방법은 작은 RNA를과의 리보솜 점유 규제 역할을 조사하기 위해<em> 말라리아 원충</em
Summary
Human microRNAs translocate from host erythrocytes to Plasmodium falciparum parasites. Here, the techniques used to transfect synthetic microRNAs into host erythrocytes and isolate all RNAs from P. falciparum are described. In addition, this paper will detail a method of polysome isolation in P. falciparum to determine the ribosomal occupancy and translational potential of parasite transcripts.
Abstract
겸상 적혈구 대립 유전자에 대한 책임 유전 적 변이 (HBS)은 말라리아 기생충, 경찰에 의한 감염에 저항하는 적혈구 수 열대열. 다 요인으로 알려져있다이 저항의 분자 기초는 완전히 이해되지 못하고있다 유지. 최근의 연구는 한 번 말라리아 기생충에 전좌 적혈구 마이크로 RNA의 발현 차이는 유전자 조절 및 기생충 성장 모두에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 miRNA가 나중에 기생충의 mRNA의 은밀한 부분 집합 5 'RNA 융합을 통해 키메라 RNA 전 사체를 형성하여 mRNA의 번역을 억제하는 것으로 나타났다. 여기에서 사용 된 기술은 유전자 조절 및 P.의 병진 전위에 기능적 역할 및 추정 메커니즘 기본 적혈구 마이크로 RNA 공부 원충, 호스트 적혈구에 수정 합성 마이크로 RNA의 형질을 포함하여 상세하게 설명한다. 마지막 polysome 그라데이션 방법 TRA의 범위를 결정하는 데 사용되는이러한 성적 증명서의 nslation. 함께, 이러한 기술은 우리가 적혈구 마이크로 RNA의 조절 이상 수준이 겸상 적혈구 세포 고유 말라리아 저항에 기여 함을 입증 할 수 있었다.
Introduction
속 변형체의 apicomplexan 기생충에 의한 말라리아는 전 세계적으로 매년 약 200 만 명이 감염과 주변 60 만 명이 사망 한 원인이 가장 일반적인 인간의 기생 질환이다. 인간을 감염 다섯 변형체 종의 인간의 질병에 가장 관련성이 피입니다 열대열 및 P. 심한 말라리아 합병증에 대한 그들의 널리 분포하고 잠재적으로 인해 삼일 열,. 말라리아 기생충의 라이프 사이클은 모기와 인간 모두의 감염을 필요로한다. 감염된 모기에 물린 인간 때 기생충 복제의 초기 라운드가 발생 간 혈류를 통해 이동한다. 호스트로부터 간세포 merozoites 파열 후에, 그들은 무성 성적 어느 복제를 개시 근처 적혈구 세포를 감염. P. 48 시간 지속 복제의 무성 단계, 그것은 대부분의 말의 소스를 모두이기 때문에 원충이 연구의 초점이다아리아 증상과 쉽게 체외에서 효과적으로 요약된다.
개선 말라리아 치료 포함한 공중 보건 사업의 수가 다소 세계적 말라리아의 부담을 감소되었지만, 약제 내성 기생충 계속 출현 말라리아 제어 노력에 문제가있다. 새로운 치료 방법을 제안 할 수 있습니다 하나의 영역은 유전 적 변이가 말라리아에 대한 저항성을 부여하는 방법을 여러 가지의 연구이다. 말라리아 발병 지역에서는 적혈구 다형성의 다양한 2,3 아주 일반적이다. 겸상 적혈구 아마도 가장 눈에 띄는되는 이러한 돌연변이는 종종 증상이 말라리아 감염 4의 발병에 상당한 저항과 연결되어 있습니다. 그들은 말라리아 감염에 저항하는 적혈구의 원인이되는 기본 메커니즘은 불완전하게 이해된다. 헤모글로빈 돌연변이와 기생 적혈구 향상 세포 강성과 탈수를 통해 향상된 식균 작용의 대상이되는P.에 의해 감소 침략과 연관되어 5 원충. HBC 대립 유전자는 적혈구 표면과 세포 골격의 리모델링, 추가 기생충 개발 6,7 억제와 단백질 발현에 영향을 미친다. 마지막으로, P. 원충은 동형 접합 낫 내에서 제대로 성장 (HBSS)는 말라리아 저항의 고유 적혈구 요인을 제안, 체외에서 8,9 적혈구. 이러한 메커니즘은 모두 역할을하는 것으로 나타나는 반면 그러나, 이들은 완전히 말라리아 겸상 적혈구 성 뒤에 메커니즘을 설명하지 않는다.
