כאן, אנו מציגים פרוטוקול האינטראקציה ללכוד להחיל על Arabopopsis thaliana עלה mesophyll protoplasts. שיטה זו מסתמכת באופן קריטי על vivo UV crosslinking ומאפשר בידוד וזיהוי של חלבונים mRNA מחייב הצמח מסביבה פיזיולוגית.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול האינטראקציה ללכוד להחיל על Arabopopsis thaliana עלה mesophyll protoplasts. שיטה זו מסתמכת באופן קריטי על vivo UV crosslinking ומאפשר בידוד וזיהוי של חלבונים mRNA מחייב הצמח מסביבה פיזיולוגית.
RNA מחייב חלבונים (RBPs) לקבוע את גורלם של RNAs. הם משתתפים בכל המסלולים ביוגנזה רנ"א ובמיוחד לתרום שלאחר תקנת גנים תקנה (PTGR) של RNAs השליח (mRNAs). בשנים האחרונות, מספר mRNA-proteomes כבול מן השמרים שורות תאים יונקים היו מבודדים בהצלחה באמצעות שיטה חדשנית בשם "mRNA אינטראקציה ללכוד", המאפשר זיהוי של mRNA מחייב חלבונים (mRBPs) ישירות מתוך סביבה פיזיולוגית. השיטה מורכבת מ - vivo אולטרה סגול (UV) crosslinking, משוך מטה וטיהור של מסנג 'ר ribonucleoprotein קומפלקסים (mRNPs) על ידי חרוזים אוליגו (DT), ואת זיהוי שלאחר מכן של חלבונים crosslinked על ידי ספקטרומטריית מסה (MS). לאחרונה, על ידי יישום שיטה זהה, כמה צמחים mRNA כבול חלבונים דווחו בו זמנית ממקורות רקמה שונים ארבידופסיס : שתילים etiolated, רקמת עלה,עלה prooplasts mesophyll, ותאי שורש תרבותי. כאן, אנו מציגים את אופטימיזציה mRNA אינטראקציה ללכוד שיטת ארבידופסיס thaliana protoplasts mesophyll עלה, סוג התא המשמש כלי רב תכליתי עבור ניסויים הכוללים מבחני הסלולר השונים. התנאים התשואה חלבון אופטימלי כוללים את כמות הרקמות החל ואת משך קרינה UV. ב- mRNA-proteome שהתקבל בניסוי בקנה מידה בינוני (10 7 תאים), RBPs ציינו כי קיבולת ה- RNA מחייב נמצאו לייצג יתר על המידה, ורבים RBPs מזוהים זוהו. הניסוי יכול להיות scaled up (10 9 תאים), ואת השיטה אופטימיזציה ניתן להחיל על סוגי תאים צמחיים אחרים מינים כדי לבודד באופן רחב, קטלוג, ולהשוות proteomes mRNA- קשורה בצמחים.
Eukaryotes להשתמש RNA מספר ביוגנזה מסלולים רגולטוריים כדי לשמור על תהליכים ביולוגיים תאיים. בין סוגים ידועים של רנ"א, mRNA הוא מגוון מאוד ונושא קיבולת קידוד של חלבונים ואת האיזופורמים שלהם 1. מסלול PTGR מכוון את גורלם של pre-mRNAs 2 , 3 . RBPs ממשפחות גנים שונים לשלוט על הרגולציה של RNA, ב PTGR, mRNAs ספציפיים mRNAs מדריך דרך אינטראקציות פיזיות ישירות, יצירת mRNPs תפקודית. לכן, זיהוי ואפיון mRBPs ו mRNPs שלהם הוא קריטי להבנת הרגולציה של חילוף החומרים mRNA נייד 2. מעל שלושת העשורים האחרונים, שונים בשיטות חוץ גופית - כולל מבחני ניידות RNASA ניידות (REMSA) מבחנים, אבולוציה שיטתית של ligands ידי מבחני העשרה מעריכי (SELEX) מבוסס על ספריות הנגזרות בונה, RNA Bind-N-Seq (RBNS), radiolabeled או כמותיפלואורסצנטי RNA מחייב מבחני, קריסטלוגרפיה רנטגן, ו ספקטרוסקופיה תמ"ג 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 - יושמו באופן נרחב על מחקרים של RBPs, בעיקר תאים יונקים. התוצאות של מחקרים אלה של RBPs יונקים ניתן לחפש באמצעות RNA מחייב DataBase חלבון (RBPDB), אשר אוספת את התצפיות שפורסמו 10 .
