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.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie gradientów sacharozy o stężeniu od 20 do 50% (m/v)
Uwaga: Gradienty składają się z 4 warstw sacharozy (50%, 35% oraz 2 warstw 20%) w probówce do ultrawirówki o pojemności 13,2 ml. Z naszego doświadczenia wynika, że nalewanie 20% sacharozy w dwóch oddzielnych warstwach znacznie poprawia jakość preparatów polisomów.
| Końcowe stężenie sacharozy | Sacharoza 2M (ml) | Roztwór soli 1X (ml) | Obj. końcowa (ml) |
| 50% | 8.8 | 3.2 | 12 |
| 35% | 12.9 | 12.1 | 25 |
| 20% | 7.4 | 17.6 | 25 |
| 20% | 5.8 | 14.2 | 20 |
Tabela 1. Rozcieńczenia roztworu sacharozy w celu przygotowania sześciu gradientów.
| Warstwa sacharozy | 50% | 35% | 20% | 20% |
| Obj. (ml) | 1.85 | 3.65 | 3.65 | 1.35 |
Tabela 2. Objętość roztworu sacharozy na warstwę.
2. Przygotowanie ekstraktów cytozolowych
Uwaga: Zalecamy stosowanie dwóch gradientów na jedną próbkę biologiczną. 300 mg to optymalna ilość materiału roślinnego do przygotowania dwóch gradientów podczas pracy z 6-dniowymi siewkami Arabidopsis thaliana. W przypadku pracy z tkankami o mniejszej aktywności translacyjnej ilość materiału roślinnego można zwiększyć do 600 mg.
3. Profilowanie polisomów

Rycina 1. System zbierania gradientu.Kuweta UV jest połączona za pomocą rurek z polichlorku winylu z szklaną rurką kapilarną, która schodzi do dna gradientu. Gradient przemieszcza się przez układ dzięki pompie perystaltycznej. Wartość OD260 jest odczytywana w sposób ciągły, a zbierane są frakcje o objętości 2 ml. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.
4. Ekstrakcja RNA
5. Analiza danych

Rysunek 2. Reprezentatywne profile polisomów. Siewki typu dzikiego (wt, ekotyp Col-0) oraz siewki mutantów Arabidopsis thaliana hodowano przez sześć dni na pożywce ½ Murashige and Skoog w warunkach długiego dnia (16 h światła, 8 h ciemności). A: surowe profile polisomów z siewek wt. B: surowe profile polisomów z siewek mutantów. C: Wyznaczenie procentowego udziału polisomów i monosomów poprzez całkowanie pola pod krzywą D: Profile polisomów znormalizowane względem piku monosomów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W literaturze profile polisomów są często przedstawiane od frakcji lekkiej do ciężkiej, co wynika ze sposobu zbierania gradientów, tj. od góry do dołu. Ponieważ w opisanym tutaj protokole gradienty są zbierane od dołu do góry, prezentowane przez nas profile zaczynają się od frakcji ciężkiej (polisomów) i przechodzą do frakcji lekkiej (wolnych podjednostek rybosomalnych i RNA) (Rysunek 2A). Następnie każdy gradient zbieramy w sześciu frakcjach o objętości 2 ml, jednak możn...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 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 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.