포유류 뇌의 발달은 번역 수준에서 유전자 발현의 적절한 제어를 필요로한다. 여기서는 조립하기 쉬운 자당 그라데이션 및 분획 플랫폼을 갖춘 다각형 프로파일링 시스템을 사용하여 개발 중인 뇌에서 mRNA의 번역 상태를 평가합니다.
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포유류 뇌의 발달은 번역 수준에서 유전자 발현의 적절한 제어를 필요로한다. 여기서는 조립하기 쉬운 자당 그라데이션 및 분획 플랫폼을 갖춘 다각형 프로파일링 시스템을 사용하여 개발 중인 뇌에서 mRNA의 번역 상태를 평가합니다.
포유류 뇌의 적절한 개발은 신경 줄기 세포 증식 및 다른 신경 세포 유형으로 분화의 미세한 균형에 의존한다. 이 균형은 전사, 전사 후 및 번역을 포함하여 여러 수준에서 미세 조정되는 유전자 발현에 의해 엄격하게 제어됩니다. 이와 관련하여, 증거의 성장 몸은 신경 줄기 세포 운명 결정 조정에 번역 규제의 중요한 역할을 강조. 다일부 분획은 글로벌 및 개별 유전자 수준에서 mRNA 번역 상태의 평가를 위한 강력한 도구입니다. 여기에서, 우리는 발전마우스 대뇌 피질에서 세포의 번역 효율성을 평가하기 위하여 사내 polysome 프로파일링 파이프라인을 제시합니다. 우리는 자당 그라데이션 준비, 조직 용해, 초원심 분리 및 mRNA 번역 상태의 분획 기반 분석을위한 프로토콜을 설명합니다.
포유류 뇌의 발달 동안 신경 줄기 세포가 증식하고 분화하여 뉴런과 신경교1,2를 생성한다. 이 과정의 섭동은 많은 신경 발달 장애3,4에서볼 수 있듯이 뇌 구조 및 기능의 변경으로 이어질 수 있습니다. 신경 줄기 세포의 적절한 행동은 특정 유전자5의오케스트레이션된 발현을 요구한다. 이들 유전자의 후성유전학 및 전사적 대조가 집중적으로 연구되고 있는 반면, 최근 연구 결과에 따르면 다른 수준에서 유전자 조절은 신경줄기 세포 증식 및 분화6,7,8,9,10의조정에 기여한다는 것을 시사한다. 따라서, 번역 제어 프로그램을 해결 크게 신경 줄기 세포 운명 결정 및 뇌 개발의 기본 메커니즘의 우리의 이해를 향상 시킬 것 이다.
다른 강점을 가진 3개의 주요 기술은 리보솜 프로파일링, 리보솜 친화성 정화(TRAP) 및 다일부 프로파일링을 번역하는 것을 포함하여 mRNA의 번역 상태를 평가하기 위하여 널리 적용되었습니다. 리보솜 프로파일링은 RNA 시퀀싱을 사용하여 리보솜 보호 mRNA 단편을 결정하며, 각 성적증명서에 리보솜을 번역하는 리보솜의 수와 위치를 전 세계적으로 분석하여 성적증명서풍부(11)와비교하여 번역률을 간접적으로 추론할 수 있다. TRAP은 에피토프 태그리보솜 단백질을 활용하여 리보솜 바운드 mRNAs12를포획한다. 태그가 지정된 리보실 단백질이 유전적 접근법을 사용하여 특정 세포 유형으로 발현될 수 있다는 점을 감안할 때 TRAP은 세포 유형별 방식으로 번역을 분석할 수 있게 한다. 이에 비해, 자당 밀도 그라데이션 분획을 사용하여 리보솜(무거운 다각형)에 의해 능동적으로 번역되는 부분으로부터 자유롭고 제대로 번역되지 않은 부분(가벼운 모노좀)을 분리하는 다일부 프로파일링은 mRNA13에대한 리보솜 밀도를 직접 측정한다. 이 기술이 제공하는 한 가지 장점은 관심있는 특정 mRNA의 번역뿐만 아니라 게놈 전체 트랜스 라토메 분석14의번역을 연구하는 다재 다능함입니다.
