5.15
פרופיילינג של ריבוזום או ריבו-רצף היא טכניקת רצף עמוק שמייצרת תמונת מצב של תרגום פעיל בתא. הוא מרצף באופן סלקטיבי את ה-mRNA המוגנים על ידי ריבוזומים כ…
זיהוי אזורים בגנום המשועתקים ומתורגמים לחלבונים הוא שלב חיוני בהבנת הגנום וביטויו.
זה מושג באמצעות טכניקה הנקראת פרופיל ריבוזום, המכונה גם ribo-seq. הוא ממפה את מיקומם של ריבוזומים על mRNA ומזהה mRNA המתורגמים באופן פעיל לחלבונים.
כדי לבודד את הרנ"א, יש תחילה ליזה של תאים כדי לגשת למולקולות שבתוכם. לאחר מכן הליזט מטופל ב-RNases. אנזימים אלה מנתקים את ה-mRNA שאינם מכוסים בריבוזום, ומשאירים רק את מקטעי ה-mRNA המוגנים.
לאחר מכן מפרידים את השברים המוגנים על ידי הריבוזום מהשברים הלא מוגנים באמצעות שיפוע סוכרוז.
לאחר מכן הריבוזומים מוסרים ממקטעי ה-mRNA, וה-RNA מומר ל-DNA על ידי RT-PCR, באמצעות האנזים reverse transcriptase.
לאחר מכן, הדנ"א מרוצף וממופה על גנום הייחוס. זה קובע את המיקום המדויק של הריבוזום לאורך כל mRNA.
פרופיל ריבוזום יכול גם לסייע בזיהוי מסגרות קריאה פתוחות לא מזוהות או ORF. ORF הוא אזור בדנ"א בין קודון התחלה לקודון עצירה שניתן לתרגם לחלבון. מציאת ORFs יכולה להיות מועילה בזיהוי גנים חדשים.
חשבו על המחקר של דפוסי ביטוי גנים בקו תאים של יונקים. ההליך הניסויי כולל חשיפת התאים לגירויים שעשויים להפעיל ביטוי גנים וליזום סינתזת mRNA.
ה-mRNA המתורגמים באופן פעיל מזוהים באמצעות פרופיל ריבוזום.
ניסוי זה מגלה כי גן B מתורגם בעוד גנים A ו- C לא.
הוא גם מראה שאזור קטן נוסף בגנום, שאורכו כמאה נוקלאוטידים, מתורגם באופן פעיל.
אזור בלתי מזוהה זה הוא מסגרת קריאה פתוחה שעשויה לקודד חלבון חדש המווסת על ידי הגירויים הניסיוניים.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is ribosome profiling and what does it measure?
Ribosome profiling, also called ribo-seq, is a deep sequencing technique that maps ribosome positions on mRNA to identify actively translated genes. It produces a snapshot of the translation landscape in a cell at any given moment by selectively sequencing mRNAs protected by ribosomes, revealing which genes are being translated into proteins.
Q2: How does ribosome profiling isolate and protect mRNA fragments?
Cells are lysed to access internal molecules, then the lysate is treated with RNases that cleave unprotected mRNAs. Ribosomes shield their bound mRNA from cleavage, leaving only ribosome-protected fragments. These protected fragments are then separated from cleaved fragments using a sucrose gradient for further analysis.
Q3: What role do open reading frames play in ribosome profiling analysis?
Ribosome profiling identifies open reading frames (ORFs), which are DNA regions between start and stop codons that can be translated into proteins. Discovering unrecognized ORFs helps identify new genes and novel proteins. In experimental studies, ribosome profiling can reveal previously unknown translated regions upregulated by specific cellular stimuli.
Q4: How is ribosomal RNA contamination addressed in ribosome profiling?
Ribosomal RNA (rRNA) that binds to mRNA is typically removed during ribosome profiling. However, rRNA contaminants sometimes persist. Researchers use the duplex-specific nuclease (DSN) enzyme, isolated from the Kamchatka crab hepatopancreas, which cleaves dsDNA and DNA-RNA hybrids to reduce rRNA contamination in samples.
Q5: What technical challenges does ribosome profiling face?
Ribosome profiling requires large sample amounts, timely translation inhibition, and managing RNA contamination. Flash-freezing efficiently captures ribosome distribution compared to elongation inhibitors like cycloheximide. Data analysis also demands bioinformatics expertise; the riboSeqR R package helps overcome this limitation by providing methods for resolving profiling data across multiple samples.
Q6: How does ribosome profiling convert mRNA to DNA for sequencing?
After ribosomes are removed from protected mRNA fragments, the RNA is converted into DNA using reverse transcriptase through RT-PCR. The resulting DNA is then sequenced and mapped onto a reference genome to determine the exact ribosome location along each mRNA molecule.
Q7: What applications does ribosome profiling have in studying gene expression?
Ribosome profiling enables in vivo monitoring of translation in specific organs or tissues and quantifies new protein synthesis levels. It discovers translated products including short peptides and protein isoforms with unknown functions. The technique also identifies mRNAs that remain untranslated until receiving external signals, revealing dynamic translation regulation.