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Research Article
Mame Daro Faye1, Tyson E Graber2, Martin Holcik3
1Apoptosis Research Centre, Children's Hospital of Eastern Ontario Research Institute and Department of Biochemistry, Microbiology and Immunology,University of Ottawa, 2Montreal Neurological Institute, 3Apoptosis Research Centre, Children's Hospital of Eastern Ontario Research Institute and Department of Pediatrics,University of Ottawa
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
La capacité des cellules à s’adapter au stress est cruciale pour leur survie. La régulation de la traduction de l’ARNm est l’une de ces stratégies d’adaptation, permettant une régulation rapide du protéome. Ici, nous fournissons un protocole standardisé de profilage des polysomes pour identifier des ARNm spécifiques qui sont traduits sélectivement dans des conditions de stress.
Régulation de la synthèse des protéines représente un point de contrôle clé dans la réponse cellulaire au stress. En particulier, des éléments de régulation de l'ARN discret ont été montrés pour permettre à la traduction sélective des ARNm spécifiques, qui codent pour des protéines généralement nécessaires pour une réaction de stress particulier. L'identification de ces ARNm, ainsi que la caractérisation des mécanismes de régulation chargées de la traduction sélective a été à la pointe de la biologie moléculaire pour un certain temps. Profilage polysome est une méthode pierre angulaire dans ces études. Le but de polysome profilage est de capturer traduction de l'ARNm en immobilisant ribosomes traduisant activement sur différents transcrits et séparer les polyribosomes résultant par ultracentrifugation sur un gradient de saccharose, ce qui permet d'établir une distinction entre les transcriptions très traduits et les mal traduits. Ceux-ci peuvent ensuite être en outre caractérisés par des méthodes de biologie moléculaire et de biochimie classiques. Surtout, p combinantolysome profilage haut débit avec des approches de génomique permet une analyse à grande échelle de régulation de la traduction.
Régulation de la synthèse protéique (traduction) est un processus cellulaire clé qui est intimement liée à la survie cellulaire. Étant donné que la traduction consomme plus de 50% de l'énergie de la cellule, il est peu surprenant que la traduction est strictement réglementée et que les perturbations dans la traduction ne sont pas bien toléré. En revanche, de nombreux processus cellulaires aberrantes exiger que la machinerie de traduction et de sortie de traduction (par exemple du protéome) doivent être modifiés. Cela est souvent le cas dans divers états d'intervention et de stress, les maladies et est probablement le meilleur exemple dans le cancer. Un avantage clé de contrôle de la traduction est la capacité des cellules à reprogrammer rapidement la production de la protéine en réponse à différents déclencheurs externes et internes, le mécanisme de réglage fin ainsi que pencher la balance entre la survie et la mort cellulaire 1.
Deux aspects de contrôle de la traduction sont particulièrement intéressants; la compréhension de la nature de la régulation mechanism (s) et de contrôle des éléments qui permettent de traduction spécifique, et l'identification des ARNm spécifiques et de leurs produits de protéines qui participent à la réponse cellulaire à la gâchette particulier qui a suscité traduction sélective en premier lieu. Polysomes profilage est une technique qui permet d'étudier efficace des deux processus.
L'objectif global de la technique polysome de profilage est d'étudier et de quantifier l'état de la traduction des ARNm spécifiques dans des conditions cellulaires. Le principe de la technique est de capturer traduction de l'ARNm par '' geler '' ribosomes traduisant activement sur différents transcrits et séparer les polyribosomes résultant par ultracentrifugation sur un gradient de saccharose, ce qui permet d'établir une distinction entre les transcriptions très traduits (liée par plusieurs ribosomes) et les mal traduit (lié par un ou deux ribosomes). Dans ce protocole particulier, le cycloheximide antibiotique qui se lie à la60S de la sous-unité ribosomique et bloque la libération de déacétylé ARNt du site E ribosome 2, est utilisée pour inhiber la translocation du ribosome et caler ribosomes sur les ARNm de traduction. Cependant, d'autres agents de blocage, tels que l'émétine cette traduction aussi des blocs allongement 3, peut être utilisé.
