Mitokondri bakteriyel ve sitoplazmik karşılıkları ayrılmaktadır ribozomlara uzmanlaşmış. İşte nasıl mitoribosomes HEK hücreleri yerli onların kompartımanda elde edilebilir göstermektedir. Mitokondri süspansiyon hücrelerden yalıtım ve bunun sonucunda mitoribosomes arınma için yöntem içerir.
İnsan mitokondri mitokondrial Genom tarafından kodlanan Oksidatif fosforilasyon kompleksleri 13 gerekli protein bileşenleri çevirmek ribozomlara (mitoribosomes) adanmış bir dizi sahip. Tüm proteinler tarafından insan mitoribosomes sentez integral membran proteinlerinin olduğundan, insan mitoribosomes çeviri sırasında mitokondrial iç membran için hayvan zinciri. Sitozolik ribozom karşılaştırıldığında mitoribosome 55S, yarım rRNA içerik, hiçbir 5S rRNA ve 36 ek protein sedimantasyon katsayısı vardır. Bu nedenle, daha yüksek bir protein RNA oranı ve atipik bir yapısı insan mitoribosome önemli ölçüde sitozolik karşılığından farklı olun.
Mitoribosome yaşam merkezi önemini rağmen iletişim kuralı yok olduğu gibi karmaşık insan hücre satırlarından arındırmak mevcut idi. Geleneksel olarak, mitoribosomes kilogram gerekli mitokondri bakımından zengin hayvan dokulardan izole edildi malzeme başlama. Biz insan hücreleri HEK293 kaynaklı besin açısından zengin ifade aracı olarak yetiştirilen bölme içinde mitokondri etkin bir mitokondri çeviri olurdu ve bu nedenle, yapısal ve biyokimyasal çalışmaların için malzeme uygun bir kaynak olabilir ki, gerekçeli mitoribosome. Yapısını araştırmak için büyük ölçekli HEK hücrelerden sağlam mitoribosomes arınma için bir protokol geliştirdi. Burada, azot kavitasyon yöntemi daha hızlı, daha az geleneksel mekanik kesme tabanlı yöntemleri hücre lizis için emek yoğun ve daha verimli alternatif olarak tanıtmak. Bu hazırlıkları olduğu gibi insan mitoribosome ve onun derleme ara ürün bileşimi ortaya yüksek çözünürlüklü yapısal onun belirlenmesi için izin mitoribosome sonuçlandı. Burada, biz bu çalışmaları takip etmek ve bir en iyi duruma getirilmiş şimdiki ve daha düşük maliyetli Yöntem sadece 10 ~10 gerektiren HEK hücreler kültürlü. Yöntem insan mitoribosomal kompleksleri, mutantlar, kalite kontrol derlemeler ve mitoribosomal alt birimleri ara ürün çeviri arındırmak için istihdam edilebilir. Arıtma doğrusal olarak on kat seçin ve aynı zamanda hücreleri, diğer türleri için uygulanan ölçeklenebilir.
Mitokondrial protein sentezi işlemi 13 temel mt-katalitik solunum zinciri oluşturmak üzere bir özel membran bağlı mitoribosome tarafından çevrilen mRNA’ların temel alır. Değiştirilmiş mitokondrial genom ve co-translationally membran eklemek protein ihtiyacını önemli ölçüde mitokondrial ribozomlara1mimarisini şekillendiren. Memeli mitoribosome son yüksek çözünürlüklü yapıları bakteriyel muadili2,3çarpıcı farklı bir genel görünüme gösterdi. Özellikle, mt-rRNA tarafından iki kat azalır ve son derece diverged ~ 1 MDa ekstra molekül ağırlığı, katkıda bulunan en az 36 mitokondri-spesifik proteinler eklenir. Yapısal düzenlemeler daha önce genellikle evrensel olmak4korunmuş kabul hemen hemen tüm kritik fonksiyonel özellikleri değiştirin.