למרות אלה בגישות חוץ גופית הם כלים רבי עוצמה, הם קובעים את מוטיבים RNA קשורות מתוך מאגר RNA נתון רצפים ולכן מוגבלים ביכולתם לגלות RNAs היעד החדש. הדבר נכון גם לגבי אסטרטגיות חישוביות לחזות RBPs גנום רחב, אשר מבוססים על שימור רצף מבנה חלבון 15 . כדי להתגבר על זה, שיטה ניסיונית חדשה חהS שהוקם המאפשר זיהוי של מוטיבים RNA כי RBP של עניין אינטראקציה עם, כמו גם על קביעת המיקום המדויק של מחייב. שיטה זו, המכונה "crosslinking ו immunoprecipitation" (CLIP), מורכב ב crosslinking UV vivo ואחריו immunoprecipitation 11 . מחקרים מוקדמים הראו כי photactivation של DNA ו RNA נוקליאוטידים יכול להתרחש אורכי גל UV גדול מ 245 ננומטר. התגובה באמצעות thymidine נראה מועדף (דרגה של photoreactivity ירד: dT ≥ dC> rU> rC, dA, dG) 12 . באמצעות אור UV עם אורך גל של 254 ננומטר (UV-C), נצפתה כי קשרים קוולנטיים בין נוקליאוטידים RNA ו שאריות חלבון נוצרות כאשר בטווח של רק כמה אנגסטרומים (Å). התופעה נקראת אפוא "crosslinking" באורך אפס של RNA ו- RBP. זה יכול להיות ואחריו פרוטה טיהור מחמירים Dure עם רקע קטן 13 , 14 .
אסטרטגיה משלימה CLIP היא לשלב ב vivo UV crosslinking עם זיהוי חלבון כדי לתאר את הנוף של RBPs. מספר פרוטוקולים כאלה של גנום- mRNA, היו מבודדים מתאי שמרים, תאי גזע עובריים (ESCs) וקווים של תאים אנושיים ( כלומר, HEK293 ו- HeLa) תוך שימוש בגישה הניסויית החדשה, הנקראת "mRNA אינטראקציה ללכוד" 18 , 19 , 20 , 21 . השיטה מורכבת של vivo UV crosslinking ואחריו טיהור mRNP ו- MS מבוסס proteomics. על ידי יישום אסטרטגיה זו, רבים חדשים "moonlighting" RBPs המכילים RBDs שאינם קנוניים התגלו, וזה הפך ברור כי יותר חלבונים יש RNA מחייב קיבולת מאשר בעבר היה אמור להיות"15 , 16 , 17. השימוש בשיטה זו מאפשר ליישומים חדשים וליכולת לענות על שאלות ביולוגיות חדשות בעת חקר RBPs לדוגמה, מחקר שנערך לאחרונה בחן את שימור של פרוטאומה ה- mRNA קשור (הליבה RBP פרוטאומה) בין שמרים לתאים אנושיים 22 .