이 논문에서, 우리는 개발 마우스 대뇌 피질을 분석하기 위해 다성 프로파일링의 상세한 프로토콜을 설명합니다. 당사는 홈어셈블 시스템을 사용하여 자당 밀도 그라데이션을 준비하고 다운스트림 응용 프로그램에 대한 분수를 수집합니다. 여기에 제시된 프로토콜은 다른 유형의 조직 및 유기체를 분석하기 위해 쉽게 조정할 수 있습니다.
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모든 동물 사용은 캘거리 대학의 동물 관리위원회에 의해 감독되었습니다. 실험에 사용되는 CD1 마우스는 상용 벤더로부터 구입하였다.
1. 솔루션 준비
참고 RNA 분해를 방지하기 위해, 작업 벤치 및 RNase 오염 제거 솔루션으로 모든 장비를 스프레이합니다. RNase 가 없는 팁은 실험에 사용됩니다. 모든 솔루션은 RNase가 없는 물로 준비됩니다.
2. 자당 그라데이션 준비
참고: 자당 그라데이션을 준비하는 정확도는 일관되고 재현 가능한 결과를 얻는 데 중요합니다.
| 수크로오스 솔루션 | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% |
| 2.2 M 자당 | 2 mL | 4 mL | 6 mL | 8 mL | 10mL |
| 10X 염액 | 1.5 mL | 1.5 mL | 1.5 mL | 1.5 mL | 1.5 mL |
| 사이클로헤시미드 | 15 μL | 15 μL | 15 μL | 15 μL | 15 μL |
| 물 | 11.5 mL | 9.5 mL | 7.5 mL | 5.5 mL | 3.5 mL |
| 총 볼륨 | 15 mL | 15 mL | 15 mL | 15 mL | 15 mL |
표 1: 자당 그라데이션의 준비를 위한 자당 희석.
참고: 항상 2개의 배수로 자당 그라데이션을 준비하여 초원심 분리 시 무게의 균형을 유지합니다.
3. 조직 해부
참고: 임신한 마우스는 5%의 이소플루란을 가진 마취에 선행된 자궁 경관 탈구에 의해 안락사되었습니다.
4. 셀 리시스
| 용액 | 최종 농도 | 음량 |
| 트리스-HCl (pH 7.5) | 20mM | 100 μL |
| KCl | 100mM | 250 μL |
| MgCl2 | 5 mM | 25 μL |
| 트리톤 X-100 | 1% (v/v) | 500 μL |
| 디옥시콜레이트 나트륨 | 0.5% (/v) | 500 μL |
| 디티오스레이톨 (DTT) | 1 mM | 5 μL |
| 사이클로헤시미드 | 100 μg/mL | 5 μL |
| RNase 무료 물 | 최대 5mL의 탑 | |
| 합계 | 5 mL | 5 mL |
표 2: 다형성 용해 버퍼 준비.
참고: 프로테아제와 인산염 억제제를 곁들인 용해 완충제를 보충합니다.
5. 샘플 로딩 및 초원심 분리
6. 분획 및 샘플 수집
참고: 홈 조립 분획, 기록 및 수집 시스템은 그라데이션에서 샘플을 분석하고 수집하는 데 사용됩니다(그림3,장치 구성 요소 참조).
