ここでは、ショウジョウバエ胚を用いた溶解液の調製方法と体外翻訳の方法について詳しく説明します。
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ここでは、ショウジョウバエ胚を用いた溶解液の調製方法と体外翻訳の方法について詳しく説明します。
細胞遊離mRNA のin vitro 翻訳は、真核生物における遺伝子発現中のタンパク質合成過程の理解において重要な役割を果たしてきました。体 外 翻訳のための異なるシステムからの溶解液の開発は、翻訳機構のほとんどの構成要素の役割の研究や、タンパク質合成プロセスの多くの段階の解明に重要な役割を果たしてきました。Drosophila melanogasterの解析液を用いて、翻訳および翻訳制御のさまざまな側面が研究されています。本論文は、合成mRNAテンプレートの調製、大規模な生体ハエ培養、ショウジョウバエ胚からの翻訳適性解離液の製造、細胞フリーの in vitro 翻訳反応の実施に関する詳細なプロトコルを提供します。このプロトコルはショウジョウバエ属のあらゆる種、すなわちメラノガスター、ビリリス、偽スクラ、グリムシャウィ、ハイデイなどに適しています。さらに、このプロトコルを他の翻訳システムと比較して、制限点、重要なステップ、トラブルシューティングについて議論します。プロトコルの性能と再現性を評価するために代表的なアウトカムも含まれています。最後に、バイオテクノロジーや研究における潜在的な応用について議論します。
100年以上にわたり、ショウジョウバエは翻訳制御や翻訳機構1、2、3、4を含む多くの生物学的現象や分子を研究する強力で遺伝的に扱いやすいモデル生物であることが証明されています。ショウジョウバエの細胞フリーin vitro翻訳は、生体内で観察された多くの事象を再現できるため、タンパク質合成を研究する強力なツールとなっています。したがって、ショウジョウバエは翻訳および翻訳制御を行う新しい機能や分子の発見に理想的なシステムです。初期の研究では、ハエ関連節足動物Artemia salina5および後のショウジョウバエ6においてin vitroで翻訳適格なシステムが確立されました。
その後、外因性mRNAに応答性のある溶解液がショウジョウバエメラノガスターで開発されました。ショウジョウバエのin vitro翻訳に関するほとんどの研究は異なる年齢の胚で行われていますが、翻訳反応バッファーの一部のバリエーションは異なる研究グループによって用いられています。比較のために、研究したさまざまな現象と平行移動反応条件は表1に示されています。胚以外にも、ショウジョウバエの卵母細胞10,22,23,24,25,26および培養シュナイダーまたはKc細胞溶解液を用いた細胞外インビトロ翻訳プロトコル(17,27,28,29,30,31,32)も開発されています。 in vitro翻訳に必要な成分の記述および異なる種の溶解液間の比較は参考文献33,34に記載されています。
mRNA翻訳の過程は真核生物間で保存されているものの、分類群間の有意な違いは主に翻訳の開始段階で見られ、そこでは様々な分子が発達過程で翻訳を抑制または促進し、分類群や種特異的な方法で行われる(35,36)。このプロトコルは、系統的に遠い多生動物の溶解物(小麦やウサギの商業溶解物を含む)を使用できない発生過程における昆虫のmRNA翻訳研究に非常に適しています。実際、このプロトコルは胚発生時に起こる翻訳イベントを再現でき、卵母細胞溶解23を用いる場合には不可能です。これまでのところ、胚、卵母細胞、培養細胞のショウジョウバエ系の比較は行われていません。in vitro合成タンパク質に翻訳後修飾を加えることは、このプロトコルの現状における制限です。さらに、この方法は細菌内で組換えタンパク質を生成する方法と比べて、前製的なタンパク質量を得られません。
ここでは、ショ ウジョウバエ の大規模なケージを日常的に培養する詳細なプロトコル、合成mRNAテンプレートの製造、胚からの翻訳適性溶解液の製造、そして細胞フリーの in vitro 翻訳アッセイの実施について説明します。 材料表 にはプロトコル全体に必要な試薬が示されています。
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1) in vitro 転写のためのテンプレートプラスミド構築
2) キャップ付きおよびポリアデニル化mRNAの in vitro 転写
3) 大規模な ショウジョウバエ 培養の定期的な維持管理
4) 0〜12歳の ショウジョウバエ 胚からの翻訳溶解液の準備
注:このプロトコルには微小球核酸塩クレアーゼ治療は含まれていません。この工程は、ヌクレアーゼ不活化が不完全の場合に外因性レポーターmRNAの分解を防ぐために省略されました。各実験では、ノーmRNA対照群を用いて背景翻訳を監視する必要があります。
注:この方法は、以前に記載されたプロトコル7、12、14、15、16、17、22から派生しています。
5) in vitro 翻訳反応
6) 合成ルシフェラーゼの定量化