RBPs צמחים כבר נמצא להיות מעורב בצמיחה ופיתוח ( למשל , בתקנה שלאחר תעתיק של זמן הפריחה, השעון היממה, ביטוי גנים במיטוכונדריה ו chloroplasts) 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 . יתר על כן, הם חשבו לבצע פונקציות בתהליכים הסלולר להגיב על מדגיש abiotic ( למשל, קר, בצורת, saLines, וחומצה אבסיסית (ABA)) 31 , 32 , 33 , 34 . ישנם יותר מ 200 גנים RBP החזוי בגנום ארבידופסיס thaliana , המבוססת על מוטיב הכרה RNA (RRM) ו K הומולוגיה (KH) מוטיבים רצף מושלם; באורז, כ -250 כבר ציינו 35 , 36 . יש לציין כי רבים חזו כי RBPs נראים ייחודיים לצמחים ( למשל, לא מטאזואנים אורתולוגים לכ 50% של ארבידופסיס RBPs החזוי המכיל תחום RRM) 35 , מה שמרמז כי רבים עשויים לשרת פונקציות חדשות. הפונקציות של רוב RBPs החזוי להישאר uncharacterized 23 .
בידוד של proteomes mRNA קשורה מן שתילים ארבידופסיס etiolated, רקמת עלה, תאים שורש תרבותי, ו protoplasts mesophyll עלה באמצעות שימושלכידת mRNA אינטראקציה לאחרונה דווח 38 , 39 . מחקרים אלה מדגימים את הפוטנציאל החזק של קיטלוג שיטתי של RBPs פונקציונליים בצמחים בעתיד הקרוב. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לכידת mRNA אינטראקציה מן protoplasts צמח ( כלומר, תאים ללא קירות התא). ארבידופסיס thaliana עלה prooplasts mesophyll הם הסוג העיקרי של תא עלה. Protoplasts מבודד לאפשר גישה אופטימלית של אור UV לתאים. סוג תא זה יכול לשמש מבחני כי transiently להביע חלבונים אפיון פונקציונלי 40 , 41 . יתר על כן, Protoplasting הוחל על סוגים אחרים של תאים צמחיים ומינים 42 , 43 , 44 ( למשל, Petersson et al ., 2009; Bargmann and Birnbaum, 2010, ו- Hong et al , 2012).
השיטה כוללת סך של 11 צעדים ( איור 1 א ). ארבידופסיס protoplasts mesophyll עלה מבודדים הראשון (שלב 1) והם לאחר מכן UV מוקרן ליצירת mRNPs crosslinked (שלב 2). כאשר protoplasts lysed תחת תנאי denaturing (שלב 3), mRNPs crosslinked משתחררים במאגר תמוגה / מחייב ומשוך למטה על ידי אוליגו d (T) 25 חרוזים (שלב 4). לאחר מספר סיבובים של שוטף מחמירים, mRNPs הם מטוהרים עוד ניתח. פפטידים denatured של mRBPs מתעכלים על ידי K proteinase לפני mRNAs crosslinked הם מטוהרים ואת איכות ה- RNA מאומת על ידי qRT-PCR (שלבים 5 ו -6). לאחר טיפול RNase וריכוז חלבון (שלב 7), איכות החלבון נשלטת על ידי SDS polyacrylamide ג'ל אלקטרופורזה (SDS-PAGE) ואת מכתים כסף (שלב 8). ההבדל בין דפוסי הלהקה חלבון יכול בקלות להיות דמיינו בין מדגם crosslinked (CL) ומדגם לא crosslinked (לא CL;מדגם השליטה השלילי מ protoplasts כי אינו חשוף קרינה UV). זיהוי החלבונים מושגת באמצעות proteomics MS מבוססי. החלבונים מן המדגם CL מופרדים על ידי חד מימדי polyacrylamide ג'ל אלקטרופורזה (1D-PAGE) כדי להסיר זיהום רקע אפשרי, הם "בתוך ג 'ל מתעכל" לתוך פפטידים קצרים באמצעות טריפסין, והם מטוהרים (שלב 9). ננו בשלב ההפוך כרומטוגרפיה נוזלית מצמידים ספקטרומטריית מסה (ננו LC-MS) מאפשר קביעת כמות של חלבונים סופי של פרוטאומה כבול mRNA (שלב 10). לבסוף, mRBPs מזוהים מאופיינים וקטלג באמצעות ניתוח ביואינפורמאטי (שלב 11).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. ארבידופסיס עלה Mesophyll Protoplast בידוד
הערה: ארבידופסיס prooplasts mesophyll עלה מבודדים למעשה כפי שתואר על ידי Yoo et al ., 2007, עם מספר שינויים 40 .
