ここでは、生理的酸素条件下でmRNAの5'キャップに結合する翻訳開始因子を分析するためのヒト細胞培養プロトコルを紹介します。この方法は、アガロース結合m7GTPキャップアナログを利用しており、キャップ結合因子とその相互作用パートナーの研究に適しています。
方法論記事
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ここでは、生理的酸素条件下でmRNAの5'キャップに結合する翻訳開始因子を分析するためのヒト細胞培養プロトコルを紹介します。この方法は、アガロース結合m7GTPキャップアナログを利用しており、キャップ結合因子とその相互作用パートナーの研究に適しています。
翻訳制御は、特に細胞ストレスの期間中の遺伝子調節の焦点です。eIF4F複合体を介したキャップ依存性翻訳は、真核細胞でタンパク質合成を開始する最も一般的な経路ですが、この複合体のストレス特異的な変異が現在出現しています。アガロース結合m7GTP(5' mRNAキャップアナログ)からなるアフィニティー樹脂でキャップ結合タンパク質を精製することは、翻訳開始の制御に関与する因子を同定するための有用なツールです。低酸素症(低酸素)は、胎児の発育や腫瘍の進行時に遭遇する細胞ストレスであり、翻訳調節に大きく依存します。さらに、最近、ヒトの成体臓器は、細胞が日常的に培養される周囲の空気よりも低酸素に近い低酸素含有量(フィジオクシア1〜9%酸素)を持っていることが報告されました。低酸素eIF4F複合体(eIF4FH)の特性評価が進む中、5' mRNAキャップを介した酸素依存性翻訳開始の理解への関心が高まっています。私たちは最近、酸素の利用可能性によって制御されるキャップ結合タンパク質を解析するためのヒト細胞培養法を開発しました。このプロトコルは、酸素への曝露を排除するために、細胞培養と溶解を低酸素ワークステーションで行うことを強調しています。液体培地がワークステーション内の雰囲気と平衡化するために、細胞を少なくとも24時間インキュベートする必要があります。この制限を回避するために、より短い時点が必要な場合は、事前に調整された培地(脱酸素化)を細胞に添加することができます。特定のキャップ結合タンパク質は、第2塩基との相互作用を必要とするか、またはm7GTPを加水分解する可能性があるため、精製プロセスで一部のキャップ相互作用器が見逃される可能性があります。酵素耐性キャップアナログに結合したアガロースをこのプロトコルで置換できます。この方法により、ユーザーはキャップ依存性翻訳に関与する新しい酸素調節翻訳因子を特定できます。
翻訳制御は、特に細胞ストレス1の期間中に、遺伝子発現の転写調節にも等しく重要なステップとして浮上しています。翻訳制御の焦点は、タンパク質合成の最初のステップは7-メチルに真核生物の開始因子4E(のeIF4E)の結合を伴う開始の律速段階(メートル7 GTP)のmRNA 2の5 'キャップであります。 eIF4EはeIF4A、RNAヘリカーゼ、およびeIF4Gを、他の翻訳因子と40Sは3リボソームの募集に必要な足場タンパク質を含んでeIF4Fという名前の三量体複合体の一部です。正常な生理的条件下では、mRNAの大半はキャップ依存性機構を介して翻訳されていますが、細胞ストレスの期間の下で人間のmRNAの約10%が1,4- intiationキャップ非依存性翻訳される可能性があり5'UTRを含まれています。キャップ依存性翻訳は、歴史的に同義語となっていますOUのeIF4Fで、しかし、eIF4Fのストレス固有のバリエーションが話題に5-8となっています。
様々な細胞ストレスはのeIF4E活性がラパマイシン複合体1(mTORC1)の哺乳類標的を介して抑制させます。このキナーゼは、その目標の一つ、4E結合タンパク質(4E-BP)の活性の増加をもたらすストレス、下損なわれる。非リン酸化4E-BPはのeIF4EとブロックのeIF4Gは、キャップ依存性翻訳9,10の抑制を引き起こすと相互作用する能力に特異的に結合します。興味深いことに、eIF4E2(または4EHP)という名前のeIF4Eのホモログは、おそらく、それがストレス媒介抑制を回避することができ、4E-BP 11のためのはるかに低い親和性を有します。確かに、最初は原因のeIF4G 12との相互作用の欠如への翻訳のリプレッサーとして特徴づけ、eIF4E2は、低酸素ストレス6,13の間にそれらの3 'UTR中のRNAの低酸素応答エレメントを含むmRNAの何百もの翻訳を開始します。この活性化IeIF4G3、RNA結合タンパク質モチーフ4、および低酸素誘導因子、低酸素eIF4F複合体を構成する(HIF)2α、またはeIF4F H 6,13との相互作用を介して達成秒。