Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP)は、mRNAの細胞種特異的な翻訳を捕捉することができます。ここでは、ショウジョウバエ胚の希少細胞集団におけるmRNAの単離に特化した最初のTRAPプロトコルを報告します。
方法論記事
Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP)は、mRNAの細胞種特異的な翻訳を捕捉することができます。ここでは、ショウジョウバエ胚の希少細胞集団におけるmRNAの単離に特化した最初のTRAPプロトコルを報告します。
個々の細胞における翻訳過程におけるmRNAのレベルを測定することで、特定の時点で細胞機能に関与するタンパク質に関する情報を得ることができます。Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP)と名付けられたこのプロトコルは、このmRNA翻訳プロセスを細胞タイプ特異的な方法で捕捉することができます。タグ付きリボソームサブユニットを持つポリソームのアフィニティー精製に基づいて、TRAPは個々の細胞のトランスラトーム解析に適用でき、発生過程の細胞タイプを比較したり、疾患発生の進行や潜在的な治療法の影響を分子レベルで追跡したりすることが可能になります。ここでは、希少細胞集団からの翻訳関与RNAの同定に特化した、TRAP-rc(rare cells)と呼ばれるTRAPプロトコルの最適化バージョンを報告します。TRAP-rcは、ショウジョウバエ胚の筋肉細胞の制限された集団において、Gal4/UASターゲティングシステムを使用して検証されました。この新しいプロトコールにより、マイクロアレイやRNA-seqなどのグローバルな遺伝子発現解析に十分な量の細胞型特異的RNAを回収することができます。プロトコールの堅牢性とGal4ドライバーの大規模なコレクションにより、TRAP-rcは非常に汎用性の高いアプローチであり、細胞特異的なゲノムワイド研究に応用できる可能性があります。
細胞は、開発中に特定のプロパティを取得する方法を理解することは、臓器の複雑さと病理学的状態に対するそれらの潜在的な進化を理解するために非常に重要です。 unrevealing全体的な遺伝子発現プロファイルによってセルの仕様と分化を根底遺伝子調節ネットワークを解読するための大きな研究プッシュがあり、ポルII結合状態、調節配列またはヒストンの翻訳後修飾の転写因子占有。
グローバルレベルマイクロアレイでの遺伝子発現を評価し、RNA-seqのアプローチが使用されています。マイクロアレイは、RNA-seqは、コードを含むとマイクロRNA、lncRNAsかのsnRNAのような非コードRNAのRNAの異なる種類の通知に良いギヤードであるのに対し、mRNA量を検出することを可能にします。しかしながら、これらの技術は、活発に転写、定常状態のmRNAを区別能動的mRNAの翻訳、そしてmRNAが分解プロセスに入ることができません。着実-STの測定mRNAレベルは、プロテオーム組成1-3の悪い推定であることが知られている食べました。逆に、積極的に、翻訳のmRNAを同定することはタンパク質生産のより正確な画像を提供します。
しかし、トランスクリプトーム研究は主に解釈が困難な遺伝子発現プロファイルを作成する、野生型条件4-7または解剖組織上の特定の因子の機能の損益を比較することにより、全生物レベルでつながってきました。細胞標的ツール、アフィニティ精製および感度の改善の最近の進歩は、現在ゲノムワイドな生体内の小さな細胞集団または単一の細胞に分析を行うことができます。
ショウジョウバエでは、トランスジェニック系統の大規模なコレクションは、細胞機能のために必要な分子機構のより正確な定量化をもたらすGAL4 / UASシステム8-10を経由して異なる組織および細胞亜集団の特定の時間的、空間的ターゲティングを可能にします。
分別によってプロファイリングをポリソームを積極-翻訳RNA 11をキャプチャする方法として説明しました。ショ糖勾配遠心分離に基づいて、この方法は、マイクロアレイまたは深いシーケンシングで分析すると、mRNAのポリソーム画分と決意の選択はゲノムワイドな翻訳ができます。ポリソーム分離は、翻訳プロセス12の間にリボソームによって保護されたRNA断片に対応するリボソームフットプリントを識別するために、ヌクレアーゼ消化と結合することができます。リボソームフットプリントは、RNAの翻訳およびRNA配列レベルの解像度およびリボソーム位置決めの定量化の精度を増加させる、翻訳の速度を測定することができます。しかし、今日まで、それは、主としてリボソームフットプリンティングプロセスの最後に得られたRNAの収量の強い減少に、translatomesの細胞特異的単離に適用されていません。 RNAのサイズ選択は、潜在的な偽Pを生成することができることを考えるとまた、同様にRNAを保護することができ、異なるのRNPからositivesは、さらなる開発がリボソームフットプリントを改善し、細胞特異的なアプローチに適合させるために必要とされます。
