W tym artykule wideo opisujemy syntezę in vitro zmodyfikowanego mRNA do indukcji ekspresji białek w komórkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
W tym artykule wideo opisujemy syntezę in vitro zmodyfikowanego mRNA do indukcji ekspresji białek w komórkach.
Egzogenne dostarczanie kodującego syntetycznego informacyjnego RNA (mRNA) do indukcji syntezy białek w pożądanych komórkach ma ogromny potencjał w dziedzinie medycyny regeneracyjnej, podstawowej biologii komórki, leczenia chorób i przeprogramowania komórek. W tym miejscu opisujemy krok po kroku protokół generowania zmodyfikowanego mRNA o obniżonym potencjale aktywacji immunologicznej i zwiększonej stabilności, kontroli jakości wytwarzanego mRNA, transfekcji komórek z mRNA i weryfikacji indukowanej ekspresji białka za pomocą cytometrii przepływowej. Do 3 dni po pojedynczej transfekcji mRNA eGFP, transfekowane komórki HEK293 wytwarzają eGFP. W tym artykule wideo jako przykład opisano syntezę mRNA eGFP. Procedura ta może być jednak stosowana do produkcji innego pożądanego mRNA. Za pomocą syntetycznego zmodyfikowanego mRNA można skłonić komórki do przejściowej ekspresji pożądanych białek, których normalnie by nie wyraziły.
W komórkach transkrypcja informacyjnego RNA (mRNA) i następująca po niej translacja mRNA na pożądane białka zapewniają prawidłowe funkcjonowanie komórek. Dziedziczne lub nabyte zaburzenia genetyczne mogą prowadzić do niewystarczającej i dysfunkcyjnej syntezy białek oraz powodować poważne choroby. Tak więc nowym podejściem terapeutycznym do indukowania produkcji brakujących lub wadliwych białek jest egzogenne dostarczanie syntetycznego zmodyfikowanego mRNA do komórek, które koduje pożądane białko. W ten sposób komórki są pobudzane do syntezy funkcjonalnych białek, których normalnie nie mogą wyprodukować lub naturalnie nie potrzebują. Stosując to podejście, zaburzenia genetyczne można skorygować poprzez wprowadzenie mRNA, które koduje wadliwe lub brakujące białko 1. Terapia mRNA może być również stosowana do szczepień w celu syntezy antygenów białkowych, które ulegają ekspresji przez komórki nowotworowe lub patogeny. W ten sposób można aktywować układ odpornościowy gospodarza, aby skutecznie eliminować komórki nowotworowe lub zapobiegać infekcjom 2,3. Co więcej, w ostatnich latach mRNA było z powodzeniem wykorzystywane do generowania indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC). W tym celu fibroblasty transfekowano mRNA, aby indukować ekspresję czynników przeprogramowujących 4-6 i przekształcać je w iPSC o ogromnym potencjale w medycynie regeneracyjnej.
Poprzednio, użycie konwencjonalnego mRNA wiązało się z niską stabilnością i silną immunogennością. W związku z tym kliniczne zastosowania konwencjonalnych mRNA były ograniczone. Jednak zastąpienie cytydyny i urydyny przez 5-metylocytydynę i pseudourydynę w cząsteczce mRNA przez Kariko i współpracowników sprawiło, że cząsteczki mRNA stały się stabilne w płynach biologicznych i radykalnie zmniejszyły aktywację immunologiczną 7-10, co obecnie umożliwia kliniczne zastosowanie zmodyfikowanych mRNA.
Korzystając z syntetycznie wytworzonych zmodyfikowanych mRNA, pożądane transkrypty genów mogą być tymczasowo dostarczone in vivo 11 lub in vitro w celu wywołania ekspresji białka. Wprowadzone mRNA jest poddawane translacji w warunkach fizjologicznych przez komórkową maszynerię translacyjną. Ze względu na brak integracji z genomem komórki gospodarza w porównaniu z wektorami wirusowej terapii genowej, ryzyko onkogenezy jest zapobieżone 12,13. Dzięki temu terapia z wykorzystaniem zmodyfikowanego syntetycznego mRNA uzyska w przyszłości lepszą akceptację kliniczną.
