원자 힘 현미경과 뇌 Polysomes에서 피어링
Summary
While ribosome structure has been extensively characterized, the organization of polysomes is still understudied. To overcome this lack of knowledge, we present here a detailed preparation protocol for accurate imaging of mammalian polysomes by atomic force microscopy (AFM) in air and liquid.
Abstract
병진 기계, 즉, polysome 또는 polyribosome은 세포에서 가장 크고 가장 복잡한 세포질 기계 중 하나입니다. 리보솜, mRNA를 여러 단백질과 비 코딩 RNA를 형성 Polysomes는 번역 컨트롤이 일어날 플랫폼을 통합 나타냅니다. 리보솜 널리 연구되고있다 동안 그러나, polysomes의 조직은 여전히 포괄적 인 이해가 결여되어있다. 따라서 많은 노력이 polysome 조직과 내장 될 수있다 병진 제어의 새로운 메커니즘을 규명하기 위해 필요합니다. 원자력 현미경 (AFM)을 나노 스케일 해상도에서 3D 영상의 획득이 가능 사형 프로브 현미경의 유형이다. 전자 현미경 (EM) 방법에 비해, AFM의 주요 이점 중 하나는, 공기와 용액 중의 두 이미지 수천 취득 시료를 활성화 할 수 있다는 것이다은 염색 친 고정 할 필요없이 주변의 생리적 조건 하에서 유지 될cedures. 여기서, 마우스 뇌 운모 기판에 자신의 증착에서 polysomes의 정확한 정제 상세한 프로토콜 설명한다. 이 프로토콜은 AFM 및 3 차원 물체 그들의 재건과 공기와 액체의 polysome 촬영을 할 수 있습니다. 극저온 전자 현미경 (EM 극저온) 상보는 제안 된 방법은 편리 체계적 polysomes를 분석하고 조직을 연구에 사용될 수있다.
Introduction
단백질의 합성은 1,2- 세포에서 가장 에너지 소비 프로세스이다. 그러므로, 단백질 존재비 주로 병진 아닌 전사 수준 3,4,5-에서 제어된다는 의외이다. polysome 기능성 단백질 판독에 mRNA의 정보를 변환하는 기본적인 거대 분자 구성 요소입니다. Polysomes는 지금까지 여러 번역 컨트롤 6-13을 수렴 거대 분자 복합체로 인식하고 있습니다. 리보솜 구조 14- (16)에 대한 연구 수백에도 불구하고, 번역의 역학에 대한 자세한 분자 통찰력과 polysomes의 토폴로지는 제한된이자가 발생했습니다. 결과적으로, 기본 polysomal의 리보 핵산 단백질 복합체의 조직과 번역에 대한 잠재적 효과는 여전히 다소 애매한 문제입니다. Polysomes 잠재적 무엇 뉴 클레오 및 후생 유전 학적 contro 미러링, 여전히 알 수없는 주문 및 기능 조직을 숨길 수 있습니다LS는 전사 필드에 표시했다. 사실,이 흥미로운 가설의 조사 추가 연구와 새로운 기술 접근 방식이 필요합니다. 이 라인에서, 구조 기술과 원자 힘 현미경 fruitfully 마찬가지로 뉴 클레오 17, 18 달성 한 것에, 유전자 발현을 제어하기위한 새로운 메커니즘을 해명하기 위해 협력 할 수 있습니다.
리보솜 14-16의 발견 이래, 그 구조는 광범위 단백질 합성의베이스 메커니즘의 분자에 대한 설명을 제공 원핵 19,20, 최근에는 인간 (22) 효모 21 특징으로하고있다. Polysomes는 초기 일반적인 2D 형상기구 (14)를 형성하는, 소포체의 막에서 인식되었다. 앞서 언급 한 바와 같이, polysome 조립체 리보솜 구조로서 지속적인 관심의 대상이 아니었다. 과거 polysomes TR은 본질적으로 연구되어왔다ansmission 기술을 EM은 기반. 최근에, 냉동-EM 기술은 체외 번역 시스템 23-26에서 정제 polysomes의 3D 복원, 사람 세포 용 해물 (27) 또는 셀 (28)의 수있었습니다. 이러한 기술은 polysomes 23, 26 ~ 28과 밀 배아 polysomes (24)에 인접 리보솜의 접촉면의 예비 분자 설명에 리보솜 – 리보솜 조직에 대한 더 정제 된 정보를 제공했다. 따라서, 냉동-EM 단층 촬영 분자 세부 리보솜 – 리보솜 상호 작용의 공개를 할 수 있지만 광범위한 후 처리 부담하고 재건 데이터를 처리하기위한 무거운 전산 자원을 필요로하는 분석한다. 또한, 리보솜 리보솜 작용의 분자 세부 수득 리보솜의 고해상 맵이 필요하며, 기준 리보솜이 종류는 몇 종 가능하다. 중요한 크라이 EM 단층 무연 RNA를 검출 할 수 없다. Theref철광석은 새로운 기술은 완전히 변환 장치의 구성을 이해하기 위해 필요하다.
