Ten protokół opisuje prostą metodę ekstrakcji i frakcjonowania transkryptów z tkanek roślinnych na podstawie liczby związanych rybosomów. Pozwala na globalne oszacowanie aktywności translacyjnej i określenie statusu translacyjnego określonych mRNA.
Method Article
Ten protokół opisuje prostą metodę ekstrakcji i frakcjonowania transkryptów z tkanek roślinnych na podstawie liczby związanych rybosomów. Pozwala na globalne oszacowanie aktywności translacyjnej i określenie statusu translacyjnego określonych mRNA.
Translacja mRNA na białko jest podstawowym i wysoce regulowanym procesem biologicznym. Profilowanie polisomów jest uważane za złoty standard w analizie regulacji translacyjnej. Opisana tutaj metoda to łatwy i ekonomiczny sposób frakcjonowania polisomów z różnych tkanek roślinnych. Gradient sacharozy jest wytwarzany bez potrzeby stosowania kreatora gradientu poprzez sekwencyjne zamrażanie każdej warstwy. Ekstrakty cytozolowe są następnie przygotowywane w buforze zawierającym cykloheksymid i chloramfenikol w celu unieruchomienia rybosomów cytozolowych i chloroplastycznych do mRNA i są ładowane na gradient sacharozy. Po odwirowaniu sześć frakcji jest zbieranych bezpośrednio od dołu do góry gradientu, bez przebijania probówki do ultrawirówki. Podczas zbierania absorbancja przy 260 nm jest odczytywana w sposób ciągły w celu wygenerowania profilu polisomowego, który daje obraz globalnej aktywności translacyjnej. Frakcje są następnie łączone w celu przygotowania trzech różnych populacji mRNA: polisomów, mRNA związanych z kilkoma rybosomami; monosomy, mRNA związane z jednym rybosomem; i mRNA, które nie są związane z rybosomami. Następnie ekstrahuje się mRNA. Protokół ten został zatwierdzony dla różnych roślin i tkanek, w tym siewek Arabidopsis thaliana i roślin dorosłych, Nicotiana benthamiana, Solanum lycopersicum i liści Oryza sativa.
Synteza białek jest niezbędnym i kosztownym energetycznie procesem we wszystkich komórkach 1. Przede wszystkim komórki muszą inwestować energię w produkcję maszynerii translacyjnej, rybosomów. Na przykład aktywnie dzieląca się komórka drożdży wytwarza nawet 2000 rybosomów na minutę. Taka produkcja wymaga do 60% całkowitej aktywności transkrypcyjnej i do 90% całkowitej aktywności splicingowej komórki 2. Ponadto energia jest potrzebna do syntezy aminokwasów, aminoacylo-tRNA i wiązań peptydowych. W roślinach dodanie jednego aminokwasu do łańcucha peptydowego kosztuje od 4,5 do 5,9 cząsteczki ATP 3. Dlatego nie jest zaskakujące, że translacja mRNA na białko jest głównym miejscem regulacji, szczególnie jeśli chodzi o radzenie sobie ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi.
Etap inicjacji translacji, czyli powiązanie mRNA z rybosomem, jest głównym celem regulacji translacji4. W wyniku regulacji translacji, jak również innych potranskrypcyjnych etapów regulacyjnych, tylko 40% zmian w stężeniu białka można wyjaśnić obfitością mRNA 5,6. Tak więc badanie całkowitego mRNA daje stosunkowo słabe informacje na temat obfitości białek. Z drugiej strony, powiązanie mRNA z rybosomami daje lepszy wgląd w obfitość białek, dając dostęp do tych mRNA, które biorą udział w translacji. Aktywnie ulegające translacji mRNA są związane z kilkoma rybosomami w strukturach zwanych polisomami. I odwrotnie, słabo translowane mRNA będą związane tylko z jednym rybosomem (monosomem). W związku z tym status translacyjny mRNA można ocenić, monitorując jego związek z rybosomami7.
Ten protokół opisuje izolację polisomów z sześciodniowych siewek Arabidopsis thaliana, późniejszą izolację RNA i analizę wyników. Polisomy i monosomy są oddzielone gradientem gęstości sacharozy. Gradienty są zebrane w sześć frakcji. Niektóre frakcje są łączone w celu uzyskania trzech dobrze oddzielonych frakcji: polisomów, monosomów i frakcji lekkiej (zwanej dalej supernatantem), która zawiera wolne podjednostki rybosomalne 60S i 40S oraz mRNA, które nie są związane z rybosomami. Globalną aktywność translacyjną można oszacować, generując stosunek polisomów do monosomów, który jest określany przez całkowanie obszaru pod krzywą oraz przez porównanie profili polisomów. mRNA i białka są następnie ekstrahowane z różnych frakcji i wykorzystywane do analizy za pomocą RT-PCR, qRT-PCR, Northern blot, mikromacierzy, western blot lub proteomiki. Protokół ten został zatwierdzony dla innych roślin i tkanek.
