5.15
リボソームプロファイリングまたはリボシーケンシングは、細胞内のアクティブな翻訳のスナップショットを作成するディープシーケンシング技術です。リボソームによって保護されているmRNAを選択的に配列し、任意の時点での細胞の翻訳状況についての洞察を得ることができます。
リボソームプロファイリングの応用
リボ…
転写され、タンパク質に翻訳されるゲノム内の領域を特定することは、ゲノムとその発現を理解するための重要なステップです。
これは、ribosome profiling(ribo-seqとも呼ばれる)と呼ばれる手法で実現されます。mRNA上のリボソームの位置をマッピングし、タンパク質に活発に翻訳されているmRNAを特定します。
RNAを単離するには、まず細胞を溶解して、その中の分子にアクセスする必要があります。次に、ライセートをRNaseで処理します。これらの酵素は、リボソームで覆われていないmRNAを切断し、保護されたmRNA断片のみを残します。
次に、リボソームで保護されたフラグメントは、スクロース勾配を使用して、保護されていない切断されたフラグメントから分離されます。
次に、リボソームをmRNAフラグメントから除去し、酵素逆転写酵素を使用してRT-PCRによってRNAをDNAに変換します。
次に、DNAの配列を決定し、参照ゲノムにマッピングします。これにより、各mRNAに沿ったリボソームの正確な位置が決定されます。
リボソームプロファイリングは、認識されないオープンリーディングフレームまたはORFの同定にも役立ちます。ORFは、開始コドンと終止コドンの間にあるDNAの領域で、タンパク質に翻訳できます。ORFの発見は、新しい遺伝子の同定に役立ちます。
哺乳類の細胞株における遺伝子発現パターンの研究について考えてみましょう。実験手順では、細胞を刺激にさらし、遺伝子発現をオンにしてmRNA合成を開始する可能性があります。
活発に翻訳されているmRNAは、リボソームプロファイリングを使用して同定されます。
この実験により、遺伝子Bは翻訳されているのに対し、遺伝子AとCは翻訳されていないことが明らかになりました。
また、約100ヌクレオチドの長さのゲノムの小さな領域が活発に翻訳されていることも示しています。
この認識されていない領域は、実験刺激によってアップレギュレーションされる新規タンパク質をコードする可能性のあるオープンリーディングフレームです。
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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.