Summary

ポリソームプロファイリングを用いたマウス脳の発達における翻訳の解析

Published: May 22, 2021
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Summary

哺乳類の脳の発達には、翻訳のレベルでの遺伝子発現の適切な制御が必要です。ここでは、発達中の脳におけるmRNAの翻訳状態を評価するための、組み立て易いショ糖勾配および分画プラットフォームを備えたポリソームプロファイリングシステムについて説明する。

Abstract

哺乳類の脳の適切な発達は、神経幹細胞増殖と異なる神経細胞タイプへの分化の細かいバランスに依存しています。このバランスは、転写、転写後、翻訳など、複数のレベルで微調整された遺伝子発現によって厳しく制御されます。この点で、証拠の成長体は、神経幹細胞の運命決定を調整する際の翻訳調節の重要な役割を強調しています。ポリサム分画は、グローバルおよび個々の遺伝子レベルの両方でmRNA翻訳状態を評価するための強力なツールです。ここでは、開発中のマウス大脳皮質からの細胞の翻訳効率を評価するための社内ポリソームプロファイリングパイプラインを提示する。我々は、sucrose勾配調製、組織ライシス、超遠心分離及び分画ベースのmRNA翻訳状態の分析のためのプロトコルを記述する。

Introduction

哺乳類の脳の発達の間に、神経幹細胞は増殖し、分化してニューロンとグリア1、2を生成する。このプロセスの摂動は、脳の構造と機能の変化につながることができます, 多くの神経発達障害に見られるように3,4.神経幹細胞の適切な行動は、特定の遺伝子5の調整された発現を必要とする。これらの遺伝子のエピジェネティックおよび転写制御は鋭意的に研究されているが、最近の知見は、他のレベルでの遺伝子調節が、神経幹細胞増殖と分化6、7、8、9、10の協調にも寄与することを示唆している。このように、翻訳制御プログラムに取り組むことは、神経幹細胞の運命決定と脳の発達の根底にあるメカニズムの理解を大きく進める。

リボソームプロファイリング、翻訳リボソームアフィニティー精製(TRAP)およびポリソームプロファイリングを含むmRNAの翻訳状態を評価するために、異なる強みを有する3つの主要な技術が広く適用されている。リボソームプロファイリングはRNAシーケンシングを使用してリボソームで保護されたmRNA断片を決定し、各転写物の翻訳リボソームの数と位置をグローバルに分析し、転写量11と比較して間接的に翻訳速度を推測することを可能にする。TRAPはエピトープタグ付きリボソームタンパク質を利用してリボソーム結合mRNA12を捕捉する。タグ付きリボソームタンパク質が遺伝的アプローチを用いて特定の細胞型で発現できることを考えると、TRAPは細胞型特異的な方法で翻訳を分析することを可能にする。これに対して、ポリソームプロファイリングは、ショ糖密度勾配分画を使用して、自由で翻訳不良な部分(軽いモノソーム)をリボソーム(重いポリソーム)によって積極的に翻訳されているものから分離し、mRNA13上のリボソーム密度を直接測定する。この技術が提供する1つの利点は、ゲノム全体の翻訳法解析14と同様に、関心のある特定のmRNAの翻訳を研究するための汎用性である。

本論文では、開発中のマウス大脳皮質を分析するためのポリソームプロファイリングの詳細なプロトコルについて述べている。私たちは、ショ糖密度勾配を準備し、下流のアプリケーションの分数を収集するために、ホームアセンブルシステムを使用しています。ここで提示されるプロトコルは、他のタイプの組織および生物を分析するために容易に適応することができる。

Protocol

すべての動物の使用はカルガリー大学の動物ケア委員会によって監督されました。実験に用いたCD1マウスは、市販業者から購入した。 1. ソリューションの準備 注: RNA の劣化を防ぐために、RNase 除染ソリューションを使用して、ワークベンチとすべての機器をスプレーします。RNaseフリーのヒントは実験に使用されます。すべてのソリューションは、RNa…

Representative Results

デモンストレーションとして、75μg RNA(8胚からプール)を含む皮質リセートを、スクロース勾配によって12画分に分離した。254 nmにおけるUV吸光度のピークは、40Sサブユニット、60Sサブユニット、80Sモノソームおよびポリソームを含む画分を同定した(図4A)。大きいリボソームサブユニットのウェスタンブロットによる分画の分析は、Rpl10は60Sサブユニット(画分3)、単数(画?…

Discussion

ポリサムプロファイリングは、単一遺伝子およびゲノムワイドレベル14 の両方で翻訳状態を評価する一般的かつ強力な技術である。本レポートでは、開発中のマウス皮質を分析するための、ホームアセンブルプラットフォームとそのアプリケーションを用いたポリソームプロファイリングのプロトコルを紹介する。この費用対効果の高いプラットフォームは、堅牢で再現性?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、NSERCディスカバリーグラント(RGPIN/04246-2018からG.Y.)によって資金提供されました。G.Y.はカナダ研究委員長です。S.K.は、ミタックス・グローバリンク大学院フェローシップとACHRI大学院生奨学金によって資金提供されました。

Materials

1.5 mL RNA free microtubes Axygen MCT-150-C
10 cm dish Greiner-Bio 664160
1M MgCl2 Invitrogen AM9530G
21-23G needle BD 305193
2M KCl Invitrogen AM8640G
30 mL syringe BD 302832
Blunt end needle VWR 20068-781
Breadboard Thorlabs MB2530/M
Bromophenol blue Sigma 115-39-9
CD1 mouse Charles River Laboratory
Curved tip forceps Sigma #Z168785
Cycloheximide Sigma 66-81-9
Data acquisition software TracerDAQ Measurement Computing
Digital converter Measurement Computing USB-1208LS
Direct-zol RNA miniprep kit Zymo R2070
Dithiothreitol (DTT) Bio-basic 12-03-3483
DMSO Bioshop 67-68-5
Dumont No.5 forceps Sigma #F6521
Fraction collector Bio-Rad Model 2110
HBSS Wisent 311-513-CL
Linear stage actuator Rattmmotor CBX1605-100A
Luciferase control RNA Promega L4561
Maxima first strand cDNA synthesis kit Themo Fisher M1681
Miniature V-clamp Thorlabs VH1/M
Mini-series breadboard Thorlabs MSB7515/M
Mini-series optical post Thorlabs MS2R/M
Mini-series pedestal post holder base Thorlabs MBA1
NaCl Bio-basic 7647-14-5
Neurobasal media Gibco 21103-049
Ø12.7 mm aluminum post Thorlabs TRA150/M
Parafilm Bemis PM992
PerfeCTa SYBR green fastmix Quanta Bio CA101414-274
Phosphate buffered saline (PBS) Wisent 311-010-CL
Puromycin Bioshop 58-58-2
Right-angle clamp Thorlabs RA90/M
Right-angle Ø1/2" to Ø6 mm post clamp Thorlabs RA90TR/M
Rnase AWAY Molecular BioProducts 7002
RNase free tips Frogga Bio FT10, FT200, FT1000
RNase free water Wisent 809-115-CL
RNasin Promega N2111
Slim right-angle bracket Thorlabs AB90B/M
Small V-clamp Thorlabs VC1/M
Sodium deoxycholate Sigma 302-95-4
Stepper motor driver SongHe TB6600
Sucrose Bioshop 57501
SW 41 Ti rotor Beckman Coulter 331362
Syringe pump Harvard Apparatus 70-4500
Syringe pump Harvard Apparatus 70-4500
Triton-X-100 Bio-basic 9002-93-1
Trizol Thermofisher Scientific 15596018
Tube piercer Brandel BR-184
Ultracentrifuge Beckman Coulter L8-70M
Ultracentrifuge tubes Beckman Coulter 331372
UltraPure 1M Tris-HCl pH 7.5 Invitrogen 15567-027
UNO project super starter kit Elegoo EL-KIT-003
UV monitor Bio-Rad EM-1 Econo
Vertical bracket Thorlabs VB01A/M

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Cite This Article
Kedia, S., Erickson, S. L., Yang, G. Analysis of Translation in the Developing Mouse Brain using Polysome Profiling. J. Vis. Exp. (171), e62088, doi:10.3791/62088 (2021).

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