Hier geben wir Details zur Herstellung von Lysaten und zur Durchführung von In-vitro-Übersetzungen mit Drosophila-Embryonen .
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Methodenartikel
Hier geben wir Details zur Herstellung von Lysaten und zur Durchführung von In-vitro-Übersetzungen mit Drosophila-Embryonen .
Die zellfreie mRNA-Translation in vitro spielte eine entscheidende Rolle beim Verständnis des Proteinsyntheseprozesses während der Genexpression bei Eukaryoten. Die Entwicklung von Lysaten aus verschiedenen Systemen für die In-vitro-Translation war maßgeblich daran beteiligt, die Rolle der meisten Komponenten der Translationsmaschinerie zu untersuchen und viele Schritte des Proteinsyntheseprozesses zu analysieren. Verschiedene Aspekte der Translation und translationalen Kontrolle wurden mit Drosophila melanogaster-Lysaten untersucht. Dieses Papier bietet detaillierte Protokolle zur Herstellung synthetischer mRNA-Vorlagen, zum Anbau groß angelegter lebender Fliegenkulturen, zur Herstellung translationsfähiger Lysate aus Drosophila-Embryonen und zur Durchführung zellfreier in-vitro-Translationsreaktionen . Dieses Protokoll ist für jede Art der Gattung Drosophila geeignet – Melanogaster, Virilis, Pseudoscura, Grimshawi, Hydei usw. Wir vergleichen dieses Protokoll weiter mit anderen Übersetzungssystemen und diskutieren Einschränkungen, kritische Schritte und Fehlersuche. Repräsentative Ergebnisse werden einbezogen, um die Leistung und Reproduzierbarkeit des Protokolls zu bewerten. Abschließend diskutieren wir mögliche Anwendungen in Biotechnologie und Forschung.
Seit über einem Jahrhundert erweist sich Drosophila als mächtiges, genetisch handhabbares Modellorganismus zur Untersuchung vieler biologischer Phänomene und Moleküle, darunter translationale Kontrolle und die Translationsmaschinerie 1,2,3,4. Die zellfreie In-vitro-Translation von Drosophila ist zu einem wirkungsvollen Werkzeug zur Untersuchung der Proteinsynthese geworden, da sie viele in vivo beobachtete Ereignisse wiederholen kann. Daher ist Drosophila ein ideales System zur Entdeckung neuer Funktionen und Moleküle, die Translation und translationale Kontrolle durchführen. Frühe Studien etablierten ein in vitro, translational kompetentes System im fliegerverwandten Arthropoden Artemia salina5 und später in Drosophila hydei6.
Später wurden in Drosophila melanogaster Lysate entwickelt, die auf exogene mRNAs reagieren. Die meisten Studien zur Drosophila-In-vitro-Translation wurden an Embryonen unterschiedlichen Alters durchgeführt, obwohl einige Varianten des Translationsreaktionspuffers von verschiedenen Forschungsgruppen verwendet wurden. Zum Vergleich sind die verschiedenen untersuchten Phänomene und die Translationsreaktionsbedingungen in Tabelle 1 aufgeführt. Neben Embryonen wurden auch Protokolle für zellfreie in-vitro-Translation mit Drosophila-Oocyten 10,22,23,24,25,26 und kultivierten Schneider- oder Kc-Zelllysaten entwickelt. Eine Beschreibung der für die In-vitro-Übersetzung erforderlichen Komponenten und ein Vergleich zwischen Lysaten verschiedener Arten sind in den Quellen33,34 beschrieben.
Obwohl der Prozess der mRNA-Translation über Eukaryoten erhalten bleibt, werden signifikante Unterschiede zwischen den Taxa meist im Beginnstadium der Translation festgestellt, wo verschiedene Moleküle die Translation während der Entwicklung auf taxon- oder artspezifische Weise unterdrücken oder fördern35,36. Dieses Protokoll eignet sich sehr gut zur Untersuchung der mRNA-Translation bei Insekten während der gesamten Entwicklung, für die Lysate von phylogenetisch entfernten Metazoen nicht verwendet werden können, einschließlich der kommerziellen Lysate aus Weizen oder Kaninchen. Tatsächlich kann dieses Protokoll die Translationsereignisse während der Embryogenese wiederholen, was bei der Verwendung von Ozytenlysaten23 nicht möglich ist. Bis heute wurde kein Vergleich zwischen Embryo-, Oocyten- und kultiviert-zelligen Drosophila-Systemen durchgeführt. Das Hinzufügen posttranslationaler Modifikationen zu den in vitro synthetisierten Proteinen ist eine Einschränkung dieses Protokolls in seinem aktuellen Zustand. Außerdem liefert diese Methode keine präparativen Proteinmengen im Vergleich zu Methoden zur Herstellung rekombinanter Proteine in Bakterien.
