Hier geven we details over hoe lysaten bereid kunnen worden en in vitro-vertaling worden uitgevoerd met behulp van Drosophila-embryo's .
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier geven we details over hoe lysaten bereid kunnen worden en in vitro-vertaling worden uitgevoerd met behulp van Drosophila-embryo's .
Celvrije mRNA-translatie in vitro heeft een cruciale rol gespeeld in het begrip van het eiwitsyntheseproces tijdens genexpressie bij eukaryoten. De ontwikkeling van lysaten uit verschillende systemen voor in vitro-vertaling is van cruciaal belang geweest bij het bestuderen van de rollen van de meeste componenten van de translatiemachine en bij het ontleden van vele stappen van het eiwitsyntheseproces. Verschillende aspecten van translatie en translationele controle zijn bestudeerd met behulp van Drosophila melanogaster-lysaten. Dit artikel biedt gedetailleerde protocollen voor het voorbereiden van synthetische mRNA-sjablonen, het kweken van grootschalige levende vliegenculturen, het bereiden van translatie-competente lysaten uit Drosophila-embryo's en het uitvoeren van celvrije in vitro translatiereacties. Dit protocol is geschikt voor elke soort van het geslacht Drosophila—melanogaster, virilis, pseudoscura, grimshawi, hydei, enzovoort. We vergelijken dit protocol verder met andere vertaalsystemen en bespreken beperkingen, kritieke stappen en probleemoplossing. Representatieve uitkomsten worden opgenomen om te helpen bij het beoordelen van de prestaties en reproduceerbaarheid van het protocol. Tot slot bespreken we mogelijke toepassingen in biotechnologie en onderzoek.
Al meer dan een eeuw heeft Drosophila bewezen een krachtig, genetisch hanteerbaar modelorganisme te zijn om vele biologische fenomenen en moleculen te bestuderen, waaronder translationele controle en de vertaalmachine 1,2,3,4. Drosophila-celvrije in vitro-translatie is een krachtig hulpmiddel geworden om eiwitsynthese te bestuderen, omdat het veel gebeurtenissen die in vivo zijn waargenomen kan recapituleeren. Drosophila is dus een ideaal systeem voor het ontdekken van nieuwe functies en moleculen die translatie en translationele controle uitvoeren. Vroege studies vestigden een in vitro, translationeel competent systeem in de vlieggerelateerde geleedpotige Artemia salina5 en later in Drosophila hydei6.
Later werden lysaten ontwikkeld die reageren op exogene mRNA's in Drosophila melanogaster. De meeste studies naar Drosophila in vitro-vertaling zijn uitgevoerd in embryo's van verschillende leeftijden, hoewel sommige variaties van de translatiereactiebuffer door verschillende onderzoeksgroepen zijn gebruikt. Ter vergelijking worden de verschillende bestudeerde fenomenen en de translatiereactiecondities in Tabel 1 vermeld. Naast embryo's zijn ook protocollen ontwikkeld voor celvrije in vitro translatie met behulp van Drosophila-oocyten 10,22,23,24,25,26 en gekweekte Schneider- of Kc-cellen lysaten. Een beschrijving van de componenten die nodig zijn voor in vitro vertaling en een vergelijking tussen lysaten van verschillende soorten worden beschreven in referenties33,34.
Hoewel het proces van mRNA-translatie behouden blijft over eukaryoten, worden significante verschillen tussen taxa vooral gevonden in de initiatiefase van de translatie, waar verschillende moleculen translatie onderdrukken of bevorderen gedurende de ontwikkeling op een taxon- of soortspecifieke manier35,36. Dit protocol is zeer geschikt om mRNA-translatie in insecten gedurende de hele ontwikkeling te bestuderen, waarvoor lysaten van fylogenetisch verre Metazoan niet kunnen worden gebruikt, inclusief de commerciële lysaten van tarwe of konijn. Dit protocol kan inderdaad de translatiegebeurtenissen die tijdens embryogenese plaatsvinden recapituleeren, iets wat niet mogelijk is bij het gebruik van oocytlysaten23. Tot nu toe is er geen vergelijking gemaakt tussen embryo-, oocyt- en gekweekte-cel Drosophila-systemen. Het toevoegen van posttranslationele modificaties aan de in vitro gesynthetiseerde eiwitten is een beperking van dit protocol in zijn huidige staat. Bovendien levert deze methode geen preparatieve hoeveelheden eiwit op in vergelijking met methoden voor het produceren van recombinante eiwitten in bacteriën.
Hier beschrijven we gedetailleerde protocollen om routinematig grootschalige kooien met Drosophila-vliegen te kweken, synthetische mRNA-templates voor te bereiden, translatie-competente lysaten uit embryo's te maken en celvrije in vitro translatie-assays uit te voeren. De Materiaaltabel toont de benodigde reagentia gedurende het hele protocol.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1) Templateplasmideconstructie voor in vitro transcriptie
2) In vitro transcriptie van gecappeerde en polyadenyleerde mRNA's
3) Routinematig onderhoud van een grootschalige Drosophila-cultuur
4) Bereiding van translatielysaten uit 0–12 h-oude Drosophila-embryo's
OPMERKING: Dit protocol omvat geen behandeling met micrococcale nuclease. Deze stap werd weggelaten om mogelijke afbraak van het exogene rapporterende mRNA te voorkomen als nuclease-inactivatie onvolledig is. Achtergrondtranslatie moet in elk experiment worden gemonitord met behulp van een no-mRNA-controle.
OPMERKING: Deze methode is afgeleid van eerder beschreven protocollen 7,12,14,15,16,17,22.
5) In vitro translatiereactie
6) Kwantificatie van gesynthetiseerde luciferase
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
We voerden translatiereacties uit om de efficiëntievariabiliteit te analyseren tussen zes onafhankelijke lysaatpreparaten (d.w.z. biologische herhalingen) met 0–12-h-oude embryo's. Elke maat vertegenwoordigt een technische drievoud (Figuur 5). Vergelijkbare translatie-efficiëntie werd waargenomen, zij het met enige variabiliteit. We vergeleken ook de vertaalefficiëntie tussen embryo's van verschillende leeftijden. Daarom testten we lysaten van embryo's van 0...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Drosophila-lysaten voor celvrije in vitro-translatie kunnen reproduceerbare resultaten opleveren. Embryo's op verschillende leeftijden en variaties in buffersamenstelling zijn gebruikt om een breed scala aan fundamentele fenomenen in eiwitsynthese en de bijbehorende mechanismen te onderzoeken (Tabel 1). Hier beschreven we een standaardmethode die geschikt is voor embryo's van elke leeftijd om studies op een precieze, kwantitatieve manier uit te...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hoeven geen belangenconflicten aan te geven.
N.B-Á en G.H. werden ondersteund door het intramurale financieringsprogramma van het Nationaal Instituut voor Kanker (Instituto Nacional de Cancerología, INCan), Mexico; D.E.V. is een posdoctoraal fellow van het Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI) programma "Estancias posdoctorales por México para la Formación y Consolidación de las y los Investigadores por México, 2022". Wij danken Fannis Missirlis en Bety Osorio (CINVESTAV, Mexico) voor de vliegen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Aluminiumfolie | Reynolds | N/A | Standaard huishoudelijke aluminiumfolie; elk equivalent commercieel merk acceptabel. |
| Mengsel van aminozuren | Promega | L4461 | N/A |
| Appelcider azijn | Heinz | N/A | Commerciële appelcider azijn (5% zuurheid); elk equivalent merk acceptabel. |
| Appel- of druivensap | Jumex | N/A | Commercieel druivensap; of elk equivalent commercieel merk. |
| Bacteriologische agar | Merck/Sigma-Aldrich | 9002-18-0 | N/A |
| Boorzuur (H3BO3) | Merck/Sigma-Aldrich | B6768 | BioReagent, Molecular Biology grade, ≥99.5%, poeder; gebruikt voor de bereiding van TBE-buffer. |
| Cap: Anti reverse cap (ARCA): 3’-O-Me-m7G(5’ )ppp(5’ )G RNA cap structuur | BioLabs | S1411S | N/A |