通常の条件下ではリプレッサーとして、eIF4E2はGIGYF2とZNF598 14と結合します。これらの複合体は、部分的には、アガロース結合M 7 GTPの親和性樹脂を介して同定されました。この古典的な方法15は、翻訳の分野における標準であり、最高の、最も一般的にプルダウンでキャップ結合複合体を単離するための技術を使用し、in vitroでの結合アッセイ16-19です。キャップ依存性翻訳機構の間に変化する部分6-8,13のように柔軟で適応浮上しているように、この方法は急速にストレス応答に関与する新規キャップ結合タンパク質を同定するための強力なツールです。いくつかの真核生物のモデル系は、このようなストレス応答のためeIF4E2ホモログを使用するように見えるようさらに、eIF4Fの変動は、広い意味を持っている可能性がシロイヌナズナ 20として、S.ポンベ 21は 、Dは 22 ショウジョウバエ 、およびCは 23 エレガンス 。
証拠は、eIF4Fの変動がストレス条件に厳密に限定されないが、通常の生理24に関与することを示唆しています。 (微小電極を介して測定)(キャピラリー端で)または組織内の組織への酸素供給は、脳25で2から6パーセントから変化し、肺26内の百分の3から12まで、腸27、4%でで3.5から6パーセント肝臓28、腎臓29内の7から12までパーセント、筋肉30で4%、および骨髄31で6から7パーセント。細胞およびミトコンドリアは、1.3%未満の酸素32を含んでいます 。これらの値は、細胞が日常的に培養される周囲の空気よりも低酸素状態に非常に近いです。これは、どのような以前に低酸素症特異的な細胞過程であると考えられたが、生理的環境の中で関連するかもしれないことを示唆しています。興味深いことに、eIF4FとeIF4F H 積極的に生理学的な酸素または「physioxia」24に露出し、いくつかの異なるヒト細胞株におけるmRNAの異なるプールまたはクラスの翻訳開始に関与します。低酸素はまた、適切な胎児の発育33を駆動し、細胞は、一般physioxia 34においてより高い増殖速度、より長い寿命、より少ないDNA損傷の少ない一般的なストレス応答を持っています。したがって、eIF4F Hは、おそらく生理的条件下で、選択遺伝子の発現の重要な要因です。
ここでは、固定された生理的酸素条件や組織の微小環境の可能性が高い、より代表的であるダイナミック変動範囲内の培養細胞へのプロトコルを提供します。この方法の一つの利点は、細胞が低酸素ワークステーション内に溶解されることです。細胞溶解に低酸素細胞培養物からの遷移は、他のプロトコルで実行される頻度は明らかではありません。細胞は、多くの場合、最初の小さな低酸素培養器から除去されること酸素に対する細胞応答が速いようフォア溶解するが、酸素へのこの暴露は35(1または2分)生化学的経路に影響を与える可能性があります。特定のキャップ結合タンパク質が第2の基地との相互作用を必要とするか、またはメートル7 GTPを加水分解することができ、したがって、いくつかのキャップ相互作用は、精製プロセスにおいて見落とされる可能性があります。アガロース結合酵素耐性キャップ類似体には、このプロトコルで置換されていてもよいです。ここに記載の方法によりeIF4F HとeIF4Fの他のバリエーションの活性および組成を探ることは、細胞が生理的条件やストレス応答の際に利用する複雑な遺伝子発現機械に光を当てるます。
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細胞培養のための1.準備
細胞培養の2開始
3.継代
4. Physioxic露出
キャップ結合アッセイ5.準備バッファ
6.細胞溶解
7.キャップ結合アッセイ
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メートル7 GTPアフィニティーカラムでのeIF4EとeIF4E2の酸素に応答したキャップ結合能の解析
Fのigure 1及び結腸直腸癌において、初代ヒト腎近位尿細管上皮細胞(HRPTEC)(: 図1および2は、2つのヒト細胞株中での酸素の変動に応じて二つの主要なキャップ結合タンパク質の典型的なM 7 GTPアフィニティ精製のウエスタンブロットを表します図2のHCT116)。細胞は、液体培地中の溶存酸素は、低酸素ワークステーション内の空気で平衡化したことを確認するために、24時間指示された酸素の可用性に維持されています。 M 7 GTP結合アガロースビーズは、キャップ結合タンパク質を捕捉するために添加される前の入力レーン(IN...
