התפתחות מוח היונקים דורשת שליטה נאותה בביטוי הגנים ברמת התרגום. כאן, אנו מתארים מערכת פרופיל פוליזום עם פלטפורמת יצירת שיפוע סוכרוז קל להרכבה ושבר כדי להעריך את מצב התרגום של mRNAs במוח המתפתח.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
התפתחות מוח היונקים דורשת שליטה נאותה בביטוי הגנים ברמת התרגום. כאן, אנו מתארים מערכת פרופיל פוליזום עם פלטפורמת יצירת שיפוע סוכרוז קל להרכבה ושבר כדי להעריך את מצב התרגום של mRNAs במוח המתפתח.
ההתפתחות התקינה של מוח היונקים מסתמכת על איזון עדין של התפשטות תאי גזע עצביים ובידול לסוגי תאים עצביים שונים. איזון זה נשלט היטב על ידי ביטוי גנים כי הוא מכוון היטב ברמות מרובות, כולל שעתוק, לאחר שעתוק ותרגום. בהקשר זה, גוף הולך וגדל של ראיות מדגיש תפקיד קריטי של רגולציה תרגום בתיאום החלטות גורל תאי גזע עצביים. שבר פוליזום הוא כלי רב עוצמה להערכת מצב תרגום mRNA הן ברמה הגלובלית והן ברמת הגנים האינדיבידואלית. כאן, אנו מציגים צינור פרופיל פוליזום בתוך הבית כדי להעריך יעילות תרגום בתאים מקליפת המוח המתפתחת של העכבר. אנו מתארים את הפרוטוקולים להכנת שיפוע סוכרוז, תמוגה לרקמות, ultracentrifugation וניתוח מבוסס שבר של מצב תרגום mRNA.
במהלך התפתחות המוח יונקים, תאי גזע עצביים להתרבות ולהבדיל כדי ליצור נוירונים גליה1,2 . ההפרעה של תהליך זה יכולה להוביל לשינויים במבנה המוח ובתפקוד, כפי שניתן לראות בהפרעות נוירו-התפתחותיות רבות3,4. ההתנהגות הנכונה של תאי גזע עצביים דורשת ביטוי מתוזמר של גנים ספציפיים5. בעוד שהשליטה האפיגנטית והתעתיקית של גנים אלה נחקרה באופן אינטנסיבי, הממצאים האחרונים מצביעים על כך שוויסות גנים ברמות אחרות תורם גם לתיאום התפשטות תאי גזע עצביים ובידול6,7,8,9,10. לפיכך, התייחסות לתוכניות הבקרה התרגומיות תקדם מאוד את הבנתנו את המנגנונים שבבסיס החלטת גורל תאי הגזע העצביים והתפתחות המוח.
שלוש טכניקות עיקריות עם עוצמות שונות יושמו באופן נרחב כדי להעריך את המצב התרגומי של mRNA, כולל פרופיל ריבוזום, תרגום טיהור זיקה ריבוזום (TRAP) ופרופיל פוליזום. פרופיל ריבוזום משתמש ברצף RNA כדי לקבוע שברי mRNA המוגנים על ידי ריבוזום, ומאפשר ניתוח גלובלי של מספר ומיקום של תרגום ריבוזומים על כל תעתיק כדי להסיק בעקיפין את שיעור התרגום על ידי השוואתו לשפעתעתיק 11. TRAP מנצלת חלבונים ריבוזומליים מתויגים באפיטופ כדי ללכוד mRNAs12הקשורים לריבוזום . בהתחשב בכך שהחלבונים הריבוזומליים המתויגים יכולים לבוא לידי ביטוי בסוגי תאים ספציפיים באמצעות גישות גנטיות, TRAP מאפשרת ניתוח של תרגום באופן ספציפי לסוג התא. לשם השוואה, פרופיל פוליזום, המשתמש בשבר שיפוע בצפיפות סוכרוז כדי להפריד חלק חופשי ותורגם בצורה גרועה (מונוזומים קלים יותר) מאלה המתורגמים באופן פעיל על ידי ריבוזומים (פוליזומים כבדים יותר), מספק מדידה ישירה של צפיפות הריבוזום ב- mRNA13. יתרון אחד טכניקה זו מציעה היא צדדיות שלה ללמוד את התרגום של mRNA ספציפי של עניין, כמו גם ניתוח תרגום רחב הגנום14.
במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול מפורט של פרופיל פוליזום כדי לנתח את קליפת המוח המתפתחת של העכבר. אנו משתמשים במערכת ביתית כדי להכין מעברי צבע של צפיפות סוכרוז ולאסוף שברים עבור יישומים במורד הזרם. הפרוטוקול המוצג כאן יכול להיות מותאם בקלות כדי לנתח סוגים אחרים של רקמות ואורגניזמים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל השימוש בבעלי חיים היה בפיקוח הוועדה לטיפול בבעלי חיים באוניברסיטת קלגרי. עכברי CD1 ששימשו לניסוי נרכשו מספק מסחרי.
1. הכנת פתרונות
הערה כדי למנוע השפלה RNA, לרסס שולחן עבודה וכל הציוד עם פתרון טיהור RNase. טיפים ללא RNase משמשים לניסוי. כל הפתרונות מוכנים במים נטולי RNase.
2. הכנת שיפוע סוכרוז
הערה: דיוק בהכנת מעברי צבע סוכרוז הוא קריטי בהשגת תוצאות עקביות לשחזור.
| פתרון סוכרוז | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% |
| 2.2 מ' סוכרוז | 2 מ"ל | 4 מ"ל | 6 מ"ל | 8 מ"ל | 10 מ"ל |
| תמיסת מלח פי 10 | 1.5 מ"ל | 1.5 מ"ל | 1.5 מ"ל | 1.5 מ"ל | 1.5 מ"ל |
| ציקלוהקסימיד | 15 μL | 15 μL | 15 μL | 15 μL | 15 μL |
| מים | 11.5 מ"ל | 9.5 מ"ל | 7.5 מ"ל | 5.5 מ"ל | 3.5 מ"ל |
| נפח כולל | 15 מ"ל | 15 מ"ל | 15 מ"ל | 15 מ"ל | 15 מ"ל |
טבלה 1: דילול סוכרוז להכנות של שיפוע סוכרוז.
הערה: הכן תמיד מעברי צבע של סוכרוז בכפולות של שניים כדי לאזן משקל במהלך ultracentrifugation.
3. ניתוח רקמות
הערה: עכברים בהריון היו מורדמים על ידי נקע בצוואר הרחם קדמו הרדמה עם 5% isoflurane.
4. תמוגה תאית
| תמיסה | ריכוז סופי | נפח |
| טריס-HCl (עמ' 7.5) | 20 מ"מ | 100 μL |
| KCl | 100 מ"ר | 250 μL |
| MgCl2 | 5 מ"מ | 25 μL |
| טריטון X-100 | 1% (v/v) | 500 μL |
| נתרן דוקסיכולאט | 0.5% (עם/v) | 500 μL |
| דיתיותריטול (DTT) | 1 מ"מ | 5 μL |
| ציקלוהקסימיד | 100 מיקרוגרם/ מ"ל | 5 μL |
| מים ללא RNase | עד 5 מ"ל | |
| סך | 5 מ"ל | 5 מ"ל |
טבלה 2: הכנת מאגר תמוגה פוליזום.
הערה: תוספת מאגר תמוגה עם מעכבי פרוטאז ופוספטאז.
5. טעינה דגימה אולטרה צנטריפוגה
6. שבר ואיסוף לדוגמה
הערה: מערכת ניתוק, הקלטה ואיסוף ביתית משמשת לניתוח ואיסוף דגימות מהמדרגיים(איור 3, ראה רכיבי התקן).