제대로 이해 남아 적혈구 요인 중 하나 잠재적 인 세트는 성숙한 적혈구 내에서 miRNA의 존재의 큰 풀입니다. 마이크로 RNA는 3 'UTR 내 염기쌍에 의해 번역 및 / 또는 대상의 mRNA의 안정성을 중재 19-25 NT 크기가 작은 비 코딩 RNA를,이다. 이들은 억제 O 포함한 포유 동물 면역 반응의 조절에 연루되어왔다F 바이러스 복제 10 및 식물에서 바이러스에 대한 내성을 부여하는 것으로 나타났다는 그들은 또한 적혈구 11,12 철 대사 (13)를 포함한 여러 적혈구 프로세스를 조절하는 것으로 나타났다. 이전의 연구는 식 극적으로 HBSS에 변경된 14, 15를 적혈구 적혈구의 miRNAs의 풍부하고 다양한 인구를 확인했다. 성숙한 적혈구가 활성화 전사 및 번역이 부족하기 때문에,이 적혈구의 miRNA의 기능 역할은 확실하지 않다. 중요한 물질 교환이 숙주 세포 및 P.간에 발생로서 intraerythrocytic 발달주기 (IDC) 16시 원충, 그것은 HBS의 적혈구 내에서 변경 miRNA의 프로파일이 직접 세포 고유 말라리아 저항에 기여할 수 있음을 추측했다.
이러한 연구는 궁극적으로, 기능적으로 분리 식별 m 이내에 인간의 miRNA의 역할을 연구하기 위해 파이프 라인의 개발을 주도alaria 기생충, P. 그 호스트 / 인간의 miRNAs는 궁극적으로 공유 퓨즈 다음 병진 기생충 mRNA의 성적 증명서 (17)를 억제 것으로 나타났다 원충. 이는 트랜스 – 스 플라이 싱에 의해 형성된 제 1 단면 종 키메라 사체의 예를 제공하고 본의 miRNA-mRNA의 융합 다른 기생충을 포함하는 다른 종에서 발생 될 수 있음을 연루. 모든 trypanosome의 mRNA는 트랜스 – 스 플라이 싱 스플 라이스 리더 (SL)과 폴리 시스 트론 성적 증명서 (18)의 분리를 조절한다. P. 이후 원충이 다이 서 (Dicer) / 전 (19, 20)에 대한 orthologs 부족, 그것은 적혈구의 miRNAs는 P. 유사한 SL 기계를 공중 납치 가능성이있다 원충은 표적 유전자에 통합합니다. (P)의 최근 연구 원충은 사실 5 '스플 라이스 리더 시퀀스 (21)의 존재를 표시합니다. 이 연구는 transcriptomic 및 transla 모두를 포함하여, 인간 기생충의 miRNA-mRNA의 융합 성적 증명서의 발견에지도 방법의 자세한 사항조절적인 기법. 이러한 방법의 전체 목표는 P.의 유전자 조절, 표현형 및 번역 가능한 소형의 RNA의 효과를 조사한다 원충의 성적 증명서.
인간 기생충 키메라 사체의 초기 식별은 오히려 단지 작은 RNA를 격리 기술을 이용하여보다 총과 작은 양의 RNA를 포함 실시간 PCR, 전 사체의 서열 및 EST 라이브러리 캡처 같은 RNA 분석 기법의 사용에 의존. 하나의 큰 풀에 함께 모든 RNA를 분리, 별도로보다 오히려, 기생충 모두 전좌 작은 RNA를 인간의 식별뿐만 아니라 더 큰 서열의 일부로서 이러한 작은 RNA 서열의 존재를 허용했다. 이것은 이들 융합체의 작용 결과를 결정하기 위해 이러한 융합 된 mRNA의 번역 상태의 분석을 요구했다.
기생충의 게놈의 특성에 대한 광범위한 노력하는 동안D의 사체는 기생충의 생물학 22-25의 이해에 추가 한, 훨씬 덜은 경찰의 수명주기에 걸쳐 mRNA의 사체의 번역 규제에 대해 알려진 원충 (26). 기생충의 프로테옴이 제한된 이해는 기생충의 생물학의 이해와 항 말라리아 치료제의 다음 세대를위한 새로운 목표를 식별 할 수있는 능력을 모두 방해했다. 기생충의 세포 생물학의 이해에이 격차는 경찰에서 번역 규제를 조사하기 위해 적절한 기술의 부족으로 주로 인해 지속하고있다 열대열. 최근의 논문은 P.의 리보솜 배출량 측정의 사용을 설명 원충은 글로벌 번역 상태 (21)를 결정합니다. 성적 증명서의 번역 가능성 중 하나가 튼튼한 측정 polysome 프로파일에 의해 결정 관련 리보솜의 수입니다. 그러나,이 기술은 적용된다 P. 원충 </ EM>, 대부분의 polysomes를 복구 할 수 없으며 주로 monosomes을 캡처합니다. 최근 여러 그룹 27, 28은 피 최적화 된 polysomes을 보존하고 호스트 적혈구 (28)에서의 무성 개발 과정이 말라리아 기생충의 리보솜 점유 및 번역 가능성의 특성을 동시에 적혈구 및 기생충을 용균하여 원충 polysome 기술.
종합적으로,이 방법은 인간의 miRNA와 기생충의 mRNA의 관찰 융합은 이전에보고 된 방법 (27)를 사용하여 증명되었다 그 융합의 mRNA의 기생충 단백질 번역을 조절하고, HBA가 말라리아 저항의 주요 결정 요인이며, HBSS 17 적혈구 것을 보여줍니다. 이러한 방법은 그 융합의 RNA가 (P) 내에 있는지, RNA 접합 이벤트를 식별하고 기능적으로 탐구하고자하는 모든 시스템에 유용 할 것이다 원충 또는 다른 진핵 시스템.
Protocol
Representative Results
Discussion
HBS는 P. 의한 심각한 말라리아에 대한 보호를 제공하기 때문에 주로, 말라리아 풍토병 지역에서 가장 일반적인 헤모글로빈 변형 중 하나이다 열대열. 기술 P.의 유전자 조절에 인간 마이크로 RNA의 역할을 특성화하는 데 필요한 원충이 원고에 걸쳐 자세히 설명되어 있습니다. 모든 작은 RNA를 포함하는 방식으로 전체 RNA를 추출하고, 비교적 간단 기생충 용해 절차를 수행?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was funded by Doris Duke Charitable Foundation, Burroughs Wellcome Fund, NIH R21DK080994, Duke Chancellor’s pilot project fund, the Roche Foundation for Anemia Research and The Bill and Melinda Gates Foundation. G.L. is supported by Duke’s UPGG and the NIH (Grant # 5R01AI090141-03) and K.A.W. by the NSF Graduate Research Fellowship Program.
Materials
| REAGENTS-All reagents must be RNAse-free. |
| Diethyl pyrocarbonate (DEPC; Sigma, cat. no. D5758) |
| DEPC-treated water (see REAGENT SETUP) |
| Yoyo-1 DNA fluorescent dye (Thermo Fisher) |
| Gene Pulser II (or comparible) electroporator (Bio-Rad) |
| 0.2 cm Electroporation cuvettes |
| 4 M potassium acetate (Mallinckrodt, cat. no. 6700) |
| 2 M potassium HEPES (pH 7.2; Sigma, cat. no. H0527) |
| 1 M magnesium acetate (Sigma, cat. no. M-2545) |
| 1 M dithiothreitol (DTT; Research Products International, cat. no. D11000) |
| 100 mM phenylmethylsulfonate fluoride (PMSF; dissolved in isopropanol; Sigma, cat. no. P7626) |
| 10% (v/v) Igepal CA-630 (Sigma-Aldrich, cat. no. I3021) |
| 10% (w/v) sodium deoxycholate (DOC; Sigma, cat. no. D-6750) |
| Cycloheximide (CHX; Sigma, cat. no. C-7698) |
| Sucrose (Mallinckrodt, cat. no. 8360-04) |
| RNAseOUT (Invitrogen, cat. no. 100000840) |
| RPMI-1640 w/ L-glutamine (Cellgro, cat. no. 10-040-CV) |
| 10% AlbuMAX I (w/v in sterile water) (Invitrogen, cat. no. 11020-039) |
| Gentamicin (Gibco, cat. no. 15750-060)) |
| HT supplement (100x) (Invitrogen, cat. no. 11067030) |
| 45% (w/v) sucrose (Sigma, cat no. G8769) |
| 1 M HEPES buffer (Gibco, cat. no. 15630-080) |
| 1x phosphate buffered saline (PBS; Cellgro, cat. no. 2109310CV) |
| Corning 500 ml vacuum filter flask (VWR, cat. no. 430769) |
| Glass slides (VWR, cat. no. 48311-702) |
| Giemsa stain (50X) (VWR, cat no. m708-01) |
| mirVana miRNA isolation kit (Ambion, ThermoFisher Scientific). |
| 5' Biotin conjugated mature miRNA (sequence varies by miRNA of interest) (Dharmacon) |
| Biotin powder (Sigma-Aldrich) |
| 1M Potassium Chloride |