Hier beschreiben wir detaillierte Protokolle, um routinemäßig großflächige Käfige von Drosophila-Fliegen zu züchten, synthetische mRNA-Vorlagen herzustellen, translationsfähige Lysate aus Embryonen herzustellen und zellfreie in-vitro-Translationstests durchzuführen. Die Materialübersicht zeigt die im gesamten Protokoll benötigten Reagenzien.
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1) Template-Plasmidkonstruktion für die In-vitro-Transkription
2) In-vitro-Transkription von gekappten und polyadenylierten mRNAs
3) Routinemäßige Pflege einer großflächigen Drosophila-Kultur
4) Herstellung von Translationslysaten aus 0–12 h-alten Drosophila-Embryonen
HINWEIS: Dieses Protokoll beinhaltet keine Behandlung mit Mikrokokkalnuklease. Dieser Schritt wurde weggelassen, um eine mögliche Degradierung der exogenen Reporter-mRNA zu vermeiden, falls die Nuklease-Inaktivierung unvollständig ist. Die Hintergrundtranslation sollte in jedem Experiment mit einer No-mRNA-Kontrolle überwacht werden.
HINWEIS: Diese Methode leitet sich aus den zuvor beschriebenen Protokollen 7,12,14,15,16,17,22 ab.
5) In-vitro-Translationsreaktion
6) Quantifizierung der synthetisierten Luziferase
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Wir führten Translationsreaktionen durch, um die Effizienzvariabilität zwischen sechs unabhängigen Lysatpräparaten (d. h. biologische Wiederholungen) mit 0–12 H alten Embryonen zu analysieren. Jeder Takt stellt ein technisches Dreifach dar (Abbildung 5). Eine ähnliche translationale Effizienz wurde beobachtet, wenn auch mit gewisser Variabilität. Wir verglichen außerdem die Übersetzungseffizienz zwischen Embryonen unterschiedlicher Altersgruppen. So testeten...
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Drosophila-Lysate für zellfreie In-vitro-Translation können reproduzierbare Ergebnisse liefern. Embryonen unterschiedlichen Alters und unterschiedlicher Pufferzusammensetzung wurden verwendet, um eine Vielzahl grundlegender Phänomene in der Proteinsynthese und ihrer Maschinerie zu untersuchen (Tabelle 1). Hier beschrieben wir eine Standardmethode, die für Embryonen jeden Alters geeignet ist, um Studien präzise und quantitativ durchzuführen (
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu erklären.
N.B-Á und G.H. wurden durch das intramurale Förderprogramm des Nationalen Krebsinstituts (Instituto Nacional de Cancerología, INCan), Mexiko, unterstützt; D.E.V. ist Posdoktorand des Programms der Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI) "Estancias posdoctorales por México para la Formación y Consolidación de las y los Investigadores por México, 2022". Wir danken Fannis Missirlis und Bety Osorio (CINVESTAV, Mexiko) für die Fliegen.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Aluminiumfolie | Reynolds | N/A | Standard Haushaltsaluminiumfolie; jede gleichwertige kommerzielle Marke akzeptabel. |
| Aminosäurenmischung | Promega | L4461 | N/A |
| Apfelessig | Heinz | N/A | Kommerzieller Apfelessig (5% Säure); jede gleichwertige Marke akzeptabel. |
| Apfel- oder Traubensaft | Jumex | N/A | Kommerzieller Traubensaft; oder jede gleichwertige kommerzielle Marke. |
| Bakteriologischer Agar | Merck/Sigma-Aldrich | 9002-18-0 | N/A |
| Borsäure (H3BO3) | Merck/Sigma-Aldrich | B6768 | BioReagent, Molecular Biology Grade, ≥99.5%, Pulver; zur Herstellung von TBE-Puffer verwendet. |
| Kappe: Anti-Reverse-Cap (ARCA): 3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5´)G RNA-Kappenstruktur | BioLabs | S1411S | N/A |
| Kappe: m7G(5')ppp(5')G RNA-Kappenstrukturanalog | New England Biolabs | S1404S | N/A |
| Kappe: Nicht-funktionelles Kappenanalogon G(5´)ppp(5´)A | New England Biolabs | S1406 | N/A |
| Zentrifugenröhrchen (15 ml) | Corning | 430053 | N/A |
| Vollständiger, EDTA-freier Proteasehemmercocktail | Roche | 11836170001 | N/A |
| Creatinphosphokinase aus Kaninchenmuskel | Merck/Sigma-Aldrich | C-3755 | N/A |
| Creatinphosphorsäure, Dinatriumsalz | Merck | 1120A47950 | N/A |
| Dehydrierte Bäckergärhefe | Fleischmann's | N/A | Kommerzielle aktive Trockenhefe; jede gleichwertige Marke akzeptabel. |
| Diethylpyrocarbonat | Merck/Sigma-Aldrich | D5758 | 97%(NNR) |
| DNA Clean & Konzentrator-5 | Zymo Research | D4004 | N/A |
| Drosophila melanogaster Wildtypstamm Oregon-R | Bloomington Drosophila Stock Center, Indiana, USA | https://bdsc.indiana.edu/index.html ; Mutantenstämme von Drosophila melanogaster sowie Wildtyp-Referenzstämme anderer Drosophila-Arten, wie virilis, pseudoscura, grinshawi, hydei, usw. werden ebenfalls von diesem Stock Center bereitgestellt. | |
| Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) | Merck/Sigma-Aldrich | E9884 | ACS-Reagenz, 99,4-100,6%, Pulver; zur Herstellung von TBE-Puffer verwendet. |
| HEPES | Sigma | SLBH4583V | 99,5%(Titration) |
| Wasserstoffperoxid (H2O2) | Equate | N/A | Kommerziell (~2,5-3,5% Wasserstoffperoxidlösung; jede gleichwertige Marke akzeptabel. |
| In-vitro-Transkriptions-mMessage-mMachine-T7-, T3- oder SP6-Kit | Thermo Fisher Scientific | AM1344 und AM1348 | N/A |
| KOAc, auch als KCH3COO bezeichnet | Merck/Sigma-Aldrich | Mehrere | N/A |
| Lb-Bouillon (lennox) | Merck/Sigma-Aldrich | L3022 | 1kg |
| Luzernase-Assay-System | Promega | E1501 | N/A |
| MAXIscript T7, T3 oder SP6 in-vitro-Transkriptions-Kit | Invitrogen | AM1316 und AM1312 | N/A |
| Mg(OAc)2, auch als Mg(CH3COO)2 bezeichnet | Merck/Sigma-Aldrich | Mehrere | N/A |
| NaCl (Natriumchlorid) | J.T Baker | B17W53 | ACS-Reagenz |
| Oligonucleotide | Jede Firma | N/A | Sequenzspezifisch. |
| Pasive Lysis 5X-Puffer | Promega | E1941 | N/A |
| Pipettenspitzen | Axygen | T-200-Y | 200 Mikroliter gelbe Spitzen. |
| Pipettenspitzen | Axygen | T-1000-B | 1ml blaue Spitzen. |
| Pipettenspitzen | Axygen | T-300 | 0,5-10 Mikroliter klare Spitzen. |
| Propionsäure | Merck/Sigma-Aldrich | 79-09-04 | ACS-Reagenzgrad, ≥99,5%, flüssig. |
| PYREX® 5 mL Glass Pestle Tissue Grinder | PYREX® | 7724-5 | N/A |
| QIAprep Spin Plasmid Miniprep Kit | Qiagen | 27106 | N/A |
| QIAquick Gelextraktionskit | Qiagen | 28704 | N/A |
| Kaninchenretikuozytenlysat (RRL) | Promega | L4960 | N/A |
| Renilla-Lucerase (RLuc)-Assay-System | Promega | E2820 | N/A |
| RNasin-Ribonuclease-Inhibitor | Promega | N2111A | N/A |
| RNeasy Minielute RNA Clean up Kit | Qiagen | 74204 | N/A |
| Slide-A-Lyzer-Dialysekassetten | Thermo Scientific | 87735 (Es hängt jedoch von der molekularen Größenabtrennung ab). | N/A |
| Natriumhypochlorit (Bleach) | Clorox | N/A | Kommerzielle Bleiche (~5-6% NaOCl); jede gleichwertige kommerzielle Marke mit ähnlicher Konzentration akzeptabel. |
| Spermidin | Merck | 85558 | N/A |
| Edelstahlsieb | N/A | N/A | Jeder kommerzielle Lieferant. |
| Taq plus Precision DNA-Polymerase | Stratagene | 600211-51 | N/A |
| Transfer-Ribonucleinsäure (tRNA) aus Rinderleber Typ XI | Merck/Sigma-Aldrich | 9014-25-9 oder R4752 | N/A |
| Tris (Tris-Base) | IBI Scientific | IB70145 | Molecular Biology Grade Pulver; zur Herstellung von TBE-Puffer verwendet. |
| Triton X-100 | Sigma | SLBX9437 | Labor |
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