在此,我们提供有关如何制备裂解液并进行后续操作的详细步骤。 体外 使用翻译 果蝇 胚胎
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在此,我们提供有关如何制备裂解液并进行后续操作的详细步骤。 体外 使用翻译 果蝇 胚胎
无细胞 mRNA 体外 翻译在理解真核生物基因表达过程中蛋白质合成机制方面发挥了关键作用。不同体系来源的裂解液被广泛用于体外翻译研究,这对于解析翻译机器中大多数组分的功能以及揭示蛋白质合成过程的多个步骤至关重要。果蝇(Drosophila melanogaster)来源的裂解液已被用于研究翻译及翻译调控的多个方面。本文提供了制备合成 mRNA 模板、大规模培养活体果蝇、从果蝇胚胎中制备具有翻译活性的裂解液以及开展无细胞体外翻译反应的详细实验方案。该方案适用于果蝇属(Drosophila)的任何物种,包括黑腹果蝇(melanogaster)、virilis、pseudoobscura、grimshawi、hydei 等。我们进一步将本方案与其他翻译系统进行比较,并讨论其局限性、关键步骤及常见问题的解决方法。文中还包括代表性实验结果,以帮助评估该方案的性能与可重复性。最后,我们探讨了该技术在生物技术和科研领域的潜在应用。
一个多世纪以来, 果蝇 已被证明是一种强大的、遗传上易于操作的模式生物,可用于研究多种生物学现象和分子,包括翻译调控和翻译机制1,2,3,4. 果蝇 无细胞 体外 翻译已成为研究蛋白质合成的有力工具,因为它能够重现许多观察到的事件 体内因此, 果蝇 是发现执行翻译及翻译调控的新功能与新分子的理想系统。早期研究建立了 体外,果蝇相关节肢动物中具有翻译能力的系统 卤虫 salina5 以及后续阶段 Drosophila hydei6.
随后,开发出了对外源mRNA有响应的裂解液 黑腹果蝇. 大多数关于 果蝇体外实验 已在不同年龄的胚胎中进行了翻译,尽管不同的研究团队使用了略有差异的翻译反应缓冲液。为便于比较,下文列出了所研究的不同现象及翻译反应条件。 表1除了胚胎外,无细胞的方案 体外 使用翻译 黑腹果蝇 卵母细胞10,22,23,24,25,26 以及已开发出培养的Schneider或Kc细胞裂解物17,27,28,29,30,31,32. 所需组件的说明 体外 翻译及对不同物种裂解液的比较详见参考文献33,34.
尽管mRNA翻译过程在真核生物中是保守的,但在不同分类群之间,翻译起始阶段存在显著差异,其中多种分子以分类群或物种特异性的方式在发育过程中抑制或促进翻译35,36该方案非常适合研究昆虫在整个发育过程中的mRNA翻译,而系统发育上相距较远的后生动物裂解物(包括小麦或兔来源的商业化裂解物)则无法用于此类研究。事实上,该方案能够重现胚胎发生过程中的翻译事件,而使用卵母细胞裂解物则无法实现这一目标。23迄今为止,尚未有针对胚胎、卵母细胞和培养细胞之间的比较研究 果蝇 系统已进行相关操作。向其添加翻译后修饰 体外 合成蛋白质的产量是本方案当前状态下的一个局限性。此外,与在细菌中表达重组蛋白的方法相比,该方法无法获得制备级别的蛋白产量。
在此,我们描述了常规大规模培养笼具的详细方案 果蝇 果蝇,制备合成mRNA模板,从胚胎制备具有翻译能力的裂解液,以及进行无细胞翻译 体外 翻译实验。该 材料表 显示了整个实验方案所需的试剂。
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1) 用于模板质粒构建的 体外 转录
2) 体外 带帽和加尾的mRNA转录
3) 大规模常规维护 黑腹果蝇 培养
4)制备0–12小时龄黑腹果蝇(Drosophila)胚胎的翻译裂解液
注意:本方案不包括微球菌核酸酶处理步骤。省略此步骤是为了避免外源报告 mRNA 在核酸酶未完全失活时可能发生的降解。每次实验应使用无 mRNA 的对照组监测背景翻译水平。
注意:本方法源自先前已发表的方案7,12,14,15,16,17,22。
5) 体外 翻译反应
6) 合成的荧光素酶的定量
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我们进行了翻译反应,以分析使用0–12小时龄胚胎制备的六份独立裂解液(即生物学重复)之间的翻译效率差异。每个柱状图代表技术重复三次的结果(图5)。尽管存在一定变异,但观察到的翻译效率相似。我们还比较了不同日龄胚胎之间的翻译效率。因此,我们检测了来自0–2小时龄、0–12小时龄和0–18小时龄胚胎的裂解液,并进行了生物学重复,即使用独立制备的裂解液(图6)。我们发现,来自0–2小时龄胚胎的裂解液产生的FLuc活性最低,而来自0–18小时龄胚胎的裂解液产生的FLuc活性最高。最后,我们将黑腹果蝇(Drosophila)0–18小时龄胚胎裂解液的翻译效率与其他物种进行了比较。我们测试了来自兔网织红细胞和小麦胚芽的商用裂解液(图7)。由于兔网织红细胞和小麦胚芽的反应体系中含有70%(v/v)的裂解液,而果蝇体系含有30%(v/v)的裂解液,因此我们对所有样品均测试了含有30%或70%裂解液体积的反应体系,mRNA用量为30 ng,反应时间为1.5小时...