Contrairement à la Western blot et 35 S-méthionine techniques de marquage qui mesurent le résultat final du processus de traduction, polysome profilage a l'avantage de mesurer les ribosomes association avec des ARNm activement traduits, ce qui permet une étude plus détaillée des mécanismes de traduction dans différentes conditions. Par conséquent, la technique peut être facilement adapté pour étudier spécifiquement les différents modes de traduction 4-6, facteurs de protéines impliquées dans la régulation de la traduction 7-9, les conditions de stress affectant la synthèse des protéines 1,10,11 ou les effets des structures d'ARNm tels que IRES ou en amont cadres de lecture ouverts sur la protéine synthéSIAE 12-14. Aujourd'hui, polysome Profilage des applications sont encore plus large avec l'utilisation de puces à ADN 15 ou séquençage de nouvelle génération 16,17 à analyser polysomes associés ARNm.
NOTE: Une note sur le travail avec ARN: Prendre les précautions habituelles contre la dégradation de l'ARN par RNases. Utiliser des gants, des conseils barrière de pipettes, vaisselle en plastique sans RNase et les produits chimiques dans toutes les étapes du protocole. Utilisation ultra pure ou de l'eau traitée au DEPC pour toutes les solutions. Décontaminer les surfaces présumés avec une solution d'inactivation RNase suivant le protocole du fabricant.
1. Préparation des solutions.
2. Préparation de gradient de saccharose utilisant une machine automatisée Gradient
3. lyse cellulaire et ultracentrifugation.
4. Gradient système fractionnement Instrument Set-up.
5. fractionnement en gradient et la collecte des échantillons.
6. Laver
NOTE: (cette étape est facultative doivent être effectuées que si plusieurs gradients doivent être collectés).
7. nettoyage final.
8. Isolation d'ARN à partir de fractions de saccharose.
9. L'isolement de protéines à partir de saccharose fractions.
Nous avons récemment décrit un nouveau rôle pour le suppresseur de tumeur PDCD4 comme un inhibiteur sélectif de la traduction des ARNm codant pour des inhibiteurs apoptotiques XIAP et Bcl-xL 12 IRES-hébergement. Profilage polysome était une technique clé pour démontrer l'implication spécifique de PDCD4 dans la traduction IRES-médiation. Les cellules HEK293 ont été transfectées de manière transitoire pour épuiser les niveaux endogènes de PDCD4 (figure 1A) et ensuite soumis à une analyse polysomes profil. Nous avons observé que la réduction des niveaux de PDCD4 ne portent pas atteinte à la traduction cellulaire mondial, à en juger par l'absence de changements dans le profil de polysome lorsque l'on compare siCTRL et siPDCD4 cellules traitées (figure 1B). De même, la distribution de polysomes IRES non-XIAP variant de 19 est resté inchangé entre les cellules traitées et non traitées (Figure 1C). En revanche, polysome distribution des ARNm deux IRES-hébergeant, XIAP et Bcl-xL, a été modifiée de façon significative. En l'absence de PDCD4 la distribution de ces deux ARNm est décalé dans ribopolysomes lourds (figure 1D, E). Depuis ce ne soit pas accompagnée de changements dans les niveaux de XIAP et Bcl-xL ARNm (figure 1F) ces résultats à l'état stationnaire démontrent une amélioration de la traduction de la protéine XIAP et Bcl-xL dans les cellules avec des niveaux réduits PDCD4, qui a été confirmée par Western blot (Figure 1G).

Figure 1:. Polysomes profilage identifie PDCD4 comme inhibiteur sélectif de la traduction XIAP et Bcl-xL (A) des cellules HEK293 ont été traitées avec ou PDCD4 siRNA contrôle (CTRL), le siRNA ciblant non, lysées et soumises à une analyse Western blot avec des anticorps anti-PDCD4 et des anticorps anti-nucléoline de vérifier l'étendue de PDCD4 knock-down. (B) PDCD4 a été renversé comme dans (A) etLes lysats cellulaires ont été soumis à des polysomes profilage. Profil de polysome représentatif est montré dans le panneau supérieur; la distribution de l'IRES de XIAP non (C), Bcl-xL (D), et d'IRES de XIAP (E) par rapport à celui des ARNm de GAPDH est représenté comme le pour cent de l'ARNm total (% de l'ARNm) dans chaque fraction. (F) Steady les niveaux d'ARNm -state ont été mesurés par RT-PCR quantitative en PDCD4 siRNA ou de contrôle (CTRL) siRNA cellules traitées. (G) Les lysats provenant de (A) ont également été soumis à une analyse Western blot avec des anticorps anti-XIAP, anti-Bcl-xL, et anticorps anti-nucléoline. (NB. Les données présentées dans la figure 1 ont été à l'origine publié en 12) Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
La capacité des cellules à s’adapter au stress est cruciale pour leur survie. La régulation de la traduction de l’ARNm est l’une de ces stratégies d’adaptation, permettant une régulation rapide du protéome. Ici, nous fournissons un protocole standardisé de profilage des polysomes pour identifier des ARNm spécifiques qui sont traduits sélectivement dans des conditions de stress.
Nous sommes reconnaissants envers les membres passés et présents du laboratoire, en particulier Urszula Liwak, pour la discussion critique concernant les protocoles de profilage des polysomes et le partage des données. Ces travaux ont été financés par des subventions de fonctionnement des Instituts de recherche en santé du Canada, de la Société de recherche sur le cancer et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada. MDF a été soutenu par la bourse d’études supérieures du Canada Vanier au doctorat et la bourse d’études supérieures de l’Ontario, et ce travail fait partie de sa thèse de doctorat.
| Gradient Master 108 machine à gradient automatisée | BIOCOMP | 107-201M | |
| Auto Densi-Flow machine à gradient à deux chambres | LABCONCO | 4517000 | |
| Beckman Ultracentrifuge  ; | Beckman Coulter | Modèle # L-100-XP | |
| Fractionneur de gradient de densité | TELEDYNE ISCO | 69-3873-246 | Composé de : système de perçage de tube, pompe péristaltique, détecteur UA-6 avec filtres de 254 et 280 nm et Foxy R1 Fraction |
| Collector Logiciel d’acquisition de données WinDaq DATAQ | INSTRUMENTS | WINDAQ/LITE | |
| http://www.dataq.com/products/software/acquisition.htmTubes à centrifuger ultra-centrifugeux Pollyallomer (pour SW41, 14 x 89 mm) | Tubes à centrifugerBeckman Coulter | 331372 | |
| sans nucléases de 2 ml (nez de dauphin) | DiaMed | PRE1900-N | |
| Tubes à centrifuger de 2 ml sans nucléases (à fond plat) | SafeSeal | 12000 | |
| Saccharose (sans nucléases) | Calbiochem | 573113 | MW = 342,3 g/mol |
| Cycloheximide | SIGMA | C7698 | MW = 281,4 g/mol. Remettre en suspension dans le DMSO et maintenir à -80 °C pour un isolement à long terme. Attention : TOXIQUE ! Peut provoquer des voies respiratoires et une irritation de la peau. Portez un masque lors de la pesée. |
| Chlorure de sodium (sans nucléases) | OmniPur | 7710 | MW = 58,44 g/mol |
| MgCl2.6H2O (sans nucléases) | OmniPur | 5980 | MW = 203,3 g/mol |
| Tris Base (sans nucléases) | J.T. Baker | 4109-01 | MW = 121,14 g/mol |
| Triton X-100 | OmniPur | 9400 | Attention : TOXIQUE ! Peut provoquer des voies respiratoires reproductrices et une irritation cutanée |
| RNasin recombinante Inhibiteur de la ribonucléase | Promega | N2515 | |
| RNaseZap Rnase solution d’inactivation | Ambion, Life Technologies | AM9780 | |
| GlycoBlue Coprecipitant (15 mg/ml) | Invitrogen, Life Technologies | AM9516 | |
| Acide-phénol :Chloroforme, pH 4,5 (avec IAA, 125:24:1) | Ambion, Life Technologies | AM9722 | Attention : TOXIQUE ! Peut provoquer une irritation des voies respiratoires ainsi qu’une irritation et une corrosion de la peau |