올리고 뉴클레오티드 지시 용출을 사용하여 세포에서 동족 RNA 단백질 단지의 분리
Summary
This manuscript describes an approach to isolate select cognate RNPs formed in eukaryotic cells via a specific oligonucleotide-directed enrichment. We demonstrate the applicability of this approach by isolating a cognate RNP bound to the retroviral 5′ untranslated region that is composed of DHX9/RNA helicase A.
Abstract
Ribonucleoprotein particles direct the biogenesis and post-transcriptional regulation of all mRNAs through distinct combinations of RNA binding proteins. They are composed of position-dependent, cis-acting RNA elements and unique combinations of RNA binding proteins. Defining the composition of a specific RNP is essential to achieving a fundamental understanding of gene regulation. The isolation of a select RNP is akin to finding a needle in a haystack. Here, we demonstrate an approach to isolate RNPs associated at the 5′ untranslated region of a select mRNA in asynchronous, transfected cells. This cognate RNP has been demonstrated to be necessary for the translation of select viruses and cellular stress-response genes.
The demonstrated RNA-protein co-precipitation protocol is suitable for the downstream analysis of protein components through proteomic analyses, immunoblots, or suitable biochemical identification assays. This experimental protocol demonstrates that DHX9/RNA helicase A is enriched at the 5′ terminus of cognate retroviral RNA and provides preliminary information for the identification of its association with cell stress-associated huR and junD cognate mRNAs.
Introduction
전사 후 유전자 발현 정확하게 핵에있는 DNA의 전사를 시작으로 조절된다. RNA는 단백질 (RBPs)를 결합에 의해 제어, mRNA의 생합성과 대사는 RNA 대사 1-3의 진행 동안 기판 전구체의 mRNA와 해리 동료와 매우 역동적 인 리보 핵산 단백질 입자 (RNP들)에서 발생한다. RNP 구성 요소의 동적 변화는 mRNA의의 전사 후 운명에 영향을 미칠 및 기본 증명서, 핵 인신 매매 및 현지화, 번역 mRNA의 템플릿으로 자신의 활동과 성숙의 mRNA의 최종 매출을 처리하는 동안 품질 보증을 제공합니다.
수많은 단백질은 RNA 인식 모티브 (RRM)를 포함하여 자신의 보존 아미노산 도메인 덕분에 RBPs로 지정되며, 이중 가닥 RNA 결합 도메인 (RBD) 및 염기성 잔기의 스트레치 (예컨대, 아르기닌, 리신, 글리신) 4. RBPs 일상적이다면역 전략에 의해 고립과 동족의 RNA를 식별하기 위해 상영된다. 일부 RBPs는 RNA의 regulons 5-8로 지정 기능적으로 관련되는 사전의 mRNA를 공동 조절한다. 이러한 RBPs 그들의 동족의 mRNA, 때로는 비 – 코딩 RNA는 조성물 다양 RNP들 촉매를 형성하고; 고유성 인해 관련된 요인의 다양한 조합으로뿐만 아니라 상호 작용 (9)의 시간적 순서, 위치 및 지속 기간이다.
RNA의 면역 침전 (RIP)는 RNP들에서 세포를 분리 및 서열 분석 (10-13)을 사용하여 관련 증명서를 식별 할 수있는 강력한 기술이다. 후보에서 이동 게놈 넓은하는 검사는 마이크로 어레이 분석 (14) 또는 높은 처리량 시퀀싱 (RNAseq) (15)와 결합 RIP를 통해 가능하다. 그들은 공동 침전 항체 (16)로부터 충분히 풍부하고 분리 가능한 경우에 마찬가지로, 공 침전 단백질, 질량 분석에 의해 식별 될 수 있고,17. 접근 방법은 식물 세포, 진균, 바이러스 및 박테리아의 가용성 용 해물에 대한 변경 가능하지만 여기에서는, 배양 된 세포로부터 RNA의 특정 동족 RNP 성분을 분리하기위한 방법을 다룬다. 그림 1에 요약 된 바와 같이 재료의 다운 스트림 분석, 후보 식별 및 검증 면역에 의해, 질량 분석, 생화학 적 효소 분석, RT-qPCR에, 마이크로 어레이 및 RNAseq을 포함한다.
사후 전사 수준에서 유전자 발현을 제어 RNP들의 기본적인 역할이 주어 성분 RBPs 또는 보조 기능의 발현의 변화는 RNA를 셀에 대한 유해 할 수 있고, 신경계 질환 (18)을 포함한 질환의 여러 유형과 연관된 동족한다. DHX9 / RNA 헬리 A (RHA)는 셀룰러 및 레트로 바이러스의 기원 (6)의 선택의 mRNA의 번역이 필요합니다. 이 동족의 RNA는 내부 구조적으로 관련 시스 – 작용 요소를 나타내는 자신이후 전사 제어 요소 (PCE) (19)로 지정되어 5 'UTR. RHA-PCE 활성은 HIV-1을 포함하는 많은 레트로 바이러스의 효율적인 캡 – 의존적 번역을 위해 필요하며, junD 6,20,21 포함 성장 조절 유전자들의. 필수 유전자 (dhx9)에 의해 암호화, RHA는 세포 증식과 하향 조절에 필수적인 세포 생존 능력 (22)을 제거한다. RHA-RNP들 PCE의 분자 분석 RHA-PCE 활성이 세포 증식을 조절하는 데 필요한 이유 이해하는데 필수적인 단계이다.
정상 상태에서 또는 세포의 생리 학적 섭동시 RHA-PCE의 RNP 구성 요소의 정확한 특성은 다운 스트림 분석을위한 충분한 풍요의 RHA-PCE의 RNP들의 선택적인 농축 캡처가 필요합니다. 여기에, 레트로 바이러스 PCEgag RNA는 오픈 리딩 프레임 내에서 MS2 코트 단백질 (CP)의 시스 – 작용하는 RNA 결합 부위의 6 사본 태그되었습니다. MS2 코트 단백질 엑소시켰다genously 공동 발현 플라스미드로 형질 감염 RNA PCEgag으로 성장 세포에서 RNP 어셈블리를 용이하게한다. 동족 MS2 태깅 PCEgag RNA와 MS2 코트 단백질을 포함 RNP들에는 세포 추출물로부터 면역 침전 및 자성 비드 (도 2a)에 포획 하였다. 선택적 PCE에 결합 된 RNP 성분을 캡처하기 위해, 고정화는 RNP의 RNase H 활성 용 기판 인 RNA-DNA 하이브리드를 형성 PCE에 말단 서열에 상보적인 올리고 뉴클레오티드와 함께 배양 하였다. PCE가 번역 영역, 5 '말단의 5'에 위치되기 때문에, 올리고 뉴클레오티드는 레트로 바이러스 번역 개시 사이트 (개그 개시 코돈)에 인접하는 RNA 서열에 상보 적이다. 용리액으로 수집 된 고정화 RNP에서 발표 된 5 'UTR 단지 코돈 개그 시작 근처의 RNase H 절단. 그 후, 샘플은 captu을 확인 PCEgag 및 SDS PAGE 및 면역 블롯에 의해 캡처 확인 RT-PCR에 의해 평가 하였다대상 MS2 코트 단백질의 재. PCE 관련된 RNA 결합 단백질의 검증 DHX9 / RNA 헬리 케이즈 A는 다음을 수행 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 RNP 절연 및 RNA 동족 인식 전략은 특정 RNA – 단백질 상호 작용을 조사 및 공동 조절 후보 단백질들을 발굴 셀 특정 RNP를 선택하는 수단이다.
RNP들을 분리 올리고 뉴클레오티드 지시 된 RNase H 절단을 사용하는 장점은 캡처 특별히 관심있는 시스 – 작용 RNA 소자에 하류에 결합 된 이종 RNP들 위에 RNP 시스 – 작용 RNA 요소를 분석하는 능력이다. 주어진 RNP의 동족 RNA의 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 감사 NIH P50GM103297, P30CA100730 및 종합 암 P01CA16058에 의해 지원을 인정합니다.
Materials
| Dynabeads Protein A | Invitrogen | 10002D | |
| Dynabeads Protein G | Invitrogen | 10004D | |
| Anti- FLAG antibody | Sigma | F3165 | |
| Anti- FLAG antibody | Sigma | F7425 | |
| Anti-RHA antibody | Vaxron | PA-001 | |
| TRizol LS reagent | Life technology | 10296-028 | |
| RNase H | Ambion | AM2292 | |
| Chloroform | Fisher Scientific | BP1145-1 | |
| Isopropanol | Fisher Scientific | BP26184 | |
| RNaeasy clean-up column | Qiagen | 74204 | |
| Omniscript reverse transcriptase | Qiagen | 205113 | |
| RNase Out | Invitrogen | 10777-019 | |
| Protease inhibitor cocktail | Roche | 5056489001 | |
| Triton X-100 | Sigma | X100 | |
| NP-40 | Sigma | 98379 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | 17904 | |
| Random hexamer primers | Invitrogen | N8080127 | |
| Oligo-dT primers | Invitrogen | AM5730G | |
| PCR primers | IDT | Gene specific primers for PCR amplification | |
| Oligonucleotide for RNase H mediated cleavage | IDT | Anti-sense primer for target RNA | |
| Trypsin | Gibco Life technology | 25300-054 | |
| DMEM tissue culture medium | Gibco Life technology | 11965-092 | |
| Fetal bovine serum | Gibco Life technology | 10082-147 | |
| Tris base | Fisher Scientific | BP152-5 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | S642-212 | |
| Magnesium chloride | Fisher Scientific | BP214 | |
| DTT | Fisher Scientific | R0862 | |
| Sucrose | Fisher Scientific | BP220-212 | |
| Nitrocellulose membrane | Bio-Rad | 1620112 | |
| Magnetic stand | 1.7 ml micro-centrifuge tube holding | ||
| Laminar hood | For animal tissue culture | ||
| CO2 incubator | For animal tissue culture | ||
| Protein gel apparatus | Protein sample separation | ||
| Protein transfer apparatus | Protein sample transfer | ||
| Ready to use protein gels (4-15%) | Protein sample separation | ||
| Table top centrifuge | Pellet down the sample | ||
| Table top rotator | Mix the sample end to end | ||
| Vortex | Mix the samples |
References
- Bandziulis, R. J., Swanson, M. S., Dreyfuss, G. RNA-binding proteins as developmental regulators. Genes Dev. 3 (4), 431-437 (1989).
- Hogan, D. J., Riordan, D. P., Gerber, A. P., Herschlag, D., Brown, P. O. Diverse RNA-binding proteins interact with functionally related sets of RNAs, suggesting an extensive regulatory system. PLoS Biol. 6 (10), e255 (2008).
- Glisovic, T., Bachorik, J. L., Yong, J., Dreyfuss, G. RNA-binding proteins and post-transcriptional gene regulation. FEBS Lett. 582 (14), 1977-1986 (2008).
- Lunde, B. M., Moore, C., Varani, G. RNA-binding proteins: modular design for efficient function. Nat.Rev.Mol.Cell Biol. 8 (6), 479-490 (2007).
- Cochrane, A. W., McNally, M. T., Mouland, A. J. The retrovirus RNA trafficking granule: from birth to maturity. Retrovirology. 3, 18 (2006).
- Hartman, T. R., Qian, S., Bolinger, C., Fernandez, S., Schoenberg, D. R., Boris-Lawrie, K. RNA helicase A is necessary for translation of selected messenger RNAs. Nat.Struct.Mol.Biol. 13 (6), 509-516 (2006).
- Pullmann, R., et al. Analysis of turnover and translation regulatory RNA-binding protein expression through binding to cognate mRNAs. Mol.Cell.Biol. 27 (18), 6265-6278 (2007).
- Keene, J. D. RNA regulons: coordination of post-transcriptional events. Nat.Rev.Genet. 8 (7), 533-543 (2007).
- Moore, M. J. From birth to death: the complex lives of eukaryotic mRNAs. Science. 309 (5740), 1514-1518 (2005).
- Hassan, M. Q., Gordon, J. A., Lian, J. B., van Wijnen, A. J., Stein, J. L., Stein, G. S. Ribonucleoprotein immunoprecipitation (RNP-IP): a direct in vivo analysis of microRNA-targets. J.Cell.Biochem. 110 (4), 817-822 (2010).
- Selth, L. A., Close, P., Svejstrup, J. Q. Studying RNA-protein interactions in vivo by RNA immunoprecipitation. Methods Mol.Biol. 791, 253-264 (2011).
- Singh, D., Boeras, I., Singh, G., Boris-Lawrie, K. Isolation of Cognate Cellular and Viral Ribonucleoprotein Complexes of HIV-1 RNA Applicable to Proteomic Discovery and Molecular Investigations. Methods Mol.Biol. 1354, 133-146 (2016).
- Stake, M., et al. HIV-1 and two avian retroviral 5′ untranslated regions bind orthologous human and chicken RNA binding proteins. Virology. 486, 307-320 (2015).
- Sung, F. L., et al. Genome-wide expression analysis using microarray identified complex signaling pathways modulated by hypoxia in nasopharyngeal carcinoma. Cancer Lett. 253 (1), 74-88 (2007).
- Wang, Z., Gerstein, M., Snyder, M. RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nat.Rev.Genet. 10 (1), 57-63 (2009).
- Michlewski, G., Caceres, J. F. RNase-assisted RNA chromatography. RNA. 16 (8), 1673-1678 (2010).
- Tacheny, A., Dieu, M., Arnould, T., Renard, P. Mass spectrometry-based identification of proteins interacting with nucleic acids. J. Proteomics. 94, 89-109 (2013).
- Duan, R., Sharma, S., Xia, Q., Garber, K., Jin, P. Towards understanding RNA-mediated neurological disorders. J.Genet.Genomics. 41 (9), 473-484 (2014).
- Butsch, M., Hull, S., Wang, Y., Roberts, T. M., Boris-Lawrie, K. The 5′ RNA terminus of spleen necrosis virus contains a novel posttranscriptional control element that facilitates human immunodeficiency virus Rev/RRE-independent Gag production. J. Virol. 73 (6), 4847-4855 (1999).
- Bolinger, C., et al. RNA helicase A interacts with divergent lymphotropic retroviruses and promotes translation of human T-cell leukemia virus type 1. Nucleic Acids Res. 35 (8), 2629-2642 (2007).
- Bolinger, C., Sharma, A., Singh, D., Yu, L., Boris-Lawrie, K. RNA helicase A modulates translation of HIV-1 and infectivity of progeny virions. Nucleic Acids Res. 38 (5), 1686-1696 (2010).
- Lee, T., et al. Suppression of the DHX9 helicase induces premature senescence in human diploid fibroblasts in a p53-dependent manner. J.Biol.Chem. 289 (33), 22798-22814 (2014).
- Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal.Biochem. 72, 248-254 (1976).
- Glenn, G. Preparation of protein samples for mass spectrometry and N-terminal sequencing. Methods Enzymol. 536, 27-44 (2014).
- Keene, J. D., Komisarow, J. M., Friedersdorf, M. B. RIP-Chip: the isolation and identification of mRNAs, microRNAs and protein components of ribonucleoprotein complexes from cell extracts. Nat.Protoc. 1 (1), 302-307 (2006).
- Ranji, A., Shkriabai, N., Kvaratskhelia, M., Musier-Forsyth, K., Boris-Lawrie, K. Features of double-stranded RNA-binding domains of RNA helicase A are necessary for selective recognition and translation of complex mRNAs. J.Biol.Chem. 286 (7), 5328-5337 (2011).