このような方法の一つは、翻訳リボソーム親和性精製(TRAP)は、ハイマンらによって 2008年に記載されていると呼ばれます。マウスのニューロンのサブセットからtranslatomeを単離するために適用されます。エピトープタグ付け細胞型特異的にリボソームタンパク質をすることによって、ポリソームを選択的細胞解離および選別の手間のかかる工程を経ずに精製することができます。この場合は、リボソームの表面の60Sリボソームタンパク質L10Aは、eGFPを13でタグ付けされました。 2008年以降、いくつかの研究は、Xに 14〜19匹のマウスから、異なる種でこのメソッドを使用しています24シロイヌナズナ20,21、ゼブラフィッシュ22,23とシロイヌナズナをアフリカツメガエル 。 TRAP方法は、 ショウジョウバエモデルに適合し、プリするために使用されています神経細胞25とアストロサイト26からFY細胞型特異的mRNA。多目的バイナリGAL4 / UASシステムは、組織特異的にGFPタグ付きRpL10Aを発現するために使用しました。大人のハエの頭を配列決定した(汎神経ELAV-Gal4ドライバーによってターゲット)神経細胞および単離したRNAからポリソーム選択を実行するために解剖しました。アップレギュレートされる遺伝子の多数は、 ショウジョウバエの胚の開発に(1未満の細胞の%)現在のアプローチは、優れた特異性を有することを示す、希少細胞集団に適合させるために、私たちを促し、神経系で発現することが知られているものに相当します。
分子俳優や形態形成の動きが進化的に保存されているようショウジョウバエモデルの中では、胚段階では、発達過程の研究のための選択のモデルです。このモデルでは、これまで行っのみ組織特異的トランスクリプトームアプローチはそう細胞または核を使用して行われてきましたrtingだけハエ胚の組織/細胞特異的translatomeプロファイリング専用の方法の必要性を作成し、定常状態のトランスクリプトーム27-31を研究することができました。ここでは、 ショウジョウバエの胚に捧げ最初のトラッププロトコルを報告しています。この方法では、胚当たり約100筋細胞の非常に制限された細胞集団における従事イン翻訳mRNAは、正常に高品質と特異性で単離しました。以前に25示すように、バイナリGAL4 / UASシステムは、明らかな表現型や発育遅延、任意の毒性を伴わずに筋肉の部分集団におけるGFPタグ付きRpL10Aの発現を駆動するために使用されていません。 ショウジョウバエの胚は筋肉組織に上昇を与えるhemisegmentあたり30筋肉を持っています幼虫の。前かがみのアイデンティティ遺伝子の近くで発見された調節領域を使用することにより、30多核筋のうち6が対象としています。このアッセイでは、リボソームが翻訳伸長を使用して、mRNAの上に固定化しますシクロヘキシミドを阻害。サイトゾル抽出物は、その後、GFP抗体でコートした磁気ビーズを用いてアフィニティー精製のために使用されます。精製したRNAの品質は、バイオアナライザーを使用して検証しました。定量的逆転写PCR(RT-qPCRには)mRNA単離の特異性および感度を決定するために使用され、我々の最適化プロトコルは非常に効率的であることが実証されました。
1.フライラインの生成
2.胚コレクション
4.溶解物の準備
5.前の吸収
6.免疫精製
7. RNAのクリーンアップと品質評価
ショウジョウバエの胚の体細胞の筋システムがhemisegmentあたり30の筋肉で構成され、各筋肉は、プロパティの特定のセットを持っています。アイデンティティ遺伝子、位置、融合イベント、付着部位と神経支配の数のコード。特定の筋肉のサブセットに翻訳されたmRNAを同定することは、これらの特定の筋肉の特性を形成するために必要なタンパク質の情報を提供します。 TRAPベースの方法を使用して、同一遺伝子前かがみを発現する筋肉の亜集団からのRNAは、( 図1A-B)で精製しました。このアプローチの主要な関心事は、単離されたRNAの品質と特異性です。ここで報告された最適化されたプロトコルは、バイオアナライザー分析を用いて評価した高品質のRNAの体系的な回復を可能にしました。得られたプロファイルは、RNA( 図1C)の劣化を示さありません。