Tutaj opisujemy szczegółowy protokół produkcji zmodyfikowanego mRNA (Rysunek 1), transfekcji komórek z mRNA i oceny ekspresji białek w transfekowanych komórkach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Augmentacja plazmidów zawierających wymagane sekwencje kodujące DNA (CDS)
2. Amplifikacja wstawek plazmidowych i dodawanie ogona poli T przez reakcję łańcuchową polimerazy (PCR)
3. Etap kontroli: Jakość produktu PCR
4. Transkrypcja in vitro (IVT)
5. Leczenie oczyszczonego mRNA fosfatazą antarktyczną
6. Etap kontroli: Jakość syntetyzowanego zmodyfikowanego mRNA
7. Przygotowanie komórek do transfekcji
8. Wykonywanie transfekcji mRNA komórek
9. Analizy cytometryczne przepływu ekspresji eGFP w komórkach
10. Pomiar ekspresji białka w czasie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykorzystując plazmid pcDNA 3.3 zawierający CDS eGFP, opracowano syntezę zmodyfikowanego mRNA eGFP (Rycina 1). Po amplifikacji insertu metodą PCR i dodaniu ogona poly T, wykryto wyraźny prążek o długości około 1 100 bp (Rycina 2). Wydłużenie czasu IVT zwiększyło wydajność mRNA (Rycina 3). Po IVT wykryto wyraźny prążek mRNA o długości około 1 100 bp, co odpowiada długości produkowanego mRNA eGFP (Rycina 4).
Funkcjonalność wygen...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Terapia mRNA ma ogromny potencjał w dziedzinie medycyny regeneracyjnej, leczenia chorób i szczepień. W tym filmie pokazujemy produkcję stabilizowanego, zmodyfikowanego mRNA do indukcji ekspresji białek w komórkach. Za pomocą tego protokołu można wygenerować inne pożądane mRNA. Synteza zmodyfikowanego mRNA in vitro umożliwia transfekcję komórek z pożądanymi mRNA w celu indukowania ekspresji docelowych białek. W ten sposób pożądane białko ulega przejściowej ekspresji w warunkach fizjologicznych, aż do całkowitego ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ten projekt został sfinansowany przez Europejski Fundusz Społeczny w Badenii-Wirtembergii, Niemcy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Hodowla komórkowa | |||
| DMEM, PAA o wysokiej zawartości glukozy | E15-009 | ||
| FBS | Life Technologies | 10500 | |
| Penicylina/Streptomycyna | PAA | P11-010 | 100x |
| L-glutamina | PAA | M11-004 | 200 mM |
| DPBS bez wapnia i magnezu | PAA | E15-002 | |
| 0,04% trypsyna / 0,03% EDTA | Promocell | C-41020 | |
| TNS | Promocell | C-41120 | Roztwór neutralizujący trypsynę, 0,05% inhibitor trypsyny w 0,1% komórkach BSA |
| HEK-293 | ATCC | CRL-1573 | |
| Consumables | |||
| Płytki do hodowli tkankowych, 12-dołkowe | Corning | 3512 | |
| Kolba do hodowli komórkowych (75 cm2) | Corning | 430641 | |
| sterylne probówki do mikrowirówek 1,5 ml wolne od DNaz i RNaz | Eppendorf | 0030 121.589 | Safe-Lock, Biopur |
| 15 ml probówki stożkowe | greiner bio-one | 188271 | |
| czyste i sterylne końcówki do pipet epT.I.P.S. z podwójnym filtrem | Eppendorf | 10 & mikro; l: 022491202; 100 &mikro; l: 022491237; 1 000 i mikro; l: 022491253 | |