Yeni asıl unsurlar mitoribosomal alt birimleri her biri tarafından elde etmiş, örneğin, küçük alt birim bir içsel GTPazlar protein mS29 onun ‘kafa’ bölge dahil etti. GTPazlar aktivite diğer çeviri sistemleri bulunamadı ve yapısı GTPazlar alt birim derleme2‘ bir rol olabilir gösterir. Merkez tümsek özünü oluşturan tüm bilinen ribozomal büyük alt birimleri, bir dönüm noktası olduğuna inanılan 5S rRNA memeli mitoribosome eksik ve mt-tRNA-Val ayrılmaz bir yapı taşı olarak bunun yerine2kabul etmiştir. Ban ve meslektaşları gösterdi domuz mitoribosome mt-tRNA-Phe vardır ve değil-Val5. Chrzanowska-Lightowlers, Minczuk ve meslektaşları bu veriler üzerinde takip ve mitoribosomes hastaların güvenliği aşılan mt-tRNA-Val istikrar ile mt-tRNA-Phe6,7prensip olarak hizmet verebilir bulundu. Neden mitoribosomes bu belirli öğeleri ve ne yollar ve transdahil olması-eşsiz bu derlemelerden bilinmeyen kalması için gerekli faktörlerdir.
Genel olarak, insan mitoribosome, yeni protein bileşenleri ve mt-tRNA benzersiz dernek yapısal bir öğesi olarak yüksek karmaşıklık olarak-henüz-bilinmeyen mitokondri özel trans –faktörler katılımı ima. Ancak, bu sistem özellikleri birçok geleneksel olarak8araştırmak zor olmuştur, mitokondri için benzersiz olduğundan az moleküler ve kalite kontrol mekanizması hakkında bilinir. Elektron cryo-mikroskobu (cryo-EM)20göre yüksek çözünürlüklü tek parçacık analiz gelişmesiyle birlikte, kapsamlı bir şekilde montaj, eylem ve kalite kontrol insan temel moleküler mekanizmaları incelemek için fırsatları şimdi ortaya mitoribosome. İnsan mitoribosome derleme ara ilk yapısı raporumuzu bu insan mitoribosome nasıl oluştuğunu görselleştirmek mümkündür ve cryo-EM yeni transtanımlaması enstrümantal gösterir tanıma sağlar- oyunculuk derleme9faktörler.
Bu ilk çaba genişletmek için hızlı bir protokolü insan mitoribosome arıtma ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Protokolü’nün ilk bölümünde son derece saf sağlam mitokondri süspansiyon hücrelerden büyük ölçekli bir yalıtım açıklanmıştır. Bu yordamı 9 h gerektirir ve kolayca değiştirilebilir ve farklı hücre tipleri ve ölçekler için uyarlanmış. Bu iletişim kuralı yılında önemli bir adım hücreleri açık kırmak için azot kavitasyon kullanmaktır. Protokolü’nün ikinci bölümü mitoribosomes arındırmak için geliştirilmiştir. Bu yordam 7 h gerektirir ve mitoribosomes biyokimyasal ve yapısal çalışmaları için yeterli miktarda verir. Başlangıç materyali yüksek kaliteli son hazırlıklar teklifler ve mitokondrial oluştururlar için yaygınlaştırılması gibi saf mitokondri kullanın.
Mitokondri, zengin bir kaynak olarak bilinen hayvan dokuları nispeten kolay durumu geçici olsa da bu mitoribosomes3,5,12için popüler bir seçim malzemesi, başlangıç kaynak ile ilgili olarak, 13, onlar cant genetik olarak değiştirilebilir ve laboratuarda kolayca çoğaltılamaz. Bu nedenle, homojen kültürlü insan hücre satırlarını içeren protokoller geliştirmek için bir açık pratik gerek yoktur. En önemli fark arasında protokoller doku ve kültürlü hücreleri ile ilgili lizis ve homojenizasyon modudur. Bir monolayer yetiştirilen kültürlü hücreler için Teflon/cam dounce homojenizasyon14tipik bir yöntemdir. Özgün hazırlık protokolleri verimli iken küçük ölçekli15için geliştirilmiştir. Doğrudan bir homogenizer 500 mL kapasiteli istihdam yukarı ölçekleme mümkün11, ancak, ~ 2 h % 80 lizis elde etmek için el ile emek gerektirir. Bu en az üç sayı tanıttı: toplama organelleri uzun bekleme süreleri nedeniyle, ağır malzeme büyük bir gemi, altına batan nedeniyle homojen olmayan lizis örnek birden fazla konturlar gerekliliği nedeniyle Isıtma. Bu nedenle, basınçlı kap16,17dekompresyon dayalı azot kavitasyon lizis tercih yöntemi kullanır. Bu yöntemde, hücreler hücreleri yumuşatır ve lizis daha duyarlı olmaları için soğuk oda ilk arttı. Bunlar azot kavitasyon cihazda yerleştirilir sukroz ve mannitol içeren bir arabellek mitokondri sağlam tutmak yardımcı olacak bir ozmotik basınç sağlamak için eklenir. Azot kavitasyon cihazı sonra çözülür hücreleri oksijensiz azot büyük miktarda basınç altında. Baskı yayımlanan azot kabarcıklar hücre zarı rüptür sonucu çözüm dışında olduğu gibi. Bu yöntem mekanik homojenizasyon yöntemleri içeren aşağıdaki gibi kesme vurguluyor ve sürtünme birkaç avantaj sunar: 1) herhangi bir dış fiziksel stres hücrelerde önlenmiş olur; 2) örnek soğur adyabatik bir genişleme organelleri hasar yok ısı sağlar; 3) hücre bileşenleri oksidasyon inert azot gazı tarafından korunur; 4) pH hiçbir değişiklik suspending orta; 5) aynı yıkıcı güçler her hücre içinde ve örnek boyunca uygulandığından düzgün ve tekrarlanabilir işlemidir; 6) işlemi hızlı ve 20-30 dakika içinde tamamlanabilir.
Mitokondri kültürlü hücre ve dokulara yalıtım literatürde yaygın olarak tarif edilmiştir ve bu fark centrifugations bir sıra tarafından bir nazik hücre bozulma dayanır. Şu anda kullanılan protokolleri çoğunu önceki yüzyıl18ortasında geliştirilen özgün yordamları izleyin. Temel biyokimyasal yaklaşımlar doğru ancak literatürde vurgulanmış ve fark edilmeden kaldı birkaç yanlış vardır. Biz sistematik olarak bildirilen genel ilkeleri incelenmiş ve sonuç mitoribosomes için iletişim kuralı en iyi duruma getirmek için: 1) dahil edilmesi Mg2 + ve K+ arabellek çok önemli değil. Bu olay oluşmaz KCl yardımcı olur bir jel19, ancak, sitoplazmik protein önleyebilirsiniz bizim protokol açıklandığı gibi yeterli bir seyreltme sağlanan iddia edilmiştir. Ayrıca, dışlanma Mg2 + contaminations sitoplazmik ribozomlara20tarafından azaltmak yararlıdır; 2) yayımlanan organelleri hipo-ozmotik ortamından korumak için orta hücreleri maksimal mümkün hacim oranı tutmak için gerek yoktur. Bizim iletişim kuralı ozmotik desteğinde yeterince Sükroz içeren arabellekleri ve mitokondri yalıtım arabellek içeren hücrelerin seyreltme tarafından sağlanan (2.II.5 adım) büyük ölçekli bir hazırlık organelleri verimli ayrılması için önemlidir.
Mitokondri yalıtım tamponunun pH fizyolojik değerleri yakın yani 7.5, hangi de aşağıdaki mitoribosome hazırlık için optimum pH olmasıdır. Bağlama ajan EDTA ve EGTA bulaşıcı iyonları şelasyon yapın için yalıtım medya eklenir ve onlar-şelasyon yapın ücretsiz magnezyum ve kalsiyum, anılan sıraya göre. EDTA dahil iç mitokondri zar14hasar için yol açabilir, bu nedenle konsantrasyonu bir önlem olarak 1 mM için sınırlıdır tartışıldı. Biz herhangi bir fark 5 mM EDTA sükroz yoğunluğu geçişin son arıtma adımda kullanırken gözlemledik değil.
Açıklanan protokol burada insan hücreleri HEK293S elde edilen mitoribosome arınma için kullanır. Hazırlık kalitesini biyokimyasal olarak ve yapısal olarak atomik çözünürlük için soruşturma olması elde edilen örnek sağlar. Bu bir insan mitoribosomal kompleksleri, kalite kontrol derlemeler ve mitoribosomal alt birimleri ara ürün çeviri yöntemi uygulamak izin verir. Ayrıca, kanser hücrelerinin OXPHOS kapasitesi ve bitişik stromal doku21ile karşılaştırıldığında yüksek mitokondrial protein çeviri güçlendirilmiş beri mitoribosomes kanser22için kurulan uyuşturucu hedefler vardır. Bu nedenle, bu iletişim kuralını kullanan mitoribosomes belirli arıtma için inhibitörleri huzurunda tıbbi uygulamalar olacaktır. Ayrıca, mitoribosomal mutasyonlar kalıtsal mitokondriyal hastalıklar23için bağlantılı olmuştur. Bu mutasyonlar yapısı üzerinde doğrudan etkileri olduğundan, burada sunulan yaklaşım onların yapısal karakterizasyon için faydalı olacaktır. Protokol deneysel olarak genişletilmiş ve bilimsel sorular mücadele insan mitokondri çeviride temel anlayış ve tıbbi önemini çeşitli için uygulanır.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser İsveç Vakfı tarafından desteklenen Stratejik Araştırma (Geleceğin liderleri Grant FFL15:0325), Ragnar Söderberg Vakfı (bursu tıp M44/16), İsveçli Araştırma Konseyi (başlangıç Grant NT × 2015-04107), FEBS uzun vadeli Bursu (SA) için , H2020-MSCA-ITN-2016 proje 721757 (VS).
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) high glucose, GLUTAMAX supplement, pyruvate | Thermo Scientific | 31966-021 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Thermo Scientific | 16000-044 | |
Blasticidin S HCl | Thermo Scientific | R210-01 | |
Zeocin selection reagent | Thermo Scientific | R25001 | 100 mg/ml |
Freestyle 293 Expression medium | Thermo Scientific | 12338026 | |
T175 tissue culture flask with vented cap | Sarstedt | 83.3912.002 | |
Shaker flasks with vented cap | Thermo Scientific | 4115-0500, 4115-1000, 4115-2000, 4115-2800 | |
250 ml conical bottle tubes, sterile | Corning | 430776 | |
Eve automated cell counter | NanoEnTek | E1000 | |
Nitrogen cavitation cell disruption vessel | Parr Instruments | 4635, 4639 | safety volume: 40ml, 600ml respectively |
Dnase (RNA-free) | HT Biotechnology | N401a | |
Teflon/glass dounce homogenizers | Cambridge Glassblowing Limited | Size designed upon request | |
SW40 tubes for mitochondria gradient | Beckman | 344060 | Polypropylene, thin wall |
Transfer pipettes | Sarstedt | 86.1171 | |
TLA 120.2 tubes for cushion | Beckman | 343778 | Polycarbonate, thick wall |
TLS-55 tubes for gradient | Beckman | 347356 | Ultra-clear |
Gradient Station IP | BioComp | 153-002 |