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0〜12時間の胚を用いて、6つの独立した溶解液製剤(すなわち生物学的繰り返し)間の効率変動を解析するために翻訳反応を実施しました。各棒は技術的な三重図を表しています(図5)。同様の平行移動効率が観察されましたが、多少のばらつきはありました。また、異なる年齢の胚間の翻訳効率も比較しました。したがって、0–2時間、0–12時間、0–18時間の胚から分解液を生物学的繰り返し、すなわち独立した溶解液を用いた検査を行いました(図6)。0〜2時間齢胚の溶解液が最もFLuc活性が低く、0〜18時間齢胚の溶解液が最も高いFLuc活性を示したことが観察されました。最後に、ショウジョウバエ0〜18時間齢の胚溶解液の翻訳効率を他の種と比較してみました。ウサギ網様血球と小麦胚物からの商業用溶解液を試験しました(図7)。ウサギ網様細胞および小麦胚芽反応は70%(容量/容量)の溶解物を含み、 ショウジョウバエには...
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ショウジョウバエの細胞外離体外翻訳用溶解液は再現可能な結果をもたらすことがあります。異なる年齢やバッファー組成の変動を持つ胚は、タンパク質合成およびその仕組みにおける基本的な現象の幅広い調査に用いられてきました(表1)。ここでは、あらゆる年齢の胚が正確かつ定量的に研究を行うための標準的な方法を説明しました(表1)。このプロトコルは、特定の変異バエの特定のタンパク質や遺伝子型の機能を大規模に培養する際に研究する際に有効である可能性があります。さらに、この方法はショウジョウバエ属のあらゆる種に適用でき、他のハエ属や昆虫の属と比較・進化研究のために標準化されています。これは特に重要で、多くの昆虫のゲノムが現在入手可能になっているからです。
ここで説明する方法には、いくつかの限界があります。図6に示
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著者には利益相反を主張するものはありません。
N.B-ÁとG.H.は、メキシコ国立がん研究所(Instituto Nacional de Cancerología, INCan)の学内資金プログラムの支援を受けていました。D.E.V.は、Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación(SECIHTI)プログラム「2022年、メキシコにおけるメヒコ・フォーマシオン・イ・コンソリダシオン・ドスドクターレス・デ・ラス・イ・ロス・スティバドレス・ポルシコ」のポスドクフェローです。ファニス・ミシルリス氏とベティ・オソリオ氏(CINVESTAV、メキシコ)にフライを提供していただき感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アルミニウム箔シート | Reynolds | N/A | 標準的な家庭用アルミニウム箔。同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| アミノ酸混合物 | Promega | L4461 | N/A |
| アップルサイダービネガー | Heinz | N/A | 市販のアップルサイダービネガー(5%酸味)。同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| リンゴまたはグレープフルーツジュース | Jumex | N/A | 市販のグレープジュース。もしくは同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| 細菌学的アガー | Merck/Sigma-Aldrich | 9002-18-0 | N/A |
| ホウ酸 (H3BO3) | Merck/Sigma-Aldrich | B6768 | BioReagent、分子生物学グレード、≥99.5%、粉末。TBEバッファの調製に使用。 |
| キャップ:アンチリバースキャップ (ARCA):3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5´)G RNAキャップ構造 | BioLabs | S1411S | N/A |
| キャップ:m7G(5')ppp(5')G RNAキャップ構造類似体 | New England Biolabs | S1404S | N/A |
| キャップ:機能しないキャップ類似体 G(5´)ppp(5´)A | New England Biolabs | S1406 | N/A |
| 遠心分離管 (15 mL) | Corning | 430053 | N/A |
| 完全、EDTAフリーのプロテアーゼ阻害剤カクテル | Roche | 11836170001 | N/A |
| ウサギの筋肉からのクレアチンホスホキナーゼ | Merck/Sigma-Aldrich | C-3755 | N/A |
| クレアチンリン酸、二ナトリウム塩 | Merck | 1120A47950 | N/A |
| 脱水ベーカーズイースト | Fleischmann's | N/A | 市販の活性乾燥酵母。同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| ジエチルピロカーボネート | Merck/Sigma-Aldrich | D5758 | 97%(NNR) |
| DNAクリーン&コンセントレーター-5 | Zymo Research | D4004 | N/A |
| ショウジョウバエ野生型株オレゴンR | Bloomington Drosophila Stock Center, Indiana, USA | https://bdsc.indiana.edu/index.html ; Drosophila melanogasterの変異株、そしてvirilis、pseudoscura、grinshawi、hydeiなどの他のDrosophila種の野生型基準株もこのストックセンターで提供されている。 | |
| エチレンジアミン四酢酸 (EDTA) | Merck/Sigma-Aldrich | E9884 | ACS試薬、99.4-100.6%、粉末。TBEバッファの調製に使用。 |
| HEPES | Sigma | SLBH4583V | 99.5%(滴定) |
| 過酸化水素 (H2O2) | Equate | N/A | 市販の(約2.5-3.5%過酸化水素溶液)。同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| in vitro転写mMessage mMachine T7、T3、またはSP6キット | Thermo Fisher Scientific | AM1344とAM1348 | N/A |
| KOAc、KCH3COOとも呼ばれる | Merck/Sigma-Aldrich | Several | N/A |
| Lbブロス(レンナックス) | Merck/Sigma-Aldrich | L3022 | 1kg |
| ルシフェラーゼアッセイシステム | Promega | E1501 | N/A |
| MAXIscript T7、T3、またはSP6 in vitro転写キット | Invitrogen | AM1316とAM1312 | N/A |
| Mg(OAc)2、Mg(CH3COO)2とも呼ばれる | Merck/Sigma-Aldrich | Several | N/A |
| NaCl(塩化ナトリウム) | J.T Baker | B17W53 | ACS試薬 |
| オリゴヌクレオチド | 任意の会社 | N/A | 配列に依存する。 |
| Pasive lysis 5Xバッファ | Promega | E1941 | N/A |
| ピペットチップ | Axygen | T-200-Y | 200マイクロリットルの黄色いチップ。 |
| ピペットチップ | Axygen | T-1000-B | 1mlの青いチップ。 |
| ピペットチップ | Axygen | T-300 | 0.5-10マイクロリットルの透明チップ。 |
| プロピオン酸 | Merck/Sigma-Aldrich | 79-09-04 | ACS試薬グレード、≥99.5%、液体。 |
| PYREX® 5 mLガラスペステル組織グラインダー | PYREX® | 7724-5 | N/A |
| QIAprepスピンプラスミドミニプレップキット | Qiagen | 27106 | N/A |
| QIAquickゲル抽出キット | Qiagen | 28704 | N/A |
| ウサギの網状小胞体溶解物(RRL) | Promega | L4960 | N/A |
| レンリラルキフェラーゼ(RLuc)アッセイシステム | Promega | E2820 | N/A |
| RNasinリボヌクレアーゼ阻害剤 | Promega | N2111A | N/A |
| RNeasy minielute RNAクリーンアップキット | Qiagen | 74204 | N/A |
| Slide-A-Lyzer透析カセット | Thermo Scientific | 87735 (ただし、分子サイズカットオフによって異なります)。 | N/A |
| 次亜塩素酸ナトリウム(漂白剤) | Clorox | N/A | 市販の漂白剤(約5-6%NaOCl)。同等に商業的に利用可能なブランドでも可。 |
| スペルミジン | Merck | 85558 | N/A |
| ステンレス製ふるい | N/A | N/A | 任意の商業サプライヤー。 |
| Taq plus精密DNAポリメラーゼ | Stratagene | 600211-51 | N/A |
| 牛の肝臓型XIからの転移リボ核酸(tRNA) |
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