2. ב vivo mRNA חלבון Crosslinking על ידי קרינה UV
הערה: שמור על הצינור הלא מדגם CL על הקרח. המדגם CL חייב להיות מיד קרינה UV.
3. Protoplast תמוגה בתנאים דנטורינג
4. mRNP משוך מטה טיהורעל ידי אוליגו ד (T) 25 חרוזים
הערה: כל החומרים ריאגנטים המתואר להלן, משלב 4.1 לשלב 4.4, הם רק מדגם אחד (כלומר, מדגם שאינו CL אחד או אחת מדגם CL). את lysate protoplast יש להוסיף מיד צינורות המכילים חרוזים לאחר חיץ supernatant חרוז / מחייב מחייב מושלך.
5. Proteinase K טיפול טיהור mRNA
6. QRT-PCR Assay
7. RNase טיפול ריכוז mRBP
8. SDS-PAGE וכסף מכתים
9. טריפסין תקציר של חלבון להקות טיהור פפטיד
11. קטלוג של Proteome מזוהה mRNA מזוהה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ראינו הילה אופיינית, המקיפה את גלולה חרוז במדגם CL, לשטוף שלב 4.3 עם חיץ לשטוף 2 ( איור 1 ב ). למרות שזה לא נחקר, התופעה הזאת כנראה ניתן להסביר על ידי הפרעה של מתחמי mRNP crosslinked עם צבירה חרוז במהלך לכידת מגנטי, גרימת צבירה מפוזר יותר להיווצר. זה מציין כי אוליגו d (T) 25 חרוז ללכוד היה יעיל 14 .
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אנו בהצלחה להחיל mRNA אינטראקציה ללכוד, שפותח עבור שמרים ותאי אדם, לשתול protoplasts mesophyll עלה. תאים עלה mesophyll הם הסוג העיקרי של רקמת הקרקע עלים צמח. היתרון העיקרי של שיטה זו היא כי היא משתמשת vivo crosslinking לגלות את החלבונים מסביבה פיזיולוגית.
בפרוטוקול זה, אנו מציגים בעיקר מספר תנאים ניסיוניים אופטימיזציה ( למשל, מספר protoplasts להשתמש כחומר המוצא ומשך קרינה UV) 5...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מכירים במעבדה של פרופ 'יוריס וינדריקס, שסיפק את המנגנון crosslinking UV מצויד מנורת UV קונבנציונאלי. KG נתמך על ידי קרן מחקר KU Leuven ומכיר תמיכה של FWO להעניק G065713N.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>ריאגנטים | |||
| 0.8 M מניטול | סיגמא | M1902-500G | תמיסת אנזים איזוטונית ראשונית & תמיסת MMg |
| 2 M KCl | MERCK | Art. 4935 | תמיסת אנזים איזוטונית ראשונית & W5 buffer |
| 0.2 M MES (pH 5.7) (4-morpholineethanesulfonic acid) | Sigma-aldrich | M2933 | תמיסת אנזים איזוטונית ראשונית, W5 buffer & MMg תמיסה, עיקור סינון |
| צלולאז R10 | Yakult Pharmaceutical Industry Co., Ltd. | צלולאז " אונוזוקה" R-10, 10 גרם | תמיסת אנזים איזוטונית סופית |
| Macerozyme R10 | Yakult Pharmaceutical Industry Co., Ltd. | MACEROZYME R-10, 10 גרם | תמיסת אנזים איזוטונית סופית |
| 10% (w/v) BSA (אלבומין סרום בקר) | Sigma-aldrich | A7906-100G | תמיסת אנזים איזוטונית סופית & עיקור סינון |
| 1 M CaCl2 | Chem-Lab NV | CL00.0317.1000 | תמיסת אנזים איזוטונית סופית, W5 buffer & מאגר עיכול |
