis
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Dhungel, P., Cantu, F., Hernandez, C., Yang, Z. In Vitro Transcribed RNA-based Luciferase Reporter Assay to Study Translation Regulation in Poxvirus-infected Cells. J. Vis. Exp. (147), e59626, doi:10.3791/59626 (2019).
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