7. מיצוי רנ"א
8. שעתוק הפוך PCR בזמן אמת
9. סוקרוז הדרגתי ביצוע הרכבת המערכת
הערה: בצע את השלבים להרכבת כל רכיב (כמתואר בטבלה 3)של יצרנית מעבר הצבע סוכרוז (איור 1).
| רכיב | פריט |
| B1 | מפעיל שלב ליניארי |
| E1 | נהג מנוע צעד |
| E2 | ערכת סטרטר סופר פרויקט UNO |
| A1 (1) | לוח לחם |
| A2 | סוגר מרובע אנכי |
| B2 | סוגר דק בזווית ישרה |
| C1 | לוח לחם מיני-סדרה |
| C5 | מהדק V קטן |
| D4 | מהדק V מיניאטורי |
| C2 | עמדת אלומיניום Ø12.7 מ"מ |
| C4, D3 | פוסט אופטי מסדרה מיני |
| D1 | עמדת אלומיניום Ø12.7 מ"מ |
| C3, D2 | זווית ישרה Ø1/2" כדי Ø6 מ"מ פוסט מהדק |
| C6 | בסיס מחזיק פוסטים של סדרה מצומצמת |
| D5 | מחט קצה קהה |
| פ | משאבת מזרק |
טבלה 3: מעבר צבע ליצירת רכיבי מערכת.
10. מיון וזיהוי הרכבה של המערכת (איור 2).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כהדגמה, ליסט קליפת המוח המכיל 75 מיקרוגרם RNA (מאוגד מ 8 עוברים) הופרד על ידי שיפוע סוכרוז ל 12 שברים. פסגות ספיגת UV ב-254 ננומטר זיהו שברים המכילים את יחידת המשנה 40S, יחידת משנה של 60S, מונוזום 80S ופוליזומים(איור 4A). ניתוח שברים לפי כתם מערבי עבור יחידת המשנה ריבוזומה גדולה, Rpl10 הראה את נוכחותו ב subunit 60S (שבר 3), מונוזום (שבר 4) ו polysomes (שברים 5-12) (איור 4B). לעומת זאת, חלבונים ציטופלזמיים Gapdh ו-Csde1 לא היו קשורים לריבוזומים אלא הועשרו בשברים ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרופיל פוליזום הוא טכניקה נפוצה ורבת עוצמה להערכת מצב התרגום הן בגן יחיד והן ברמות הגנום הרחבות14 . בדו"ח זה, אנו מציגים פרוטוקול של פרופיל פוליזום באמצעות פלטפורמה ביתית והיישום שלה כדי לנתח את קליפת העכבר המתפתחת. פלטפורמה חסכונית זו קלה להרכבה ולייצור שיפוע סוכרוז חזק וניתן לשחזור ופרופיל פוליזום ברגישות גבוהה.
ראוי לציין כי הכנת שיפוע סוכרוז עקבי ואיכותי היא קריטית כדי להשיג תוצאות פרופיל פוליזום לשחזור17. שינויים בנפח של 10-50% פתרונות סוכרו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין אינטרסים מתחרים.