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果蝇 用于无细胞体系的裂解液 体外 翻译 可获得可重复的结果不同发育时期的胚胎以及缓冲液成分的多种变化已被用于研究蛋白质合成及其合成机制中的一系列基本现象。表1)。在此,我们描述了一种适用于任何发育阶段胚胎的标准方法,可用于以精确且定量的方式开展研究(表1)。当建立某种突变体果蝇的大规模培养时,该方案可用于研究特定蛋白质或基因型的功能。此外,该方法也可用于任何种类的 果蝇 属,并利用其他蝇类或其他昆虫的属进行标准化,以用于比较和进化研究。这一点尤为重要,因为目前许多昆虫的基因组已可获取。
此处所述方法存在一些值得提及的局限性。如图所示, 图6,它比其他系统效率更低,例如兔网织红细胞和小麦胚芽的商业化工业裂解物。比较这些系统会很有趣 果蝇 与其他内部自制系统(如 酿酒酵母 或HeLa。另一方面,向其添加翻译后修饰
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作者声明无任何利益冲突。
N.B-Á 和 G.H. 获得墨西哥国家癌症研究所(Instituto Nacional de Cancerología, INCan)院内资助项目的支持;D.E.V. 是墨西哥科学、人文、技术与创新秘书处(Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, SECIHTI)“2022 年墨西哥博士后研修项目以培养和巩固墨西哥研究人员”(Estancias posdoctorales por México para la Formación y Consolidación de las y los Investigadores por México, 2022)的博士后研究员。我们感谢 Fannis Missirlis 和 Bety Osorio(CINVESTAV,墨西哥)提供果蝇。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 铝箔片 | 雷诺兹 | N/A | 标准家用铝箔;任何同等商用品牌均可接受。 |
| 氨基酸混合物 | Promega | L4461 | N/A |
| 苹果醋 | 海因茨 | N/A | 市售苹果醋(5% 酸度);任何等效品牌均可接受。 |
| 苹果或葡萄果汁 | Jumex | N/A | 市售葡萄汁;或任何其他等效的市售品牌。 |
| 细菌学琼脂 | 默克/西格玛奥德里奇 | 9002-18-0 | N/A |
| 硼酸(H3BO3) | 默克/西格玛奥德里奇 | B6768 | 生物试剂,分子生物学级 ≥99.5%,粉末;用于制备TBE缓冲液。 |
| 加帽:抗反向加帽(ARCA):3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5´G型RNA帽结构 | BioLabs | S1411S | N/A |
| 帽子:m7G(5')ppp(5')G RNA 帽结构类似物 | New England Biolabs | S1404S | N/A |
| 帽:非功能性帽类似物 G(5´)ppp(5´A | New England Biolabs | S1406 | N/A |
| 离心管(15 mL) | 康宁 | 430053 | N/A |
| 完全不含EDTA的蛋白酶抑制剂混合物 | 罗氏 | 11836170001 | N/A |
| 兔肌肉肌酸磷酸激酶 | 默克/西格玛奥德里奇 | C-3755 | N/A |
| 磷酸肌酸二钠盐 | 默克 | 1120A47950 | N/A |
| 脱水面包酵母´酵母 | 弗莱施曼的 | N/A | 商用活性干酵母;任何等效品牌均可接受。 |
| 焦碳酸二乙酯 | 默克/西格玛奥德里奇 | D5758 | 97%(NNR) |
| DNA 纯化 & 浓缩仪-5 | Zymo Research | D4004 | N/A |
| 黑腹果蝇野生型品系 Oregon-R | 美国印第安纳州布卢明顿果蝇品系中心 | https://bdsc.indiana.edu/index.html;该保种中心还提供黑腹果蝇的突变品系,以及其他果蝇物种(如virilis、pseudoscura、grinshawi、hydei等)的野生型参考品系。 | |
| 乙二胺四乙酸(EDTA) | 默克/西格玛奥德里奇 | E9884 | ACS级试剂,99.4–100.6%,粉末;用于制备TBE缓冲液。 |
| HEPES | Sigma | SLBH4583V | 99.5%(滴定) |
| 过氧化氢(H₂O₂)2O2) | 等同 | N/A | 市售(约2.5–3.5%过氧化氢溶液;任何等效品牌均可接受)。 |
| 体外转录 mMessage mMachine T7、T3 或 SP6 试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | AM1344 和 AM1348 | N/A |
| KOAc,也称为 KCH3COO | 默克/西格玛奥德里奇 | 若干 | N/A |
| Lb 培养基(Lennox) | 默克/西格玛奥德里奇 | L3022 | 1 kg |
| 荧光素酶检测系统 | Promega | E1501 | N/A |
| MAXIscript T7、T3 或 SP6 体外转录试剂盒 | Invitrogen | AM1316 和 AM1312 | N/A |
