Her beskriver vi en detaljeret protokol til isolering af aktivt nukleart ekstrakt fra larvestadiet 4 C. elegans og visualisering af transskriptionsaktivitet i et in vitro-system .
Caenorhabditis elegans har været et vigtigt modelsystem for biologisk forskning, siden det blev indført i 1963. C. elegans er imidlertid ikke blevet udnyttet fuldt ud i den biokemiske undersøgelse af biologiske reaktioner ved hjælp af sine nukleare ekstrakter som in vitro transskription og DNA-replikation. En betydelig forhindring for brug af C. elegans i biokemiske undersøgelser forstyrrer nematodens tykke ydre neglebånd uden at ofre aktiviteten af det nukleare ekstrakt. Mens flere metoder bruges til at bryde neglebånd, såsom Dounce homogenisering eller sonikering, de ofte fører til protein ustabilitet. Der findes ingen fastlagte protokoller for isolering af aktive nukleare proteiner fra larve eller voksne C. eleganer til in vitro-reaktioner . Her beskriver protokollen i detaljer homogeniseringen af larvestadiet 4 C. eleganer ved hjælp af en Balch homogenizer. Balch homogenisatoren bruger tryk til langsomt at tvinge dyrene gennem et smalt hul, der bryder neglebånd i processen. Balch homogenisatorens ensartede design og præcise bearbejdning giver mulighed for ensartet slibning af dyr mellem forsøg. Fraktionering af homogenatet fra Balch homogenisatoren giver funktionelt aktivt nukleart ekstrakt, der kan anvendes i en in vitro-metode til analyse af transskription af C. elegans.
Den lille, fritlevende nematode Caenorhabditis elegans er en enkel, men kraftfuld modelorganisme til at løse en lang række biologiske spørgsmål. Siden indførelsen i 1963 har nematoderne været uvurderlige for at besvare spørgsmål inden for neurobiologi, metabolisme, aldring, udvikling, immunitet og genetik1. Nogle af dyrets mange egenskaber, der gør det til en ideel modelorganisme, omfatter kort generationstid, effektiviteten af RNA-interferens, gennemsigtig krop og de færdige kort over både dets cellulære afstamning og nervesystem.
Mens nematodens bidrag til videnskaben er enorme, er de blevet underudnyttet til at belyse det eukaryote transskriptionssystem, hvor det meste af vores forståelse af disse mekanismer kommer fra undersøgelser ved hjælp af nukleart ekstrakt fra gær, frugtflue og pattedyrcellekultur2. Den største forhindring, der afskrækker forskere fra at udvinde funktionelle nukleare ekstrakt er nematoden hårde ydre kutikula. Dette exoskelet omfatter krydsbundne kollagen, cuticlins, glycoproteiner og lipider, hvilket gør C. elegans fra larvestadiet til voksenalderen resistente over for proteinudvinding via kemiske eller mekaniske kræfter3. Et in vitro transskriptionssystem ved hjælp af C. elegans nukleare ekstrakt blev engang udviklet, men ikke bredt vedtaget på grund af systemets begrænsede omfang, og brugen af Dounce homogenisator til fremstilling af ekstraktet kan føre til protein ustabilitet4,5.
I modsætning til den tidligere protokol for nuklear ekstrakt isolation, som udnyttede en Dounce homogenizer til at bryde C. elegans, denne protokol bruger en Balch homogenizer. Balch homogenisatoren består af to hovedkomponenter: en wolframcarbidkugle og en blok i rustfrit stål med en kanal, der keder sig igennem fra den ene ende til den anden. Balch homogenisatoren er fyldt med wolframcarbidkuglen og udjævnes på begge sider for at forsegle slibekammeret. Sprøjter kan lastes på de to lodrette porte, der fører ind i slibekammeret. Da materialet overføres fra den ene sprøjte til den anden gennem slibekammeret, tvinger trykket fra sprøjterne materialet gennem et smalt mellemrum mellem bolden og væggen i kammeret. Dette langsomme og konstante tryk bryder materialet, indtil det når en ensartet størrelse, der er i stand til at passere gennem det smalle hul let. Tvinger C. elegans gennem det smalle hul via et konstant, men blidt tryk bryder dyrene åbne og frigiver deres indhold i den omgivende buffer. Skift af kuglestørrelser strammer yderligere hullet, bryder de nyligt frigivne celler og frigør kernerne i bufferen. Flere tilfælde af centrifugering adskiller kernerne fra resten af celleaffaldet, hvilket giver mulighed for indsamling af et rent nukleart ekstrakt. Balch homogenisatoren foretrækkes frem for Dounce homogenisatoren af flere grunde: systemet kan håndtere et stort antal dyr, hvilket gør det muligt at udtrække en høj mængde aktive proteiner i et enkelt forsøg; den præcise bearbejdning af kuglerne og stålblokken giver mulighed for ensartet slibning mellem flere prøver; den tunge stålblok fungerer som en køleplade, der ensartet trækker varme væk fra slibekammeret, hvilket forhindrer denaturering.
Efter isolering skal det nukleare ekstrakts transskriptionsaktivitet verificeres, før den anvendes i biokemiske eksperimenter. Traditionelt blev transskription aktivitet målt ved hjælp af radiomærkede nukleotider til at spore og visualisere den nyligt syntetiserede RNA. Radioaktiv mærkning kan dog være byrdefuld, da det kræver forsigtighed under brug og bortskaffelse6. Teknologiske fremskridt gør det muligt for forskere i dag at bruge langt mindre skadelige eller besværlige metoder til at måle selv små RNA-mængder ved hjælp af teknikker som kvantitativ realtids-PCR (qRT-PCR)7. Her beskriver protokollen en metode til at isolere aktivt nukleart ekstrakt fra larvestadiet 4 (L4) C. elegans og visualisere transskription aktivitet i et in vitro-system.
C. elegans er en tiltalende modelorganisme til at studere det eukaryote transskriptionssystem på grund af dets billige vedligeholdelse og den lette genetiske manipulation. Her beskrives en protokol for konsekvent isolering af funktionelt aktivt nukleart ekstrakt fra L4 C. elegans . Selvom denne protokol fokuserede på visualisering af transskriptionsaktivitet, kan cDNA produceret post-transcriptionally kvantificeres ved hjælp af RT-qPCR for at opnå en mere præcis måling af transsk…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af et NIH MIRA-tilskud (R35GM124678 til J.S.).
Consumables and reagents | |||
0.2 mL 8-Strip Tubes & Flat Strip Caps, Clear | Genesee Scientific | 24-706 | |
0.2 mL Individual PCR tubes | Genesee Scientific | 24-153G | |
1.7 mL sterile microtubes | Genesee Scientific | 24-282S | |
100% absolute molecular grade ethanol | Fisher Scientific | BP2818 | |
100% ethanol, Koptec | Decon Labs | V1001 | |
10 mL serological pipet | VWR international | 89130-898 | |
150 mm petri plates | Tritech Research | T3325 | |
15 mL conical centrifuge tubes | Genesee Scientific | 28-103 | |
20 mL plastic syringes | Fisher Scientific | 14955460 | |
2 mL Norm-Ject syringes | Henke-Sass Wolf GmbH | 4020 | |
500 mL vacuum filter cup 0.22 µm PES, Stericup Millipore Express Plus | Millipore Sigma | SCGPU10RE | |
50 mL conical centrifuge tubes | ThermoFisher Scientific | 339652 | |
50 mL serological pipet | VWR international | 89130-902 | |
5 mL serological pipet | VWR international | 89130-896 | |
Agar, Criterion | VWR International | C7432 | |
Agarose | Denville Scientific | CA3510-6 | |
Alcohol proof marker | VWR International | 52877-310 | |
Bacto peptone | VWR International | 90000-264 | |
Caenorhabditis elegans | CGC | N2 | |
Calcium dichloride | Millipore Sigma | C4901 | |
Cholesterol | Millipore Sigma | C8667 | |
Control DNA temple cloning primers, Forward 5’- ctc atg ttt gac agc tta tcg atc cgg gc -3’ | |||
Control DNA temple cloning primers, Forward 5’- aca gga cgg gtg tgg tcg cca tga t -3’ | |||
Deionized water | |||
Dithiothreitol | Invitrogen | 15508-013 | |
DNA gel stain, SYBR safe | Invitrogen | S33102 | |
DNA ladder mix, O’gene ruler | Fisher Scientific | SM1173 | |
DNA Loading Dye, 6x TriTrack | Fisher Scientific | FERR1161 | |
DNase, Baseline-ZERO | Lucigen | DB0715K | |
Dry ice | |||
Escherichia coli OP50 strain | CGC | OP50 | |
Glacial acetic acid | Fisher Scientific | A38 | |
Glycerol | Millipore Sigma | G6279 | |
HeLa nuclear extract in vitro transcription system, HeLaScribe | Promega | E3110 | |
Hepes Solution, 1 M Gibco | Millipore Sigma | 15630080 | |
Hydrochloric acid 37% | Millipore Sigma | P0662 | |
Hypochlorite bleach | Clorox | ||
LB Broth | Millipore Sigma | L3022 | |
Magnesium dichloride | Millipore Sigma | M8266 | |
Magnesium Sulfate | Millipore Sigma | M7506 | |
Medium weigh dishes | Fisher Scientific | 02-202-101 | |
microscope slides, Vista vision | VWR International | 16004-368 | |
molecular grade water, Hypure | Hyclone Laboratories | SH30538 | |
Nystatin | Millipore Sigma | N1638 | |
PCR system, FailSafe with premix A | Lucigen | FS99100 | |
Potassium chloride | Millipore Sigma | P39111 | |
Potassium phosphate dibasic | Millipore Sigma | P3786 | |
Potassium phosphate monobasic | Millipore Sigma | P0662 | |
Protease inhibitor, Halt single use cocktail 100x | ThermoFisher Scientific | 78430 | |
protein assay kit, Qubit | ThermoFisher Scientific | Q33211 | |
reverse transcription kit, Sensiscript | Qiagen | 205211 | |
RNA extraction kit RNeasy micro kit | Qiagen | 74004 | |
RNase Inhibitor | Applied Biosystems | N8080119 | |
Sodium Chloride | VWR International | BDH9286-12KG | |
Sodium hydroxide | Millipore Sigma | 1-09137 | |
Sterile syringe filter with 0.2 µm Polyethersulfone membrane | VWR international | 28145-501 | |
Sucrose | VWR International | 200-334-9 | |
transcription primers, Forward 5’- gcc ggg cct ctt gcg gga tat -3’ | |||
transcription primers, Reverse 5’- cgg cca aag cgg tcg gac agt-3’ | |||
Tris-Base | Fisher Scientific | BP152 | |
Tween20 | Millipore Sigma | P2287 | |
Equipment | |||
-20 °C incubator | ThermoFisher Scientific | ||
20 °C incubator | ThermoFisher Scientific | ||
37 °C incubator | Forma Scientific | ||
4 °C refrigerator | ThermoFisher Scientific | ||
-80 °C freezer | Eppendorf | ||
Autoclave | Sanyo | ||
Balch homogenizer, isobiotec cell homogenizer | Isobiotec | ||
Benchtop Vortexer | Fisher Scientific | 2215365 | |
Centrifuge, Eppendorf 5418 R | Eppendorf | 5401000013 | |
Centrifuge, VWR Clinical 50 | VWR International | 82013-800 | |
Dissection microscope, Leica M80 | Leica Microsystems | ||
Fluorometer, Qubit 2.0 | Invitrogen | Q32866 | |
Gel imaging system, iBright FL1500 | ThermoFisher Scientific | A44241 | |
Gel system | ThermoFisher Scientific | ||
Heat block | VWR International | 12621-048 | |
Microcentrifuges, Eppendorf 5424 | Eppendorf | 22620401 | |
PIPETBOY acu 2 | Integra | 155017 | |
Pipette L-1000 XLS+, Pipet-Lite LTS | Rainin | 17014382 | |
Pipette L-10 XLS+, Pipet-Lite LTS | Rainin | 17014388 | |
Pipette L-200 XLS+, Pipet-Lite LTS | Rainin | 17014391 | |
Pipette L-20 XLS+, Pipet-Lite LTS | Rainin | 17014392 | |
Rocking platform | VWR International | ||
Thermocycler, Eppendorf Mastercycler Pro | Eppendorf | 950030010 |