עבודה זו מומנה על ידי מענק גילוי NSERC (RGPIN/04246-2018 ל- G.Y.). G.Y. הוא קתדרת מחקר בקנדה. S.K. מומן על ידי מלגת בוגרי Mitacs Globalink ומלגת סטודנטים לתארים מתקדמים של ACHRI.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.5 מ"ל מיקרו צינורות ללא RNA | Axygen | MCT-150-C | |
| 10 ס"מ צלחת | Greiner-Bio | 664160 | |
| 1M MgCl2 | Invitrogen | AM9530G | |
| 21-23G מחט | BD | 305193 | |
| 2M KCl | Invitrogen | AM8640G | |
| 30 מ"ל מזרק | BD | 302832 | |
| קצה קהה מחט | VWR | 20068-781 | |
| לוח לחם | Thorlabs | MB2530 / M | |
| ברומופנול כחול | סיגמא | 115-39-9 | |
| CD1 עכבר | מעבדת צ'ארלס נהר | ||
| מלקחיים קצה מעוקל | סיגמא | #Z168785 | |
| Cycloheximide | Sigma | 66-81-9 | |
| תוכנת רכישת נתונים TracerDAQ | מדידה מחשוב | ||
| ממיר | מדידה מחשוב | USB-1208LS | |
| Direct-zol RNA miniprep kit | Zymo | R2070 | |
| Dithiothreitol (DTT) | ביו-בייסיק | 12-03-3483 | |
| DMSO | Bioshop | 67-68-5 | |
| Dumont No.5 מלקחיים | סיגמא | #F6521 | |
| אספן שברים | Bio-Rad | דגם 2110 | |
| HBSS | Wisent | 311-513-CL | |
| מפעיל שלב ליניארי | Rattmmotor | CBX1605-100A | |
| בקרת לוציפראז RNA | Promega | L4561 | |
| ערכת סינתזה cDNA גדיל ראשון של מקסימה | Themo Fisher | M1681 | |
| מיניאטורי V-clamp | Thorlabs | VH1/M | |
| לוח אב-טיפוס מסדרה | מיני Thorlabs | MSB7515/M | |
| עמוד אופטי מסדרה מיני | Thorlabs | MS2R/M | |
| בסיס מחזיק עמוד מסדרה מיני | Thorlabs | MBA1 | |
| NaCl | Bio-basic | 7647-14-5 | |
| מדיה נוירו-בזאלית | Gibco | 21103-049 | |
| Ø 12.7 מ"מ אלומיניום פוסט | Thorlabs | TRA150/M | |
| Parafilm | Bemis | PM992 | |
| PerfeCTa SYBR ירוק fastmix | Quanta Bio | CA101414-274 | |
| פוספט חוצץ מלח (PBS) | Wisent | 311-010-CL | |
| Puromycin | Bioshop | 58-58-2 | |
| מהדק זווית ישרה | Thorlabs | RA90/M | |
| זווית ישרה ואוסלאש; 1/2 אינץ' ל-Ø 6 מ"מ מהדק פוסט | Thorlabs | RA90TR/M | |
| Rnase AWAY | מוצרים ביולוגיים מולקולריים | 7002 | |
| טיפים ללא RNase | Frogga Bio | FT10, FT200, FT1000 | |
| RNase מים חופשיים | Wisent | 809-115-CL | |
| RNasin | Promega | N2111 | |
| סוגר דק בזווית ישרה | Thorlabs | AB90B/M | |
| קטן V-clamp | Thorlabs | VC1 / M | |
| נתרן דאוקסיכולאט | סיגמא | 302-95-4 | |
| נהג מנוע צעד | SongHe | TB6600 | |
| סוכרוז | ביושופ | 57501 | |
| SW 41 רוטור Ti | בקמן קולטר | 331362 | |
| משאבת מזרק | הרווארד מנגנון | 70-4500 | |
| משאבת מזרק | הרווארד מנגנון | 70-4500 | |
| טריטון-X-100 | ביו-בסיסי | 9002-93-1 | |
| טריזול | תרמופישר מדעי | 15596018 | |
| פירסר צינור | ברנדל | BR-184 | |
| אולטרה-צנטריפוגה | בקמן קולטר | L8-70M | |
| צינורות אולטרה-צנטריפוגה | בקמן קולטר | 331372 | |
| UltraPure 1M Tris-HCl pH 7.5 | Invitrogen | 15567-027 | |
| ערכת התחלה סופר פרויקט UNO | Elegoo | EL-KIT-003 | |
| צג UV | Bio-Rad | EM-1 Econo | |
| תושבת אנכית | Thorlabs | VB01A/M |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.