| Streptavidin Sepharose High Performance Beads (GE Healthcare) |
| Ribosome resuspension buffer (see REAGENT SETUP) |
| Lysis buffer (see REAGENT SETUP) |
| 15% (w/v) sucrose gradient solution (see REAGENT SETUP) |
| 50% (w/v) sucrose gradient solution (see REAGENT SETUP) |
| 0.5 M sucrose cushion (see REAGENT SETUP) |
| 60% (w/v) sucrose chase solution (see REAGENT SETUP) |
| Plasmodium cell culture media (see REAGENT SETUP) |
| RNA capture Wash Buffer (see REAGENT SETUP) |
| RNA Elution Buffer (see REAGENT SETUP) |
| REAGENT SETUP |
| Solutions |
| Plasmodium cell culture media |
| 500 ml RPMI-1640 w/ L-glutamine |
| 0.5 ml gentamicin |
| 5 ml HT supplement |
| 2.5 ml 45% glucose |
| 25 ml 10% AlbuMAX I |
| 12.5 ml 1 M HEPES |
| Sterile filter with 0.2 mm vacuum filter flask. |
| Plasmodium cell culture media containing 10x CHX |
| Same recipe as Plasmodium cell culture media above, with the addition of: |
| 2 mM cycloheximide |
| Media is prepared as normal, then add CHX to a final concentration of 2 mM and filter. |
| 1x PBS containing cycloheximide |
| Cycloheximide is added fresh to 1x PBS to a final concentration of 200 mM, and kept at 4 OC until use. |
| Ribosome resuspension buffer |
| 400 mM potassium acetate |
| 25 mM potassium HEPES, pH 7.2 |
| 15 mM magnesium acetate |
| 200 mM cycloheximide (add fresh) |
| 1 mM DTT (add fresh) |
| 1 mM PMSF (add fresh) |
| 40 U/ml RNaseOUT (add fresh) |
| Lysis buffer |
| Same recipe as ribosome resuspension buffer above, with the addition of: |
| 1% (v/v) Igepal CA-630 |
| 0.5% (w/v) DOC |
| Sucrose solutions |
| Same recipe as ribosome resuspension buffer above, with the addition of varying amounts of sucrose: |
| 15% (w/v) sucrose to make 15% sucrose gradient solution |
| 50% (w/v) sucrose to make 50% sucrose gradient solution |
| 0.5 M sucrose to make 0.5 M sucrose cushion |
| As above, cycloheximide, DTT, PMSF, and RNaseOUT must be added fresh. |
| The 60% sucrose chase solution requires only sucrose and water, no other components |
| 60% (w/v) sucrose in DEPC-treated water to make 60% sucrose chase solution |
| RNA Capture Wash Buffer |
| 20mM KCl |
| 5unit/ml Rnase Out (Invitrogen) |
| RNA Capture Elution Buffer |
| Same recipe as RNA Capture Wash Buffer, with the addition of: |
| 2mM Biotin |
| EQUIPMENT |
| SW55 Ti ultracentrifuge rotor (Beckman, cat. no. 342194) |
| SW41 Ti ultracentrifuge rotor (Beckman, cat. no. 331362) |
| Ultra-ClearTM ½ x 2 in (13 x 51 mm) ultracentrifuge tubes for the SW55 (Beckman, cat. no. 344057) |
| Polyallomer 9/16 x 3 ½ in (14 x 89 mm) ultracentrifuge tubes for the SW41 (Beckman, cat. no. 331372) |
| L8-80M ultracentrifuge (Beckman) |
| Steel blunt syringe needle, 4 inch, 16G (Aldrich, cat. no. Z261378) |
| 1 ml syringe with 27G½ needle (Becton Dickinson, cat no. 309623) |
| 5 ml syringe (Becton Dickinson, cat. no. 309646) |
| Parafilm |
| Tube rotator, end-over-end |
| Microcentrifuge, refrigerated |
| Density gradient fractionation system (Teledyne Isco, cat. no. 69-3873-179) |
| TracerDAQ (Measurement Computing) |
| Eppendorf 5810R centrifuge |
| Eppendorf A-4-81 rotor (Eppendorf, cat. no. 022638807) |
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