7. RNA 추출
8. 역 전사 및 실시간 PCR
9. 수크로오스 그라데이션 만들기 시스템 조립
참고: 자당 그라데이션메이커(그림 1)의각 구성 요소(표 3에설명된 대로)를 조립하는 단계를 따릅니다.
| 구성 요소 | 항목 |
| B1 | 선형 단계 액추에이터 |
| E1 | 스테퍼 모터 드라이버 |
| E2 | UNO 프로젝트 슈퍼 스타터 키트 |
| A1 | 브레드보드 |
| A2 | 수직 브래킷 |
| B2 | 슬림한 직각 브래킷 |
| C1 | 미니 시리즈 브레드보드 |
| C5 | 소형 V 클램프 |
| D4 | 미니어처 V 클램프 |
| C2 | Ø12.7 mm 알루미늄 포스트 |
| C4, D3 | 미니 시리즈 광학 포스트 |
| D1 | Ø12.7 mm 알루미늄 포스트 |
| C3, D2 | 직각 Ø1/2"~ Ø6 mm 포스트 클램프 |
| C6 | 미니 시리즈 받침대 포스트 홀더 베이스 |
| D5 | 무딘 엔드 바늘 |
| F | 주사기 펌프 |
표 3: 그라데이션 만들기 시스템 구성 요소.
10. 시스템 어셈블리를 분수 및 감지(그림 2).
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데모로서, 75 μg RNA를 포함하는 피질 용액(8개의 배아로부터 풀링)은 자당 그라데이션에 의해 12개의 분획으로 분리되었다. 254nm에서 UV 흡광도의 피크는 40S 서브유닛, 60S 서브유닛, 80S 단조및 다일부(도4A)를포함하는 분획을 확인하였다. 큰 리보솜 서브유닛에 대한 서쪽 블롯에 의한 분획의 분석은, Rpl10은 60S 하위 유닛(분획 3), 단음(분수 4) 및 다일부(분획 5-12)(도4B)에서그 존재를 보였다. 대조적으로, 세포질 단백질 Gapdh 및 Csde1은 리보솜과 연관되지 않았지만 자유 RNA (분획 1)를 포함하는 분수에서 농축되었다(도 4B). 다른 분획에서 단백질의 분리와 일치, 우리는 gapdh와 sox2 mRNAs가 높은 무거운 폴리좀을 포함하는 분획에서 풍부했다는 것을 발견 (분획에서 3 개 이상...
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다각형 프로파일링은 단일 유전자 및 게놈 전체 수준14 모두에서 번역 상태를 평가하는 데 일반적으로 사용되는 강력한 기술이다. 이 보고서에서는 홈어셈블 플랫폼과 개발 중인 마우스 피질을 분석하기 위한 응용 프로그램을 사용하여 다형성 프로파일링 프로토콜을 제시합니다. 이 비용 효율적인 플랫폼은 견고하고 재현 가능한 자당 그라데이션과 고감도의 다형성 프로파일링을 쉽게 조립하고 생성할 수 있습니다.
일관되고 좋은 품질의 자당 그라데이션의 준비는 재현 가능한 다형성 프로파일링결과(17)를얻는 데 중요하다는 점에 유의할 가치가 있다. 그라데이션 준비 중 10-50% 자당 솔루션의 부피의 변화는 다운스트림 분석에서 다각성 피크의 변화와 결과의 불일치를 야기할 수 있습니다. 더욱이, 바늘의 삽입 및 제거 도중 그라데이션을 방해하는 것은 그라데이션 준비의 불일치에 기여할 수 있었다. 다른 접근 방식 및 상용 ...
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저자는 경쟁 이익을 선언하지 않습니다.
이 작품은 NSERC 디스커버리 그랜트 (RGPIN/04246-2018에서 G.Y.에)에 의해 지원되었습니다. G.Y.는 캐나다 연구 위원장입니다. S.K.는 미틱스 글로벌잉크 대학원 펠로우십과 ACHRI 대학원 학생 장학금의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL RNA free 마이크로튜브 | Axygen | MCT-150-C | |
| 10 cm dish | Greiner-Bio | 664160 | |
| 1M MgCl2 | Invitrogen | AM9530G | |
| 21-23G needle | BD | 305193 | |
| 2M KCl | Invitrogen | AM8640G | |
| 30 mL 주사기 | BD | 302832 | |
| 블런트 엔드 바늘 | VWR | 20068-781 | |
| 브레드보드 | Thorlabs | MB2530/M | |
| 브로모페놀 블루 | 시그마 | 115-39-9 | |
| CD1 마우스 | Charles River Laboratory | ||
| 곡선 팁 집게 | Sigma | #Z168785 | |
| Cycloheximide | Sigma | 66-81-9 | |
| 데이터 수집 소프트웨어 TracerDAQ | 측정 컴퓨팅 | ||
| 디지털 컨버터 | 측정 컴퓨팅 | USB-1208LS | |
| Direct-zol RNA miniprep kit | Zymo | R2070 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Bio-basic | 12-03-3483 | |
| DMSO | Bioshop | 67-68-5 | |
| Dumont No.5 forceps | Sigma | #F6521 | |
| 분획 수집기 | Bio-Rad | Model 2110 | |
| HBSS | Wisent | 311-513-CL | |
| 선형 스테이지 액추에이터 | Rattmmotor | CBX1605-100A | |
| Luciferase control RNA | Promega | L4561 | |
| Maxima 첫 번째 가닥 cDNA 합성 키트 | Themo Fisher | M1681 | |
| 소형 V-클램프 | Thorlabs | VH1/M | |
| 미니 시리즈 브레드보드 | Thorlabs | MSB7515/M | |
| 미니 시리즈 광학 포스트 | Thorlabs | MS2R/M | |
| 미니 시리즈 페디스탈 포스트 홀더 베이스 | Thorlabs | MBA1 | |
| NaCl | Bio-basic | 7647-14-5 | |
| Neurobasal media | Gibco | 21103-049 | |
| Ø 12.7mm 알루미늄 포스트 | Thorlabs | TRA150/M | |
| 파라필름 | Bemis | PM992 | |
| PerfeCTa SYBR 녹색 패스트믹스 | Quanta Bio | CA101414-274 | |
| 인산염 완충 식염수(PBS) | Wisent | 311-010-CL | |
| Puromycin | Bioshop | 58-58-2 | |
| 직각 클램프 | Thorlabs | RA90/M | |
| 직각 &오슬래시; 1/2" to Ø 6mm 포스트 클램프 | Thorlabs | RA90TR/M | |
| Rnase AWAY | Molecular BioProducts | 7002 | |
| RNase free tips | Frogga Bio | FT10, FT200, FT1000 | |
| RNase free water | Wisent | 809-115-CL | |
| RNasin | Promega | N2111 | |
| 슬림 직각 브래킷 | Thorlabs | AB90B/M | |
| 소형 V-클램프 | Thorlabs | VC1/M | |
| 나트륨 데옥시콜레이트 | 시그마 | 302-95-4 | |
| 스테퍼 모터 드라이버 | SongHe | TB6600 | |
| Sucrose | Bioshop | 57501 | |
| SW 41 Ti 로터 | Beckman Coulter | 331362 | |
| 주사기 펌프 | Harvard Apparatus | 70-4500 | |
| 주사기 펌프 | Harvard Apparatus | 70-4500 | |
| Triton-X-100 | Bio-basic | 9002-93-1 | |
| Trizol | Thermofisher Scientific | 15596018 | |
| 튜브 피어싱 | Brandel | BR-184 | |
| 초원심분리기 | Beckman Coulter | L8-70M | |
| 초원심분리기 튜브 | Beckman Coulter | 331372 | |
| UltraPure 1M Tris-HCl pH 7.5 | Invitrogen | 15567-027 | |
| UNO 프로젝트 슈퍼 스타터 키트 | Elegoo | EL-KIT-003 | |
| UV 모니터 | Bio-Rad | EM-1 Econo | |
| 수직 브래킷 | Thorlabs | VB01A/M |
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