Sprzęt wymagany do wykonania tego protokołu jest powszechnie spotykany w większości laboratoriów: Nie ma potrzeby korzystania z kreatora gradientów. Zamrożenie każdej warstwy przed dodaniem kolejnej zapobiega jakiemukolwiek mieszaniu się lub zakłóceniu warstw. Do zbierania gradientu nie używa się przekłuwacza do probówek, co można osiągnąć poprzez zanurzenie szklanej rurki kapilarnej w gradiencie. Dzięki temu kosztowne probówki do ultrawirówek pozostają nieuszkodzone i mogą być wielokrotnie używane. Podsumowując, sprawia to, że obecny protokół jest łatwą i tanią metodą profilowania polisomów.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Przygotowanie od 20 do 50% (w/v) gradientów sacharozy
Uwaga: Gradienty składają się z 4 warstw sacharozy (50%, 35% i 2 warstwy po 20%) w probówce ultrawirówki o pojemności 13,2 ml. Z naszego doświadczenia wynika, że rozlanie 20% sacharozy w dwóch oddzielnych warstwach znacznie poprawia jakość preparatów polisomowych.
| Końcowe stężenie sacharozy | Sacharoza 2M (ml) | Roztwór soli 1X (ml) | Objętość końcowa (ml) |
| 50% | 8,8 | 3.2 | 12 |
| 35% | Pytanie 12,9 | Rozdział 12.1 | 25 |
| 20% | 7,4 | Rozdział 17,6 | 25 |
| 20% | 5,8 | Rozdział 14,2 | 20 |
Tabela 1. Rozcieńczenia roztworu sacharozy w celu przygotowania sześciu gradientów.
| Warstwa sacharozy | 50% | 35% | 20% | 20% |
| Objętość (ml) | 1,85 | Klasa 3,65 | Klasa 3,65 | Godzina 1,35 |
Tabela 2. Objętość roztworu sacharozy na warstwę.
2. Przygotowanie ekstraktów cytozolowych
Uwaga: Zalecamy użycie dwóch gradientów na próbkę biologiczną. 300 mg to optymalna ilość materiału roślinnego do przygotowania dwóch gradientów podczas pracy z 6-dniowymi sadzonkami Arabidopsis thaliana. Podczas pracy z tkankami mniej aktywnymi translacyjnie ilość materiału roślinnego można zwiększyć do 600 mg.
3. Profilowanie polisomów

Rysunek 1. System zbierania gradientów. Kuweta UV jest połączona rurką z polichlorku winylu ze szklaną rurką kapilarną, która schodzi na dno gradientu. Nachylenie przechodzi przez system dzięki pompie perystaltycznej. OD260 jest odczytywany w sposób ciągły i zbierane są frakcje o objętości 2 ml. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
4. Ekstrakcja RNA
5. Analiza danych

Rysunek 2. Reprezentatywne profile polisomowe. Siewki Arabidopsis thaliana typu dzikiego (wt, ekotyp Col-0) i zmutowane były hodowane przez sześć dni na 1/2 podłoża Murashige i Skoog w długich fotoperiodach dnia (16 godzin światła, 8 godzin ciemności). A: surowe profile polisomowe z sadzonek wt. B: surowe profile polisomowe z sadzonek mutantów. C: Oznaczanie procentu polisosomów i monosomów przez całkowanie obszaru pod krzywą D: Profile polisomów znormalizowane do piku monosomu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
W literaturze profile polisomów są często pokazywane od frakcji lekkiej do frakcji ciężkiej ze względu na sposób zbierania gradientów, tj. od góry do dołu. Ponieważ w opisanym tutaj protokole gradienty są zbierane od dołu do góry, profile, które pokazujemy, zaczynają się od frakcji ciężkiej (polisomy) i przechodzą do frakcji lekkiej (wolne podjednostki rybosomów i RNA) (ryc. 2A). Następnie zbieramy każdy gradient w sześciu frakcjach o pojemności 2 ml, ale mniejsze frakcje...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Przedstawiony przez nas protokół jest łatwą i tanią metodą generowania profili polisomowych i izolowania mRNA związanych z polisosomami, pojedynczymi rybosomami lub wolnymi od rybosomów. W literaturze opisano szeroki zakres różnych metod frakcjonowania polisomów. Opisana przez nas metoda została zoptymalizowana tak, aby zachować tylko niezbędne związki i została dostosowana do materiału roślinnego. W szczególności zmniejszyliśmy ilość detergentu11 i dodaliśmy chloramfenikol do buforu, aby związać rybosomy chlo...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia
Ta praca była wspierana przez Francuską Narodową Agencję Badawczą (ANR-14-CE02-0010). Dziękujemy dr Benjaminowi Fieldowi i dr Elodie Lanet za krytyczną lekturę manuskryptu. Dziękujemy Panu Michelowi Terese za pomoc w edycji wideo.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Probówka do ultrawirówek, cienkościenna, poliallomer - 13,2 ml | Beckman Coulter | 331372 | |
| Probówka do ultrawirówek, cienkościenna, polialomerowa - 38,5 ml | Beckman Coulter | 326823 | |
| Szklana rurka kapilarna | Drummond Scientific | 1-000-1000 | |
| Ultrawirówka | Beckman Coulter | serii Optima | |
| SW41 Rotor ultrawirówki | Beckman Coulter | 331362 | |
| SW32 | Beckman Coulter | 369650 | |
| Pompa perystaltyczna | Dowolna | ||
| rurka z polichlorku winylu Tygon R3607 | Fisher Scientific | 070534-22 | Rurka z polichlorku winylu, 2,29 mm |
| Kolektor frakcji Model 2110 | Bio-Rad | 731-8120 | |
| Kuweta UV | Hellma | 170.700-QS | Kwarcowa kuweta przepływowa |
| Spektrofotometr UV | Varian | Cary50 | Odczyt co 0,0125 sekundy |
| Wszystkie chemikalia | Tylko | do użytku Biologia molekularna Klasa | |
| Murashige i Skoog Mieszanina soli bazalnej (MS) | Sigma-Aldrich | M5524 | |
| Woda wolna od rnazy | Dowolne | ||
| szalki Petriego | Fisher Scientific | 10083251 | |
| Oktylofenoksyetanol poli(etylenoksy)etanol, rozgałęziony (Nonidet P40) | Euromedex | UN3500 | |
| Liniowy akryloamid (nośnik akrylowy) | ThermoFischer scientific | AM9520 | Nośnik wytrącania RNA |
| OriginPro 8 | Oprogramowanie analityczne | OriginLab |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission