L’analyse de l’abondance de l’ARN d’une cellule ou d’un tissu, telle qu’examinée par microréseau ou séquençage de l’ARN, s’est avérée un outil puissant pour comprendre les moteurs moléculaires des phénotypes mutants. Cependant, ces outils d’analyse relativement incomplets peuvent ne pas informer sur la physiologie ou le protéome de la cellule, en particulier dans les systèmes où de nombreux ARNm sont stockés avant la traduction tels que les cellules neurales et germinales. Dans ces systèmes, la définition de la population d’ARNm traduite activement en protéines, ou le translatome de la cellule, peut être un meilleur indicateur de l’état physiologique réel de la cellule1,2. Par exemple, les cellules germinales à divers stades de développement transcrivent les ARN qui sont stockées pour une traduction ultérieure, entraînées soit par le développement3, soit par des signaux de signalisation4. Ce processus est illustré par les ARNm codant les protamines, dans laquelle la transcription de l’ARNm est détectable quelques jours avant que la protéine ne soit fabriquée1,2,5,6. De même, les cellules neurales transcrivent l’ARN dans le noyau et le transportent vers le bas de l’axone, comme c’est le cas avec l’actine7. En plus de ces systèmes cellulaires spécialisés, les transcriptomes à état stable sont peu susceptibles d’être informatifs dans les modèles où le stockage de l’ARN, la biogenèse ribosome, ou la traduction de l’ARNm sont touchés. Plusieurs autres facteurs peuvent également avoir un impact sur le bassin d’ARN à l’état stable d’une cellule, notamment la carie de l’ARNm et l’activité des protéines liant l’ARN. Dans ces cas, des outils robustes pour analyser les ARN associés au ribosome ou les ARNm en cours de traduction active sont plus susceptibles de produire des résultats biologiquement pertinents.
À cette fin, plusieurs méthodes ont été développées pour identifier les messages associés au ribosome ou traduits activement. Le profilage polysome, qui fournit un instantané des transcriptions associées de ribosome, a été employé pendant beaucoup de décennies pour isoler les ARN intacts liés aux sous-unités ribosomal ou aux complexes mono-, di-, et poly-ribosome3. En bref, les lysates de cellules collectés sont appliqués à un gradient linéaire de saccharose et centrifugés comme vitesse élevée, ayant pour résultat la séparation des sous-unités de ribosome, des ribosomes intacts, et des polysomes par taille. Traditionnellement, cette technique a été appliquée pour étudier un ou quelques ARNm, mais récemment cette méthode a été combinée avec des études RNA-seq pour élucider la fonction des régulateurs translationnels potentiels8,9 Bien qu’un moyen puissant de différencier entre la traduction active et non-traduction mRNAs10, le profilsomeing nécessite des méthodes fastidieuses (fractionnement de gradient et ultracentrifuge) et peut exiger une bonne affaire de l’analyse de l’échantillon de faire l’analyse de l’échantillon rare populations difficiles.
Une autre approche à l’examen du translatome est le profilage ribosome, qui identifie les parties des transcriptions directement associées au ribosome. En bref, des fragments d’ARN associés de ribosome sont générés par l’intermédiaire de l’essai de protection de RNase, des complexes individuels de ribosome séparés par l’intermédiaire du gradient de saccharose, et des fragments associés d’ARN isolés et convertis en étiquettes d’ARN-seq propices au séquençage profond11. L’un des principaux avantages du profilage des ribosomes est la capacité de déterminer les emplacements spécifiques des ribosomes au moment de l’isolement, ce qui permet l’identification des sites de démarrage de la traduction, le calcul de l’occupation et de la distribution des ribosomales, et l’identification des stalles de ribosome12. Cependant, cette méthode présente plusieurs inconvénients inhérents, y compris les besoins d’équipement (fractionneur de gradient et ultracentrifuge), un protocole relativement complexe qui nécessite un dépannage étendu, et des problèmes de calcul difficiles à gérer par l’utilisateur inexpérimenté11. Fait important, le profilage des ribosomes est principalement appliqué aux cellules isolées en culture et nécessite un matériau substantiel, ce qui rend son application à des tissus mixtes de type cellulaire ou des cellules triées à partir in vivo limitée.
La méthode riboTag mammifère, développée par Sanz et coll. en 200913, élimine un certain nombre de questions inhérentes au profilage polysome et ribosome. Dans cette méthode, les ARN ribosome-associés peuvent être isolés des types spécifiques de cellules permettant l’étude des translatomes spécifiques de type cellulaire dans les tissus complexes sans techniques supplémentaires d’isolement et équipement spécialisé, comme est nécessaire dans d’autres méthodes13,14. La base de la méthode RiboTag est un modèle de souris transgénique (RiboTag) portant un locus modifié pour le gène de protéine sous-unit ribosomal 60S Rpl22. Ce locus (Rpl22-HA) comprend un exon terminal floxé suivi d’une copie supplémentaire de l’exon terminal modifié pour inclure une étiquette d’hémagglutinine C-terminale (HA) dans la région de codage. Lorsqu’il est croisé à une souris exprimant une cellule spécifique Cre Recombinase, l’exon floxed est enlevé permettant l’expression de RPL22 étiqueté HA d’une manière spécifique à la cellule (Figure 1). L’étiquette HA peut ensuite être utilisée pour immunoprécipiter (IP) ribosomes et leurs ARN associés à partir du type de cellule sélectionné.
En plus de la publication initiale qui a développé la technique, plusieurs autres laboratoires ont utilisé le modèle RiboTag. Divers tissus tels que la souris Sertoli et les cellules Leydig15, microglies16, neurones17,18, ovocytes19, et les cellules cultivées20 ont été profilés et étudiés. Bien que ce protocole soit clairement capable d’isoler avec succès les ribosomes et les ARN associés à travers un type de tissu diversifié, il y a encore des domaines qui doivent être améliorés, en particulier lorsqu’ils sont appliqués aux systèmes mutants. En particulier, la dépendance commune sur les tissus frais entraîne une variation technique accrue qui peut réduire considérablement la puissance de l’analyse. Deuxièmement, l’identification confiante des cibles traduites différemment est rendue plus difficile lorsque le fond élevé d’immunoprécipitation se produit des types de cellules recombinés nonCre comme précédemment rapporté13. Alors que Sanz et coll. ont conçu la prémisse de base de la technique, dans ce manuscrit, le laboratoire Snyder présente l’optimisation du protocole pour réduire ces préoccupations, rendant la méthode plus pratique et plus efficace.
L’objectif de cet article est d’expliquer les étapes pour les souris reproductrices exprimant des ribosomes étiquetés par HA spécifiques aux cellules, immunoprécipitant ces ribosomes à partir d’échantillons congelés au flash et purifiant leurs ARN associés pour d’autres analyses en aval. Comme la cellule germinale mâle des mammifères et la mutation de l’infertilité étudiée posent des défis uniques, des efforts ont été faits pour éclairer les façons dont cette technique peut être adaptée à d’autres systèmes cellulaires.