Zgodnie z centralnym dogmatem, informacja genetyczna przepływa od DNA do RNA, a następnie do białka1,2. Ten przepływ informacji genetycznej jest wysoce regulowany na wielu poziomach, w tym translacji mRNA3,4. Opracowanie testów reporterowych do pomiaru regulacji ekspresji genów ułatwi zrozumienie mechanizmów regulacyjnych związanych z tym procesem. Tutaj opisujemy protokół badania translacji mRNA przy użyciu testu reporterowego lucyferazy opartej na transkrypcji RNA in vitro w komórkach zakażonych wirusem ospy.
Poxwirusy zawierają wiele bardzo niebezpiecznych patogenów ludzkich i zwierzęcych5. Podobnie jak wszystkie inne wirusy, pokswirusy polegają wyłącznie na maszynerii komórek gospodarza do syntezy białek6,7,8. Aby skutecznie syntetyzować białka wirusowe, wirusy wyewoluowały wiele strategii przejmowania kontroli nad komórkową maszynerią translacyjną w celu przekierowania jej do translacji wirusowych mRNA7,8. Jednym z powszechnie stosowanych przez wirusy mechanizmów jest wykorzystanie elementów cis w ich transkryptach. Godnymi uwagi przykładami są wewnętrzne miejsce wprowadzania rybosomów (IRES) i wzmacniacz translacji niezależny od czapek (CITE)9,10,11. Te cis-elementy sprawiają, że transkrypty wirusowe mają przewagę translacyjną, przyciągając maszynerię translacyjną za pomocą różnych mechanizmów12,13,14. Ponad 100 mRNA pokswirusa ma ewolucyjnie konserwatywny element cis działający w regionie 5'-nieulegającym translacji (5'-UTR): lider 5'-poly(A) na samych końcach 5' tych mRNA15,16. Długości tych liderów 5'-poli(A) są niejednorodne i są generowane przez poślizg polimerazy RNA kodowanej przez pokswirusa podczas transkrypcji17,18. My i inni odkryliśmy niedawno, że lider 5'-poli(A) daje przewagę translacyjną mRNA w komórkach zakażonych wirusem krowianki (VACV), prototypowym członkiem poxviruses19,20.
Test reporterowy lucyferazy oparty na transkrypcji in vitro na bazie RNA został początkowo opracowany w celu zrozumienia roli lidera 5'-poli(A) w translacji mRNA podczas infekcji pokswirusem19,21. Chociaż testy reporterowe lucyferazy oparte na plazmidowym DNA są szeroko stosowane, istnieje kilka wad, które komplikują interpretację wyników w komórkach zakażonych wirusem ospy. Po pierwsze, plazmidy są zdolne do replikacji w komórkach zakażonych wirusem VACV22. Po drugie, krypcyjna transkrypcja często występuje z plazmidowego DNA18,23,24. Po trzecie, transkrypcja sterowana przez promotor VACV generuje poli(A)-lidera o niejednorodnych długościach, co w konsekwencji utrudnia kontrolowanie długości poli(A)-lidera w niektórych eksperymentach18. Test reporterowy lucyferazy oparty na RNA z transkrypcją in vitro pozwala obejść te problemy, a interpretacja danych jest prosta.
Są cztery kluczowe kroki w tej metodzie: (1) reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) w celu wygenerowania matrycy DNA do transkrypcji in vitro; (2) transkrypcja in vitro w celu wytworzenia mRNA; (3) transfekcja w celu dostarczenia mRNA do komórek; oraz (4) wykrywanie aktywności lucyferazy jako wskaźnika translacji (Ryc. 1). Otrzymany amplikon PCR zawiera następujące pierwiastki w kierunku od 5' do 3': promotor T7, lider poli(A) lub pożądana sekwencja 5'-UTR, otwarta ramka odczytu lucyferazy świetlika (ORF), po której następuje ogon poli(A). Amplikon PCR jest używany jako matryca do syntezy mRNA przez transkrypcję in vitro przy użyciu polimerazy T7. Podczas transkrypcji in vitro kap m7G lub inny analog kapu jest włączany do nowo zsyntetyzowanego mRNA. Zamknięte transkrypty są transfekowane do komórek niezakażonych lub zakażonych wirusem VACV. Lizat komórkowy jest pobierany w pożądanym czasie po transfekcji w celu zmierzenia aktywności lucyferazy, która wskazuje na produkcję białka z transfekowanego mRNA. Ten test reporterowy może być wykorzystany do badania regulacji translacji przez element cis, obecny w 5'-UTR, 3'-UTR lub innych regionach mRNA. Co więcej, test oparty na transkrybowanym RNA in vitro może być wykorzystany do badania różnych mechanizmów inicjacji translacji, w tym inicjacji zależnej od czapeczki, inicjacji niezależnej od czapeczki, ponownej inicjacji i inicjacji wewnętrznej, takiej jak IRES.