| Cap: m7G(5')ppp(5')G RNA cap structuur analoog | New England Biolabs | S1404S | N/A |
| Cap: Niet-functionele cap analoog G(5’ )ppp(5’ )A | New England Biolabs | S1406 | N/A |
| Centrifugebuis (15 mL) | Corning | 430053 | N/A |
| Complete, EDTA-vrije protease-remmercocktail | Roche | 11836170001 | N/A |
| Creatinefosfokinase uit konijnsspier | Merck/Sigma-Aldrich | C-3755 | N/A |
| Creatinefosforzuur, dinatriumzout | Merck | 1120A47950 | N/A |
| Gedehydrateerde bakkersgist | Fleischmann’s | N/A | Commerciële actieve droge gist; elk equivalent merk acceptabel. |
| Di-ethylpyrocarbonaat | Merck/Sigma-Aldrich | D5758 | 97%(NNR) |
| DNA Clean & Concentrator-5 | Zymo Research | D4004 | N/A |
| Drosophila melanogaster wild-type stam Oregon-R | Bloomington Drosophila Stock Center, Indiana, USA | https://bdsc.indiana.edu/index.html ; mutante stammen van Drosophila melanogaster, evenals wild-type referentiestammen van andere Drosophila-soorten, zoals virilis, pseudoscura, grinshawi, hydei, enz. worden ook door dit Stock Center geleverd. | |
| Ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) | Merck/Sigma-Aldrich | E9884 | ACS reagent, 99,4-100,6%, poeder; gebruikt voor de bereiding van TBE-buffer. |
| HEPES | Sigma | SLBH4583V | 99,5%(titratie) |
| Waterstofperoxide (H2O2) | Equate | N/A | Commercieel (~2,5-3,5% waterstofperoxide-oplossing; elk equivalent merk acceptabel. |
| In vitro transcriptie mMessage mMachine T7, T3 of SP6 Kit | Thermo Fisher Scientific | AM1344 en AM1348 | N/A |
| KOAc, ook wel KCH3COO genoemd | Merck/Sigma-Aldrich | Meerdere | N/A |
| Lb-bouillon (lennox) | Merck/Sigma-Aldrich | L3022 | 1kg |
| Luciferase-assaysysteem | Promega | E1501 | N/A |
| MAXIscript T7, T3 of SP6 in vitro transcriptiekit | Invitrogen | AM1316 en AM1312 | N/A |
| Mg(OAc)2, ook wel Mg(CH3COO)2 genoemd | Merck/Sigma-Aldrich | Meerdere | N/A |
| NaCl (natriumchloride) | J.T Baker | B17W53 | ACS Reagens |
| Oligonucleotiden | Elk bedrijf | N/A | Reeksspecifiek. |
| Passieve lysis 5X-buffer | Promega | E1941 | N/A |
| Pipetpunten | Axygen | T-200-Y | 200 microliter gele punten. |
| Pipetpunten | Axygen | T-1000-B | 1 ml blauwe punten. |
| Pipetpunten | Axygen | T-300 | 0,5-10 microliter heldere punten. |
| Propionzuur | Merck/Sigma-Aldrich | 79-09-04 | ACS reagent-kwaliteit, ≥99,5%, vloeistof. |
| PYREX® 5 mL glazen mortel weefselmolen | PYREX® | 7724-5 | N/A |
| QIAprep spin plasmid miniprep-kit | Qiagen | 27106 | N/A |
| QIAquick gelextractiekit | Qiagen | 28704 | N/A |
| Konijnsreticulocytenlysaat (RRL) | Promega | L4960 | N/A |
| Renilla luciferase (RLuc) assaysysteem | Promega | E2820 | N/A |
| RNasin ribonuclease-remmer | Promega | N2111A | N/A |
| RNeasy minielute RNA clean up-kit | Qiagen | 74204 | N/A |
| Slide-A-Lyzer dialysecassettes | Thermo Scientific | 87735 (Hangt echter af van de moleculaire grootte van de cut-off). | N/A |
| Natriumhypochloriet (bleekmiddel) | Clorox | N/A | Commercieel bleekmiddel (~5-6% NaOCl); elk equivalent commercieel merk met vergelijkbare concentratie acceptabel. |
| Spermidine | Merck | 85558 | N/A |
| Roestvrijstalen zeef | N/A | N/A | Elke commerciële leverancier. |
| Taq plus precision DNA-polymerase | Stratagene | 600211-51 | N/A |
| Transfer ribonucleïnezuur (tRNA) uit bovien lever type XI | Merck/Sigma-Aldrich | 9014-25-9 of R4752 | N/A |
| Tris (Tris-base) | IBI Scientific | IB70145 | Moleculair biologie kwaliteit poeder; gebruikt voor de bereiding van TBE-buffer. |
| Triton X-100 | Sigma | SLBX9437 | Labor |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.