| 1 M NaCl | Fisher Chemical | S/3160/60 | W5 buffer |
| 2 M MgCl2 | Sigma | M8266-100G | תמיסת MMg |
| 1 M LiCl (ליתיום כלוריד) | Acros | 199885000 | מאגר ליזה/מחייב, מאגר כביסה 1, מאגר כביסה 2 & מאגר מלח נמוך |
| 5% (w/v) LiDS (ליתיום דודציל סולפט) | Sigma-aldrich | L4632-25G | מאגר ליזה/מחייב, מאגר כביסה 1 & עיקור סינון |
| 1 M DTT (Dithiothreitol) | Thermo Fisher Scientific מאגר כביסה 1 & מאגר כביסה 2 | 307866 | מאגר ליזה/קשירה, |
| 1 M Tris-HCl (pH 7.5) (Tris(hydroxymethyl)aminomethane, חומצה הידרוכלורית S.G. (HCl))) | אקרוס & פישר כימיקלים | 167620010 & H/1200/PB15 | מאגר ליזה/כריכה, מאגר כביסה 1, מאגר כביסה 2, מאגר מלח נמוך & מאגר אלוטיון |
| 0.5 מ' EDTA (pH 8.0) (חומצה אתילנדיאמינטטראצטית) | מאגר | ליזה/מחייב מאגר כביסה 1, מאגר כביסה 2, מאגר מלח נמוך & מאגר אלוטיון | |
| Tween 20 | MERCK | 8.22184.0500 | התחדשות של oligo-d(T)25 חרוזים |
| 0.1 M NaOH | VWR PROLABO CHEMICALS | 28244.295 | התחדשות חרוזי oligo-d(T)25 |
| 1x PBS (pH 7.4) (מי מלח חוצץ פוספט) המכילים (NaCl; KCl; Na2HPO4; KH2PO4) | Fisher Chemical, MERCK, Sigma-aldrich & SAFC | S/3160/60, Art. 4935, 71640-250G & 60230 | התחדשות של חרוזי oligo-d(T)25 |
| תמיסת Proteinase K (2 μ g/μ L) | Thermo Fisher Scientific | 11789020 | עיכול חלבון |
| טעינת צבע | Invitrogen | LC5925 | SDS-PAGE |
| qPCR מאסטר מיקס | Promega | A6001 | qRT-PCR מבחן |
| RNase קוקטייל | תרמו פישר סיינטיפיק | AM2286 | RNA עיכול |
| מתנול | סיגמא-אולדריץ' | 322415 | קיבוע ג'ל ומניעת ג'ל |
| חומצה אצטית | Sigma-aldrich | 537020 | קיבוע ג'ל ומניעת ג'ל |
| Coomassie Brilliant Blue R-250 | Thermo Fisher Scientific | 20278 | צביעת ג'ל |
| 1 M NH4HCO3 (אמוניום ביקרבונט) | Sigma-aldrich | 09830-500G | ג'ל לחות & בופר עיכול |
| CH3CN (אצטוניטריל) | Sigma-aldrich | 34851-100ML | ג'ל התייבשות & תמיסת פפטיד |
| IAA (חומצה יודואצטית) | סיגמא-אולדריך | I4386-10G | חומר אלקילציה |
| TFA (חומצה טריפלואורואצטית) | Sigma-aldrich | 302031-10X1ML | תמיסת פפטיד |
| FA (חומצה פורמית) | Sigma-aldrich | 06554-5G | מיצוי פפטיד |
| תמיסת טריפסין (6 ng/μ L) | Promega | V5280 | מאגר עיכול |
| <חזק>שם | <חזק>חברה | <חזק>מספר קטלוגי | <חזק>תגובות |
| <חזק>ציוד | |||
| אדמה | פלטרקום | LP2D | גידול צמחים |
| ורמיקוליט 3 | סיבלי AS | 05VERMICULIET | פטרי לצמיחת צמחים |
| (150 x 20 מ"מ) | Sarstedt | 82.1184.500 | מנשא לתרחיף פרוטופלסט |
| 0.22 μ m filter | Millipore | SE2M229104 | הומוגניזציה של תמיסת אנזים איזוטונית סופית |