냉동-EM 옆에, AFM은 낮은 진핵 생물 29-33과 인간 (27)에 polysomes 직접 이미징을위한 유용한 도구로 사용되어왔다. EM에 비해 AFM은 샘플 고정 또는 라벨이 필요하지 않습니다. 또한, 측정 값에 가까운 생리적 조건에서 명확 리보솜 벗은 RNA 가닥 (27)을 모두 식별하는 고유의 가능성을 행할 수있다. 단일 polysomes의 영상은 광범위하고 무거운 후 처리에 재건은 냉동-EM 현미경에 의해 요구 분석에 비해 조금 후 처리 노력으로 나노 해상도에서 이미지의 수천을 획득, 상대적으로 빠르게 수행 할 수 있습니다. 따라서, AFM 데이터 처리 및 분석은 고가의 워크 스테이션과 높은 컴퓨팅 파워를 필요로하지 않습니다. 이와 같이,이 기술은 polysomal 도형에 대한 정보, 형태 학적 특성 (예 : 수집높이, 길이 및 폭), 리보솜 밀도없는 RNA의 존재 및 극저온 EM보다 높은 처리량 polysome 당 27 리보솜의 수. 이러한 방식으로, AFM은 polysomes (27)을 묘사하는 EM 기술에 대한 강력하고 상호 보완적인 접근 방식을 나타냅니다.
여기에서 우리는 정화의 AFM이 이미지에 적용하고 마우스 뇌 polysomes을 분석 데이터 분석에 대한 완전한 파이프 라인을 제시한다. 제안 된 프로토콜은 정화 문제와 AFM 이미징에 사용되는 운모 기판에 polysomes의 정확한 증착에 초점을 맞추고있다. 쉽게 AFM 커뮤니티에서 사용되는 일반적인 소프트웨어와 함께 수행 될 수있는 종래의 입자 분석 외에도 RiboPick라는 ImageJ에 플러그 (34)는, polysome 27, 35 당 리보솜 수를 계수되게된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
DNA의 구조가 전사 및 염색질의 조직에서 유전자 발현의 전사 조절에 대한 우리의 이해를 발전와 프로세스를 설명하는 데 가장 중요한 것으로 입증 된 바와 같이, 이는 진실 이해력을 향상 polysomes의 조직 및 구조를 분석하는 것이 필수적이다 번역 및 규제.
전술 한 프로토콜에 부드럽게 평평한 표면에 고정화 polysomes의 최적 밀도는 AFM 영상 적합한 얻는다. 편리하게 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the AXonomIX research project financed by the Provincia Autonoma di Trento, Italy.
Materials
| Cycloheximide | Sigma | 01810 | Prepararation of lysate |
| DNAseI | Thermo Scientific | 89836 | Prepararation of lysate |
| RiboLock RNAse Inhibitor | Life technologies | EO-0381 | Prepararation of lysate |
| DEPC | Sigma | 40718 | Prepararation of lysate |
| Triton X100 | Sigma | T8532 | Prepararation of lysate |
| DTT | Sigma | 43815 | Prepararation of lysate |
| Sodium Deoxycholate | Sigma | D6750 | Prepararation of lysate |
| Microcentrifuge | Eppendorf | 5417R | Prepararation of lysate |
| Sucrose | Sigma | S5016 | Sucrose gradient preparation |
| Ultracentrifuge | Beckman Coulter | Optima LE-80K | Sucrose gradient centrifugation |
| Ultracentrifuge Rotor | Beckman Coulter | SW 41 Ti | Sucrose gradient centrifugation |
| Polyallomer tube | Beckman Coulter | 331372 | Sucrose gradient centrifugation |
| Density Gradient Fractionation System | Teledyne Isco | 67-9000-176 | Sucrose gradient fractionation |
| AFM | Asylum Research | Cypher | Polysome visualization |
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