トラップ法を中心に開発された他の研究では、質問は、データの特異性を調達しました。ここで私はビーズまたはチューブにRNAの非特異的結合および洗浄緩衝液の最適化によって結合されたバックグラウンドを抑制するための方法をmprove。前かがみ発現細胞を単離するバックグラウンドレベルと効率を評価するために、我々は同じ胚段階の3反復のRT-qPCRの試験を主導しました。 4つの異なる遺伝子の-富化をフォールド(MEF2、前かがみ、プロスペロー、soxNeuro)はRpL32遺伝子( 図1D)に対する入力と正規化と比較して算出しました。これらの結果は、汎筋肉遺伝子MEF2と前かがみ遺伝子の5.6倍の濃縮の2.3倍の濃縮を示しました。対照的に、神経系で表される2つの遺伝子が枯渇入力と比較しました。非常に類似した倍数変化値は、プロトコルが堅牢であることを実証し、3生物学的反復に観察されました。 150×10 ^ 6の正の(合計100 GFP細胞/胚を含んで得られた1.5×10 ^ 6胚を中心に、1.5グラムで始まる前かがみ-Gal4ドライバーを持つと細胞)。
TRAP実験を実行した後、収量は、ステージ・オブ・関心に応じて、特定のRNAの約25〜45 ngのです。この材料は、マイクロアレイ解析またはRNA-seqのライブラリーを構築するために増幅プロトコルを用いてRNA-seqのを実行するのに十分です。効率がRpL10A-EGFPを発現するために使用されるドライバの強さに強く依存します。

図1.品質と前かがみ-GAL4> UASRpL10A-EGFP胚からのTRAP-単離されたRNAの特異性評価。
(AB)hemisegment(A)ごとに6つの前かがみの筋肉細胞に特異的にRpL10A-EGFP発現を示すステージ16胚の共焦点画像。一般的な筋肉のマーカーBeta3tubulinとRpL10A-EGFPの共局在は、マージ画像(B)に観察されます。 (C)TRAPed RNA raの品質管理nはバイオアナライザー上のrRNA 18Sおよび28Sの完璧な整合性を示します。 (D)ステージ16胚の3生物学的複製のTRAP-単離されたmRNA実験の高い特異性を示す、RT-qPCR分析。倍の変化は、入力とRpL32遺伝子に対して正規に比べて計算されます。すべての筋肉系統に存在するMEF2転写物は、より制限された前かがみの転写物が5.6倍に富むあるのに対し、入力に比べて2.3倍に富むです。 プロスペローとsoxN遺伝子を発現する神経細胞が2.2倍に枯渇し、それぞれ5.5倍されています。エラーバーは標準偏差を表す(n = 3)であった。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
本稿では、ショウジョウバエの胚では珍しい細胞集団の研究に専念修正翻訳リボソームのアフィニティー精製プロトコル(吹き替え「TRAP-RC ')を記述します。情報は、胚の溶解およびポリソーム抽出のためのマイクロアレイまたはRNA-seqの分析、 すなわち 、1)必要な生物学的物質の量と最適化された手順に適した収率で特定のRNAの正常な分離のための重要なステップに設けられています。最適な免疫沈降のための2)ビーズ/抗体への溶解物の比率; 3)高い特異性および感度を有するTRAP-RC実験を実行するように、洗浄緩衝液組成を含むバックグラウンドの低減を可能にするステップ。
このプロトコルは、容易に任意の他の細胞型に適用作る再現可能なデータが得られます。この技術は、積極的に、mRNAの翻訳レベルで遺伝子発現差を分析し、従ってスペックでタンパク質の発現を理解する道を開くことを可能にします特定の時間窓でのIFICセルタイプ。タンパク質存在量が翻訳及び分解プロセスの速度に依存することに注意してください。 TRAP法の主な制限は、正確な定量的にタンパク質含有量を測定するための、または翻訳後修飾を検出することができないことです。 mRNAの本体に沿ってリボソーム密度を測定し、そうすることで、細胞型特異的に非常に強力なツールをフットプリントリボソームと結合したTRAPを作ることができることにより、定量化を改善します。最近の論文34において、この組み合わせは、ヒト胚性腎臓293細胞で行いました。著者らは、ストレプトアビジンビーズを使用してRpL10Aの誘導ビオチン化形態の親和性精製したヌクレアーゼフットプリントを実行しました。これは、制限を目的とするために必要な生物学的物質の量であり、特定の細胞型を標的にしながら、生物全体にリボソームフットプリントを行うことが可能であるという原理の証明です。