| Razorblade | Agar Scientific | T585 | רצועות עלי רוזטה |
| 35-75 μ m רשת ניילון | SEFAR NITEX | 74010 | סינון מתלה פרוטופלסט |
| 50 מ"ל צינורות תחתונים עגולים | Sigma-aldrich | T1918-10EA | מנשא למתלה פרוטופלסט |
| Hemocytometer (Bü | MARIENFELD | 650030 | מנגנון הצלבת UV לספירת תאים פרוטופלסט |
(HL-2000 HybriLinker) | UVP, LLC | UVP95003101 | in vivo מנורת UV צולבת |
| UV (Sankyo-Denki G8T5) | SANKYO DENKI | SD G8T5 | in vivo מזרק זכוכית צולב UV |
| 50 מ"ל | FORTUNA Optima | Z314560 | הומוגניזציה של ליזאט פרוטופלסט |
| מחט צרה (0.9 x 25 מ"מ) | מיקרולנס בקטון דיקינסון 3 | 2021-04 | הומוגניזציה של מסובב ליזאט פרוטופלסט |
| דגם L26 | Labinco BV | 26110912 | דגירה של דגימה על ידי סיבוב |
| Oligo-d(T)25 חרוזים מגנטיים (5 מ"ג/מ"ל) | New England BioLabs | S1419S | mRNPs ו-mRNAs קשירה ו |
| מתלה מגנטי | Invitrogen | CS15000 | mRNPs ו-mRNAs יחידות |
| סינון צנטריפוגליות מחייבות ונשלפות (יחידות סינון צנטריפוגליות Amicon Ultra-4) | EMD Millipore | UFC800308 | ריכוז mRBP |
| ערכת כתמי כסף | Thermo Fisher Scientific | 24612 | לבדיקת מכתים בכסף |
(InviTrap Spin Plant RNA מיני קיט) | STRATEC מולקולרי | 1064100300 RNA טיהור | |
| מכשיר ספקטרופוטומטר (NanoDrop 1000 ספקטרופוטומטר) | Thermo Fisher Scientific | ND-1000 | RNA איכות וכמות |
| אמת PCR מחזור (StepOne בזמן אמת PCR מחזור) | Thermo Fisher Scientific | 4376600 | cDNA כימות |
| ומיקרו;-C18 עמודות (Millipore Zip Tip µ-C18 עמודות) | Sigma-aldrich | 720046-960EA | טיהור פפטידים |
| ספקטרומטר מסה (Q Exactive Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer) | Thermo Fisher Scientific | IQLAAEGAAPFALGMAZR | כרומטוגרפיה נוזלית מבוססת ספקטרומטריית מסה |
| (מכשיר כרומטוגרפיה נוזלית אולטימטיבי 3000 בעל ביצועים גבוהים במיוחד (UHPLC) | Thermo Fisher Scientific | ULTIM3000RSLCNANO | פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה |
| C18 column (עמודה קלה של ריסוס Pepmap RSLC C18) | Thermo Fisher Scientific | ES800 | פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה |
| C18 precolumn (שבחים Pepmap 100 C18 precolumn)Thermo | Fisher Scientific | 160321 | פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה |
| שם | Company | Catalog Number | Comments |
| Primers for qRT-PCR assay | Sequences | ||
| UBQ10 mRNA (Li et al., 2014) | Fw: AACTTTGGTGGTGTGTGTTTTTGG Rv: TCGACTTGTCATTAGAAAGAAAGAGATAA | ||
| 18S rRNA (Durut et al., 2014) | Fw: CGTAGTTGAACCTTGGGATG Rv: CACGACCCGGCCAATTA |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה