Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) is able to capture cell-type-specific translation of mRNA. Here we report the first TRAP protocol dedicated to isolation of mRNA in rare cell populations of Drosophila embryos.
Measuring levels of mRNAs in the process of translation in individual cells provides information on the proteins involved in cellular functions at a given point in time. The protocol dubbed Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) is able to capture this mRNA translation process in a cell-type-specific manner. Based on the affinity purification of polysomes carrying a tagged ribosomal subunit, TRAP can be applied to translatome analyses in individual cells, making it possible to compare cell types during the course of developmental processes or to track disease development progress and the impact of potential therapies at molecular level. Here we report an optimized version of the TRAP protocol, called TRAP-rc (rare cells), dedicated to identifying engaged-in-translation RNAs from rare cell populations. TRAP-rc was validated using the Gal4/UAS targeting system in a restricted population of muscle cells in Drosophila embryos. This novel protocol allows the recovery of cell-type-specific RNA in sufficient quantities for global gene expression analytics such as microarrays or RNA-seq. The robustness of the protocol and the large collections of Gal4 drivers make TRAP-rc a highly versatile approach with potential applications in cell-specific genome-wide studies.
세포가 개발 과정에서 특정 속성을 취득하는 방법을 이해하는 것은 기관의 복잡성과 병리학 적 조건에 대한 그들의 잠재적 인 진화를 감사하기 위해 매우 중요하다. unrevealing 글로벌 유전자 발현 프로파일에 의해 세포 사양과 차별화를 underly 유전자 조절 네트워크를 해독 할 수있는 큰 연구 푸시가있다, 폴 II 결합 상태, 조절 서열 또는 히스톤의 번역 후 변형에 전사 인자의 점유.
글로벌 수준의 마이크로 어레이에서 유전자 발현을 평가하고 RNA-서열 방식이 사용된다. 마이크로 어레이는 RNA-서열이 코딩을 포함하고 마이크로 RNA, lncRNAs 또는 snRNAs 등의 RNA를 비 암호화 RNA를 다른 유형에 알리는에 더 기어드 반면, mRNA의 풍요 로움을 감지 할 수 있습니다. 그러나, 이들 기술이 활발히-전사 구별 할 수, 정상 상태의 mRNA는 mRNA의 번역을 적극적-하고는 mRNA를 분해 공정에 진입. 정상 성을 측정mRNA 수준을 먹은 것은 프로테옴 구성 1-3의 가난한 추정 것으로 알려져있다. 반대로에서의 mRNA를 적극적으로-번역 식별하는 단백질 생산의보다 정확한 사진을 제공합니다.
그러나, 연구는 주로 transcriptomic 야생형 조건 4-7 또는 해부 조직에 이득 또는 특정 인자의 기능의 상실을 비교 해석 유전자 발현 프로파일을 어렵게하여 전체 유기체 레벨 주도되어왔다. 세포 표적 도구, 친화력 정화 및 감도 향상의 최근 발전은 이제 게놈 전체의 살아있는 유기체의 작은 세포 집단 또는 단일 세포 분석을 수행 할 수 있습니다.
초파리에서 유전자 변형 라인의 큰 컬렉션은 세포의 기능에 필요한 분자 메커니즘의보다 정확한 정량을 산출 GAL4 / UAS 시스템 8-10를 통해 다른 조직과 세포 개체군의 특정 시간과 공간 타겟팅을 할 수 있습니다.
<p cl새로 개발 된 방법 중 엉덩이 = "jove_content은"> 분류에 의한 프로파일이 RNA (11) 적극적으로-번역 캡처하는 방법으로 기술되었다 polysome. 자당 기울기 원심 분리에 따라이 방법은 마이크로 어레이 또는 깊은 시퀀싱 분석 할 때 polysome 분율의 mRNA의 결정의 선택이 게놈 전체의 번역 할 수 있습니다. Polysome 격리 번역 프로세스 (12) 동안 보호 리보솜 RNA 단편에 대응 리보솜 발자국을 식별하는 뉴 클레아 제 소화에 결합 될 수있다. 배출량 측정은 리보솜 RNA의 번역 및 RNA 서열 수준의 해상도와 정량화의 리보솜 위치의 정밀도가, 번역 속도를 측정하는 것을 가능하게 증가한다. 그러나, 주로 리보솜 배출량 측정 프로세스의 끝에서 얻은 RNA 수율 강한 감소로, translatomes 셀 고유의 분리에 적용되지 않은 날짜. RNA의 크기 선택은 잠재적 인 거짓 페이지를 생성 할 수 있음을 감안할 때또한 유사한 방식으로 RNA를 보호 할 수있는 다른 RNP들로부터 ositives는, 상기 발전은 리보좀 배출량 측정을 개선하고 셀 특정 접근법에 적응하기 위해 필요하다.이러한 방법 중 하나는 번역 리보솜 선호도 그래피 (TRAP)이 Heiman 등에 의해 2008 년에 설명 된 호출. 및 마우스에서 뉴런의 서브셋으로부터 translatome을 분리하기 위해 적용. 으로 세포 유형 특정 방식으로 리보솜 단백질을 항원 – 태그, polysomes 선택적으로 세포 분리 및 분류의 힘든 단계없이 정제 할 수있다. 이 경우, 리보솜의 표면에서의 60S 리보솜 단백질 L10A은 eGFP는 13로 태그되었습니다. 2008 년부터 여러 연구는 X와 14-19 쥐에서, 다른 종에이 방법을 사용했다 24 장대 20, 21, 22, 23 제브라 피쉬와 애기 장대를 laevis의. TRAP 방법은 또한 초파리 모델 적응 및 푸리에 사용되고회계 연도 세포 유형 특정 신경 세포 (25)와 성상 세포 (26)에서의 mRNA. 다목적 진 GAL4 / UAS 시스템은 조직 – 특이 적 방식으로 태그 된 RpL10A GFP를 발현하기 위해 사용되었다. 성인 파리의 머리는 서열되었다 (팬 신경 Elav-GAL4 드라이버 대상) 신경 세포 고립의 RNA에서 polysome 선택을 수행하기 위해 해부했다. 상향 조절 된 유전자의 상당수 초파리 배아 개발 (이하 1 세포의 %) 본를 접근 좋은 특이성을 갖는 것을 나타내는 희귀 세포 집단에 적응하도록 우리를 자극하는 신경 조직에서 발현되는 것으로 알려진 것에 대응 .
분자 배우와 형태 형성 운동이 진화 적으로 보존되는 것과 초파리 모델 내에서 배아 단계는 발달 과정의 연구를위한 선택의 모델입니다. 이 모델에서 지금까지 수행 만 조직 – 특이 적 접근법 transcriptomic 정도로 세포 핵을 사용하여 수행되어왔다rting 만 플라이 배아에서 조직 / 세포 특이 translatome 프로파일에 전념 방법에 대한 필요성을 생성, 정상 상태의 사체 27-31을 연구 할 수 있었다. 여기에서 우리는 초파리 배아에 전념 최초의 트랩 프로토콜을보고합니다. 이 방법으로, 결합-mRNA의 번역에 배아 당 약 100 근육 세포의 매우 한정된 세포 집단에서 성공적 고품질와 특이 단리 하였다. 이진 GAL4 / UAS 시스템은 어떤 독성없이 근육의 모집단에서 GFP – 태그 RpL10A의 발현을 구동하는 데 사용됩니다, 명백한 표현형 또는 발달 지연은 이전에 보여주지로 (25). 초파리 배아 근육을 야기 할 것이다 hemisegment 30 근육을 가지고 유충의. 아이디로 처지 유전자의 주변에서 발견 조절 영역을 이용하여, 30 멀티 유핵 근육 중 6 타겟팅. 이 분석에서, 리보솜들은 번역을 사용하여 신장에서 mRNA를 고정화사이클로 헥시 미드를 억제제. 세포질 추출물을 GFP 항체 – 코팅 된 자성 비드와의 친 화성 정제를 위해 사용된다. 정제 RNA의 품질 bioanalyzer를 사용하여 검증 하였다. 정량 역전사 PCR (RT-qPCR에)는 특이 mRNA의 분리의 감도를 결정하는 데 사용하고 최적화 된 프로토콜은 매우 효율적인 것으로 입증되었다.
이 논문은 초파리 배아에서 희귀 세포 집단의 연구에 전념 수정 번역 리보솜 선호도 정화 프로토콜 (별명 'TRAP-RC')를 설명합니다. 정보는 마이크로 어레이 또는 RNA-서열 분석, 배아 용해 및 polysome 추출을위한 즉, 1) 필요한 생물학적 물질의 수량 및 최적화 과정에 적합한 수율 특정 RNA의 성공적인 분리를위한 주요 단계에 제공된다; 2) 비즈 / 항체 – 투 – 해물 최적의 면역에 대한 비율; 높은 특이성과 민감도와 TRAP-RC 실험을 실행하기 위해 3) 세척 버퍼 조성물을 포함하는 배경의 감소를 허용하는 단계를 반복합니다.
이 프로토콜은 쉽게 임의의 다른 세포 유형에 적용하게 재현 데이터를 산출한다. 이 기술은 활발-mRNA의 번역 수준에서 차등 유전자 발현을 분석하고, 따라서 사양의 단백질 발현을 이해하는 방법을 포장하는 것을 가능하게 특정 시간 윈도우에서 IFIC 셀형. 단백질 풍부 번역 및 분해 과정의 속도에 따라 달라집니다하지만 있습니다. TRAP 방법의 중요한 한계는 정확한 정량적 인 방법으로 단백질 함량을 측정 또는 번역 후 변형을 감지하는 없다는 것이다. 세포 – 유형 특이 적 방식으로, 그렇게함으로써, mRNA의 리보솜 본체 따라 밀도를 측정하여 정량을 개선하여 리보솜이 매우 강력한 도구 TRAP footprinting에 결합을 할 수있다. 최근의 논문 (34)에,이 조합은 인간 배아 신장 293 세포에서 수행 하였다. 저자는 스트렙 타비 딘 비즈를 사용하여 RpL10A의 유도 비오틴 형태의 친 화성 정제 다음에 뉴 클레아 배출량 측정을 달렸다. 이는 제한이 목적에 필요한 생체 물질의 양이 되, 특정 세포 유형에 타겟팅하는 동안 전체 유기체 리보솜 배출량 측정을 수행 할 수 있다는 원칙의 증명이다.
"> 글로벌 transcriptomic 분석과 병행하여 트랩 실험을 수행하는 것은 가능 새로 전사와 RNA를 번역 actively-.이 특정 발달 상황 또는 특정 세포 집단에서 발생하는 잠재적 인 전사 후 메커니즘의 깊이 정보가 될 것입니다 사이의 비율을 추적 할 것 예를 들어 의하여 – 마이크로 RNA.결론적으로, 트랩은 셀 특정 방식으로 적극적으로-번역 리보솜에 바인딩의 RNA를 식별하기위한 매우 효율적인 특정 민감한 방법이다. 이 방법은 미생물 및 조직 유형의 광범위하게 사용될 수있다. 여기에 설명 된 새로운 TRAP-RC 프로토콜은 희귀 세포 집단 (총 세포 수의 1 % 미만)과 전체 게놈 수준에서의 후속 분석을위한 충분한 최종 재료의 양에 대해 최적화되었다.
이러한 방법의 한계는 COMP 가능하기에 충분한 양으로 리보솜 태그를 생성하는 강한 운전자의 요구 인대상 세포 유형에 내생 태그가없는 사람과 죽어 야지. 최근의 연구 (25)에서, 저자 10-30 %로 태그가 지정되지 않은 리보솜 대 태그의 비율을 추정했다.
상당히이 균형을 개선해야 UAS-RpL10A-EGFP 복사 수를 늘려이 문제를 해결하려면. 대안 적으로, 설명 된 유전 배경 UAS-GAL4 트랜스 추가 GAL4 단백질의 생산을 증폭하며 간접적 RpL10A-EGFP의 발현을 증가시킨다. 이 mRNA의에 태그 리보솜의 더 나은 점유를 선호한다.
이 이미 효율적인 접근법은 훨씬 더 강력한 양적 측면을 가지고 또는 발견 및 유전자 발현 조절에 필수적인 분자 메커니즘을 해명하기 위해 보완적인 방법을 채택하여 제조 될 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Nicolas Allegre, Maud Peyny and Jean-Philippe Da Ponte for their excellent technical assistance. This work was supported by the Agence Nationale de la Recherche (ANR-JC-CARDIAC-SPE), the INSERM starting grant, ANR ID-CELL-SPE grant, Equipe FRM and the AFM 15845 grant.
HEPES | Sigma | H4034-1006 | |
1,2-diheptanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine | Avanti Polar Lipids | 850306P | |
Glycogen | thermo scientific | R0561 | |
Purified BSA 100X | Biolabs | B9001 | |
Yeast tRNA | Sigma | R5636 | |
Super RNase In | Ambion | AM2694 | |
Antibody GFP clone N86/38 | UC DAVIS/NIH Neuromab Faculty Antibodies Incorporated | 75-132 | |
Nonidet P40 | Roche | 11754595001 | |
Precellys 24 Lysis homogenisation | Bertin Technology | ||
Nuclease free water | Nalgene | ||
Dynabeads ProteinG | Invitrogen | 10004D | |
Potassium chloride (KCl) | Applied Biosystem | AM96406 | |
Magnesium Chloride (MgCl2) | Applied Biosystem | AM95306 | |
Cellulose waddin unbleached | VWR | 115-2597 | |
Sieves 112, 355, 710 um | Retsch | ||
TRiZol | Invitrogen | 15596-018 | |
MagRack 6 | GE HealthCare | 28948964 | |
Low binding filter tips | ClearLine | ||
Rnase free tube 1,5 mL | ClearLine | 390689DD | |
Tween 20 | Fischer Bioreagent | BP337-500 | |
Cycloheximide | Sigma | C1985 | |
Protease inhibitor tablets, Mini-Complete, EDTA-free | Roche | 11836170001 |