In diesem Video-Artikel beschreiben wir die in vitro Synthese von modifizierten mRNA zur Induktion der Proteinexpression in den Zellen.
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Methodenartikel
In diesem Video-Artikel beschreiben wir die in vitro Synthese von modifizierten mRNA zur Induktion der Proteinexpression in den Zellen.
Die exogene Lieferung von Codierungs synthetischen Boten-RNA (mRNA) für die Induktion der Proteinsynthese in gewünschten Zellen hat ein enormes Potenzial in den Bereichen der regenerativen Medizin, Grund Zellbiologie, Behandlung von Krankheiten und Reprogrammierung von Zellen. Hier beschreiben wir eine Schritt für Schritt das für die Erzeugung der modifizierten mRNA mit verringerter Immunaktivierungspotential und eine erhöhte Stabilität, die Qualitätskontrolle des hergestellten mRNA, die Transfektion von Zellen mit mRNA und Verifizierung der Protein-Expression induziert durch Durchflusszytometrie. Bis zu 3 Tage nach einer einzigen Transfektion mit eGFP mRNA, die transfizierten HEK293 Zellen produzieren eGFP. In diesem Video-Artikel wird die Synthese von eGFP mRNA als ein Beispiel beschrieben. Jedoch kann das Verfahren für die Herstellung von anderen gewünschten mRNA angewendet werden. Verwendung des synthetischen modifizierten mRNA können Zellen induziert werden, um vorübergehend die gewünschten Proteine, die sie normalerweise nicht ausdrücken würde auszudrücken.
In Zellen, die Transkription von Messenger-RNA (mRNA) und die folgende Übersetzung der mRNA in die gewünschten Proteine zu gewährleisten das reibungslose Funktionieren von Zellen. Angeborene oder erworbene genetische Störungen können zu einer unzureichenden und dysfunktionale Synthese von Proteinen führen und zu schweren Krankheiten. Somit ist ein neuer Therapieansatz, um die Produktion von fehlenden oder defekten Proteine induzieren die exogene Lieferung von synthetischen modifizierten mRNA in Zellen, die für das gewünschte Protein. Dabei werden Zellen ausgelöst, um funktionelle Proteine, die sie normalerweise nicht produzieren oder wäre natürlich nicht nötig zu synthetisieren. Mit diesem Ansatz können genetische Erkrankungen, die durch Einführung von mRNA korrigiert werden, dass die für das defekte oder fehlende protein 1. Die mRNA-Therapie kann auch für die Impfung verwendet werden, um Protein-Antigene, die von Tumorzellen oder Pathogene exprimiert werden, zu synthetisieren sind. Dadurch kann Immunsystem des Wirts aktiviert werden, effektiv zu eliminieren oder zu verhindern, Tumorzellen InFEctions 2,3. Ferner ist in den letzten Jahren mRNA wurde erfolgreich verwendet, um induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) zu erzeugen. Zu diesem Zweck wurden Fibroblasten mit mRNAs transfiziert, um induzieren die Expression von Reprogrammierungsfaktoren 4-6 und sie in iPS-Zellen mit einem enormen Potenzial in der regenerativen Medizin zu konvertieren.
Bisher wurde die Verwendung von herkömmlichen mRNA mit niedriger Stabilität und starke Immunogenität assoziiert. So wurden klinische Anwendungen der herkömmlichen mRNAs beschränkt. Aber der Austausch von Cytidin und Uridin durch 5-Methylcytidin und Pseudouridin in der mRNA-Moleküls durch Kariko und Kollegen gerendert mRNA-Molekülen in biologischen Flüssigkeiten stabil und drastisch reduziert Immunaktivierung 7-10, die nun ermöglicht die klinische Anwendbarkeit der modifizierten mRNA.
Verwendung synthetisch hergestellte modifizierte mRNAs können gewünschte Gentranskripten vorübergehend in vivo 11 geliefert werdenoder in vitro, um die Proteinexpression zu induzieren. Die eingeführte mRNA unter physiologischen Bedingungen durch die zelluläre Translationsmaschinerie übersetzt. Aufgrund mangelnder Integration in das Wirtszellgenom Vergleich zu viralen Gentherapie-Vektoren, wird das Risiko einer Onkogenese verhindert 12,13. Somit wird die Therapie mit modifizierten Kunst mRNA besser klinische Akzeptanz in der Zukunft.
Hier beschreiben wir ein detailliertes Protokoll zur Herstellung der modifizierten mRNA (Figur 1), die Transfektion von Zellen mit mRNA und die Bewertung der Protein-Expression in transfizierten Zellen.
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1. Augmentation von Plasmiden, die gewünschten Codier- DNA-Sequenzen (CDS)
3. Kontroll Schritt: Qualität der PCR Produkt
4. In vitro-Transkription (IVT)
5. Behandlung von gereinigten mRNA mit Antarctic Phosphatase
6. Steuer Schritt: Qualität synthetisierter Modifizierte mRNA
7. Vorbereitung der Zellen für die Transfektion
8. Durchführen von mRNA Transfektion von Zellen
9. Durchflusszytometrische Analysen der eGFP-Expression in Zellen
10. Die Messung der Proteinexpression im Laufe der Zeit
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Mit einem pcDNA 3.3 Plasmid, das die CDS der eGFP wurde die Synthese von modifizierten eGFP mRNA hergestellt (Abbildung 1). Nach Einsatz von PCR-Amplifikation und Poly-T-Tailing ist eine klare Bande mit einer Länge von etwa 1.100 bp nachgewiesen (Abbildung 2). Erhöhen der IVT Zeit verstärkte die Ausbeute an mRNA (Figur 3). Nach der IVT wurde ein klares mRNA-Bande mit einer Länge von etwa 1.100 bp nachgewiesen, die auf die Länge des eGFP mRNA produziert werden (F...
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Die mRNA-Therapie hat ein enormes Potenzial im Bereich der regenerativen Medizin, Behandlung von Krankheiten und Impfungen. In diesem Video zeigen wir die Herstellung einer stabilisierten, modifizierten mRNA zur Induktion der Proteinexpression in den Zellen. Unter Verwendung dieses Protokolls kann andere gewünschte mRNA erzeugt werden. Die in vitro Synthese von modifizierten mRNA erlaubt die Transfektion von Zellen mit der gewünschten mRNA die Expression von Zielproteinen zu induzieren. Dadurch wird das gewünsc...
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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Dieses Projekt wurde von dem Europäischen Sozialfonds in Baden-Württemberg, Deutschland finanziert.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Zellkultur | |||
| DMEM, hoher Glukosegehalt | PAA | E15-009 | |
| FBS | Life Technologies | 10500 | |
| Penicillin/Streptomycin | PAA | P11-010 | 100x |
| L-Glutamin | PAA | M11-004 | 200 mM |
| DPBS ohne Calcium und Magnesium | PAA | E15-002 | |
| 0,04 % Trypsin / 0,03 % EDTA | Promocell | C-41020 | |
| TNS | Promocell | C-41120 | Trypsin-Neutralisationslösung, 0,05 % Trypsin-Inhibitor in 0,1 % BSA |
| HEK-293 Zellen | ATCC | CRL-1573< | |
| Gewebekulturplatten, 12-Well | Corning | 3512 | |
| Zellkulturflasche (75 cm2) | Corning | 430641 | |
| DNase- und RNase-freie 1,5 ml sterile Mikrozentrifugenröhrchen | Eppendorf | 0030 121.589 | Safe-Lock, Biopur |
| 15 ml konische Tuben | greiner bio-one | 188271 | |
| PCR-saubere und sterile epT.I.P.S. Dualfilter-Pipettenspitzen | Eppendorf | 10 & micro; l: 022491202; 100 &Mikro; l: 022491237; 1.000 & Mikro; l: 022491253 | |
| Cryovial | greiner bio-one | 122279-128 | Cryo.s |
| 14 ml Polypropylen-Rundbodenröhrchen für Bakterienkulturen | BD Falcon | 352059 | |
| Plasmidamplifikation und -reinigung | |||
| pcDNA 3.3_eGFP Plasmid | Addgene | 26822 | |
| One Shot Top10 chemisch komponentiert Escherichia coli | Invitrogen | C4040-10 | |
| Steriles Wasser (Ampuwa) | Fresenius Kabi | 1636071 | |
| LB medium (Luria/Miller) | Carl Roth | X968.1 | 25 g L-1 in sterilem Wasser auflösen. |
| LB-Agar (Luria/Miller) | Carl Roth | X969.1 | 40 g L-1 in sterilem Wasser auflösen. |
| Ampicillin Fertige Lösung | Sigma Aldrich | A5354 | 100 mg/ml |
| Glycerol | Sigma Aldrich | G2025 | |
| QIAprep Spin Miniprep Bausatz | Qiagen | 27104< | |
| HotStar HiFidelity Polymerase Kit | Qiagen | 202602 | |
| QIAquick PCR-Aufreinigungskit | Qiagen | 28106 | |
| MEGAscript T7 Bausatz | Life Technologies | AM1334 | |
| 5-Methylcytidin-5&akut;-triphosphat | Trilink | N1014 | 5-Methyl-CTP |
| Pseudouridin-5&akut;-triphosphat | Trilink | N1019 | Pseudo-UTP |
| 3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5&akut;)G-RNA-Kappenstruktur analog | New England Biolabs | S1411L | |
| RiboLock RNase Inhibitor | Thermo Scientific | EO0381 | 40 U/µ l |
| TURBO DNase | Life Technologies | AM1334 | 2 U/&Mikro; l (aus dem MEGAscript T7 Kit) |
| Antarktische Phosphatase | New England Biolabs | MO289S | |
| RNeasy Mini-Bausatz | Qiagen | 74104 | |
| RNaseZap-Lösung | Life Technologies | AM9780< | |
| Lipofectamine 2000 Transfektionsreagenz | Invitrogen | 11668-019 | Kationisches Reagenz zur Lipidtransfektion |
| Opti-MEM I Reduziertes Serum Medien | Invitrogen | 11058-021 | Verbessertes minimales essentielles Medium (MEM), das eine Reduzierung der Supplementierung mit fötalem Rinderserum (FBS) ermöglicht |
| Gelelektrophorese | |||
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| Geliertes Nukleinsäure-Gel-Färben | Biotium | 41003 | 10.000x in Wasser |
| peqGOLD Range Mix DNA-Leiter | Peqlab | 25-2210< | |
| CellFIX (1x) | BD Biosciences | 340181 | 10x Konzentrat |
| Primer für Insert-Amplifikation und Poly (T) Tail PCR | |||
| Forward Primer (HPLC-Qualität) 10 & Mikro; M | Ella Biotech | 5&akut;-TTGGACCCTCGTAC AGAAGCTAATACG-3&akut; | |
| Reverse Primer (HPLC-Qualität) 10 & Mikro; M | Ella Biotech | 5&akut;- T120-CTTCCTACT CAGGCTTTATTCAA AGACCA-3&akut; | |
| Equipment | |||
| Cell Inkubator | Binder | CO2 (5%) und O2 (20%) | |
| CASY Zellzähler | Schä rfe System | ||
| Sterile Werkbank | BDK Luft-und Reinraumtecknik GmbH | ||
| Bakterien-Inkubator | Incutec | ||
| Wasserbad | |||
| ScanDrop Spektralphotometer | Analytischer Jena | ||
| PCR Thermocycler | Eppendorf | ||
| Mikrozentrifuge | Eppendorf | ||
| Vortex | peqlab | ||
| Thermomixer | Eppendorf | ||
| Gel Gerät für die Elektrophorese | Bio-Rad | ||
| Gel Dokumentationssystem | Bio-Rad | ||
| FACScan System | BD Biosciences | ||
| Fluoreszenzmikroskop | Nikon | ||
| Phasenkontrast-Mikroskop | Zeiss |
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