">グローバルトランスクリプトーム解析と並行してTRAP実験を行うことにより、新たに転写の間の割合を追跡することを可能にし、RNAを翻訳actively-。これは、特定の発達の状況や特定の細胞集団で行われる潜在的な転写後のメカニズム深く有益になります例えば-byマイクロRNA。結論として、TRAPは、細胞特異的に能動的に翻訳するリボソームに結合したRNAを識別するための非常に効率的で特異的かつ高感度な方法です。この方法は、生物および組織型の多種多様に使用することができます。ここで説明する新しいTRAP-RCプロトコルは希少細胞集団(総細胞数の1%未満)および全ゲノムレベルでのその後の分析のために十分な最終材料の量のために最適化しました。
この方法の可能な制限は、コンプするのに十分な量のタグ付きリボソームを製造するための強力なドライバの必要条件であります標的細胞型における内因性タグなしのものとETE。最近の研究25では 、著者は10〜30%にタグなしリボソームに対するタグ付けの割合を推定しました。
UAS-RpL10A-EGFPのコピー数を増加させるこの問題を克服するためには、かなりこのバランスを改善するはずです。あるいは、記載の遺伝的バックグラウンドにUAS-GAL4導入遺伝子を追加するGAL4タンパク質の産生を増幅し、間接的にRpL10A-EGFPの発現を増加させます。これは、mRNA上のタグ付けされたリボソームのよりよい占有を優先すべきです。
このすでに効率的なアプローチは、より強力な、より定量的な側面を持ってたり発見し、遺伝子発現の制御のために必須である分子機構を解明するために補完的な方法を適合させることにより行うことができることに注意してください。
著者らは、開示することは何もありません。
著者は、Nicolas Allegre、Maud Peyny、Jean-Philippe Da Ponteの優れた技術支援に感謝します。この研究は、Agence Nationale de la Recherche (ANR-JC-CARDIAC-SPE)、INSERM STARTING GRANT、ANR ID-CELL-SPE grant、Equipe FRM、および AFM 15845 grant の支援を受けました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| HEPES | シグマ | H4034-1006 | |
| 1,2-ジヘプタノイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン | Avanti Polar Lipids | 850306P | |
| グリコーゲン | thermo scientific | R0561 | |
| 精製 BSA 100X | Biolabs | B9001 | |
| 酵母tRNA | シグマ | R5636 | |
| スーパーRNase In | Ambion | AM2694 | |
| GFPクローンN86 / 38 | UCデービス/ NIHニューロマブ学部抗体incorporated | 75-132 | |
| ノニデットP40 | ロシュ | 11754595001 | |
| プレセリーズ24溶解ホモジナイゼーション | ベルタン・テクノロジー | ||
| ヌクレアーゼフリーウォーター | Nalgene | ||
| Dynabeads ProteinG | Invitrogen | 10004D | |
| 塩化カリウム (KCl) | Applied Biosystem | ||
| 塩化マグネシウム(MgCl2) | 応用生命システム | ||
| セルロースワジン無漂白 | VWR | の115-2597 | |
| ふるい112、355、710 um | レッチ | ||
| ・トリゾル | Invitrogen | 15596-018 | |
| MagRack 6 | GE HealthCare | ||
| 低結合フィルターのヒント | ClearLine | ||
| Rnase フリーチューブ 1.5 ml | クリアライン | 390689DD | |
| トゥイーン 20 | フィッシャーバイオ試薬 | BP337-500 | |
| シクロヘキシミド | シグマ | C1985 | |
| プロテアーゼ阻害剤錠 ミニコンプリート EDTAフリー | ロシュ | 11836170001 |
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