| Cryovial | greiner bio-one | 122279-128 | Cryo.s |
| 14 ml polipropylenowa probówka z okrągłym dnem do hodowli bakterii | BD Falcon | 352059 | |
| Amplifikacja i oczyszczanie plazmidu | |||
| pcDNA 3.3_eGFP Plazmid | Addgene | 26822 | |
| One Shot Top10 chemicznie składnik Escherichia coli | Invitrogen | C4040-10 | |
| Sterylna woda (Ampuwa) | Fresenius Kabi | 1636071 | |
| LB medium (Luria/Miller) | Carl Roth | X968.1 | Rozpuść 25 g L-1 w sterylnej wodzie. |
| Agar LB (Luria/Miller) | Carl Roth | X969.1 | Rozpuścić 40 g L-1 w sterylnej wodzie. |
| Ampicylina Gotowy roztwór | Sigma Aldrich | A5354 | 100 mg/ml |
| Glycerol | Sigma Aldrich | G2025 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| mRNA | |||
| HotStar HiFidelity Polymerase Kit | Qiagen | ||
| QIAquick PCR | Zestaw Qiagen | 28106 | |
| MEGAscript T7 | Life Technologies | AM1334 | |
| 5-metylocytydyno-5&ostra;-trifosforan | Trilink | N1014 | 5-metylo-CTP |
| Pseudourydyno-5&ostra;-trifosforan | Trilink | N1019 | Pseudo-UTP |
| 3´-O-Me-m7G(5´)ppp(5´)G Struktura kapu RNA analogowa | New England Biolabs | S1411L | |
| Inhibitor RNazy RiboLock | Thermo Scientific | EO0381 | 40 U/&mikro; l |
| TURBO DNase | Life Technologies | AM1334 | 2 U/&mikro; l (z zestawu MEGAscript T7) |
| Fosfataza antarktyczna | Zestaw New England Biolabs | MO289S | |
| RNeasy mini | Rozwiązanie Qiagen | 74104 | |
| RNaseZap | Life Technologies | AM9780 | |
| Transfekcja | |||
| Odczynnik do transfekcji Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-019 | Kationowy odczynnik do transfekcji lipidów |
| Opti-MEM I Zredukowane podłoże w surowicy | Invitrogen | 11058-021 | Ulepszone Minimal Essential Medium (MEM), które pozwala na zmniejszenie suplementacji płodowej surowicy bydlęcej (FBS) |
| Elektroforeza żelowa | |||
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| Żelowy barwnik żelowy z kwasem nukleinowym | Biotium | 41003 | 10 000x w wodzie |
| peqGOLD Range Mix DNA-Drabinka | Peqlab | 25-2210 | |
| Analizy cytometrii przepływowej | |||
| CellFIX (1x) | BD Biosciences | 340181 | 10x koncentrat |
| Podkład do amplifikacji insertu i poli (T) tail PCR | |||
| Forward Primer (klasa HPLC) 10 µ M | Ella Biotech | 5´-TTGGACCCTCGTAC AGAAGCTAATACG-3´ | |
| Podkład odwrotny (klasa HPLC) 10 i mikro; M | Ella Biotech | 5´- T120-CTTCCTACT CAGGCTTTATTCAA AGACCA-3´ | |
| Equipment | |||
| Cell inkubator | Binder | CO2 (5%) i O2 (20%) | |
| Licznik komórek CASY | Schä System | ||
| Sterylny stół warsztatowy | BDK Luft-und Reinraumtecknik GmbH | ||
| Inkubator bakteryjny | ScanDrop | ||
| Termocykler analityczny Jena | |||
| PCR | Mikrowirówka Eppendorf | ||
| Eppendorf | |||
| Vortex | peqlab | ||
| Thermomixer | Eppendorf | ||
| Gel aparatura do elektroforezy | Bio-Rad | ||
| Gel | Bio-Rad | ||
| FACScan | BD Biosciences | ||
| firmy Nikon | |||
| Zeiss |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.