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生理的酸素条件に曝露したヒト細胞中でのキャップ結合タンパク質の分析は、新規な酸素調節翻訳開始因子の同定を可能にすることができます。 mRNA又は他のキャップ結合タンパク質の5 'キャップのためのこれらの因子の親和性がm 7 GTP結合アガロースビーズへの関連の強さを測定することができます。この技術の一つの注意点は、それがタンパク質ポスト溶解のキャップ結合能を測定するが、それは、タンパク質 - タンパク質相互作用、および翻訳後修飾(PTMを)を維持し、非変性条件下で行われることです。いくつかのタンパク質 - タンパク質相互作用は、5 'キャップへのeIF4Eファミリーの結合を媒介します。 4E-BPは結合してのeIF4Gとの相互作用を遮断し、38複雑な開始前43Sの動員を防止することによってのeIF4Eを抑制する。 eIF4E / 4E-BP複合体は、その転写物から任意の開始を阻止する、5 'mRNAキャップに結合したままで、とすることができますM 7 GTPアフィニティーカラムでのeIF4Eの阻害のためのマーカーとして使用することができます。逆に、...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
この作業は、カナダ自然科学工学評議会とオンタリオ研究イノベーション省の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| γ-アミノフェニル-m7GTP アガロース C10結合ビーズ | イエナ バイオサイエンス | AC-1555 | アガロース結合 m7GTP |
| 100 mm 培養皿 | コーニング | 877222 | 10 cm 培養皿 |
| 150 mm 培養皿 | サーモフィッシャー | 130183 15 cm 培養皿 | |
| AEBSF 塩酸塩 | ACROSOrganics | A0356829 | AEBSF |
| アガロースビーズ | イエナ バイオサイエンス | AC-0015 | アガロースビーズ制御 |
| ブロモフェノールブルー | フィッシャー | BP112-25 | SDS-PAGEローディングバッファーの成分 |
| 1.5 ml 遠心分離管 | FroggaBio | 1210-00S | 少量の遠心分離に使用 |
| 15 ml 円錐形遠心分離管 | フィッシャー | 1495970C | 初代細胞の培養に使用 |
| 定義されたトリプシン阻害剤 | フィッシャー | R007100 | DTI |
| ジチオスレイトール | フィッシャー | BP172-25 | DTT |
| 上皮細胞培地 (コンプリートキット) | ScienCell | 4101 | 血清と成長因子のサプリメントを含む) |
| グリセロール | フィッシャー | BP229-1 | SDS-PAGEローディングバッファーの成分 |
| 100 mM グアノシン 5'-三リン酸、1 ml | イエナバイオサイエンス | 272076-0251M | GTP |
| HCT116結腸直腸癌 | ATCC | CCL-247 | ヒト癌細胞株 |
| ヒト腎臓近位尿細管上皮細胞 | ATCC | PCS-400-010 | HRPTEC |
| ハイクロンDMEM/高グルコース | GEライフサイエンス | SH30022.01 | ヒト細胞培養用標準培地 |
| ハイクロンペニシリン-ストレプトマイシン溶液 | GEライフサイエンス | SV30010 | DMEM |
| H35 HypOxystation | Hypoxygen | N/A | Hypoxia workstation |
| Igepal CA-630 | MP Biomedicals 2198596 | 溶解バッファーの洗剤成分 | |
| リン酸一カリウム | Fisher | P288-500 | KH2PO4 |
| Potassium chloride | Fisher | P217-500 | KCl |
| 塩化マグネシウム | Fisher | M33-500 | MgCl<サブ>2塩化 |
| ナトリウム | フィ | ッシャーBP358-10 | NaCl |
| ッ化ナトリウム | フィッシャー5299-100 | NaF(溶解緩衝液のホスファターゼ阻害剤成分) | |
| リン酸二ナトリウム | フィッシャー5369-500 | Na<サブ>2HPO<サブ>4 | |
| プレミアムグレードウシ胎児血清 | 血清 | 1500-500 | FBS |
| プロテアーゼ阻害剤カクテル (100x) | 細胞シグナル伝達 | 58715 | 溶解バッファーの成分 |
| ドデシル硫酸ナトリウム | フィッシャー | BP166-100 | SDS |
| オルトバナジン酸ナトリウム | シグマ | 56508 | Na3VO4 |
| >Tris Base | フィッシャー | BP152-5 | バッファー |
| 0.05% トリプシン-EDTA (1x) | Life Technologies | 2500-067 | 接着細胞の剥離に使用されるトリプシン |
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