| Mg(OAc)2,也称为 Mg(CH3COO2 | 默克/西格玛奥德里奇 | 若干 | N/A |
| NaCl(氯化钠) | J.T Baker | B17W53 | ACS试剂 |
| 寡核苷酸 | 任何公司 | N/A | 序列特异性。 |
| 5倍被动裂解缓冲液 | Promega | E1941 | N/A |
| 移液器吸头 | Axygen | T-200-Y | 200 微升黄色吸头 |
| 移液器吸头 | Axygen | T-1000-B | 1 ml 蓝色吸头 |
| 移液器吸头 | Axygen | T-300 | 0.5-10 微升透明吸头 |
| 丙酸 | 默克/西格玛奥德里奇 | 79-09-04 | ACS试剂级 ≥99.5%,液体。 |
| PYREX® 5 mL 玻璃研杵组织研磨器 | PYREX® | 7724-5 | N/A |
| QIAprep 旋转质粒小提试剂盒 | Qiagen | 27106 | N/A |
| QIAquick 凝胶回收试剂盒 | Qiagen | 28704 | N/A |
| 兔网织红细胞裂解液(RRL) | Promega | L4960 | N/A |
| 海肾荧光素酶(RLuc)检测系统 | Promega | E2820 | N/A |
| RNasin 核糖核酸酶抑制剂 | Promega | N2111A | N/A |
| RNeasy minielute RNA 纯化试剂盒 | Qiagen | 74204 | N/A |
| Slide-A-Lyzer透析盒 | 赛默飞世尔科技 | 87735(然而,这取决于分子量截断值)。 | N/A |
| 次氯酸钠(漂白剂) | Clorox | N/A | 市售漂白剂(约5-6% NaOCl);任何浓度相似的等效市售品牌均可接受。 |
| 亚精胺 | 默克 | 85558 | N/A |
| 不锈钢筛网 | N/A | N/A | 任何商业供应商。 |
| Taq plus 精细 DNA 聚合酶 | Stratagene | 600211-51 | N/A |
| 牛肝型tRNA(转运核糖核酸)XI型 | 默克/西格玛奥德里奇 | 9014-25-9 或 R4752 | N/A |
| Tris(Tris 碱) | IBI Scientific | IB70145 | 分子生物学级粉末;用于制备TBE缓冲液。 |
| Triton X-100 | Sigma | SLBX9437 | 实验室级别 |
| UltraPure 琼脂糖 | Invitrogen | 16500500 | N/A |
| 无味明胶粉 | 诺克斯 | N/A | 市售无味明胶粉;任何等效品牌均可接受。 |
| 未精制甘蔗糖(piloncillo) | N/A | N/A | 商用墨西哥未精制全甘蔗糖;任何等效品牌均可接受。 |
| 载体:pBluescript SK 或 KS(+/-) | Stratagene | 200301 | N/A |
| 载体:pGEM-T 或 pGEM-T Easy。 | Promega | A3600 和 A1360 | N/A |
| 载体:InsTAclone PCR 克隆试剂盒中的 pTZ57 R/T 载体 | 赛默飞世尔科技 | K1213 和 K1214 | N/A |
| 小麦胚芽提取物 | Promega | L4380 | N/A |
| XhoI 限制性内切酶 | New England Biolabs | R0146 | N/A |
| ZymoPURE 质粒小提试剂盒 | Zymo Research | D4212-B | N/A |
| 仪器设备 | |||
| 设备名称 | 公司 | 货号 | 评论/描述 |
| Accuris 分析天平 | Accuris Instruments | W3100A-120 | N/A |
| Epoch 微孔板分光光度计 | BioTek 仪器 | BT7310043 | N/A |
| Finnpipette F2 | 赛默飞世尔科技 | LH63501 | 100-1000 微升移液器 |
| Finnpipette F2 | 赛默飞世尔科技 | 4642080 | 20-200 微升移液器 |
| Finnpipette F2 | 赛默飞世尔科技 | 4642050 | 2-20 微升移液器 |
| Finnpipette F2 | 赛默飞世尔科技 | 4642010 | 0.2-2 微升移液器 |
| Finnpipette F2 | 赛默飞世尔科技 | 4642030 | 1-10 微升移液器 |
| GloMax 20/20 发光仪 | Promega | E5311 | N/A |
| Heratherm 培养箱 IMC 18 | 赛默飞世尔科技 | 50126464 | N/A |
| MaxQ 4450 台式轨道摇床 | 赛默飞世尔科技 | SHKE4450 | N/A |
| MultiGene OptiMax 梯度PCR仪 | Labnet International | TC9610 | 115V 型号 |
| Prism R 制冷型微量离心机 | Labnet International | C2500-R | 配备24孔转子,115V |
| UVP MultiDoc-It 成像系统 | UVP | UVP97019501 | N/A |
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