SINEUPs הם סינתטיים antisense ללא קידוד RNAs, אשר מכילים תחום הכריכה (BD), תחום אפקטור (אד) ו- up-לווסת את התרגום של יעד ה-mRNA. כאן, אנו מתארים שיטות איתור עבור SINEUPs של שורות תאים בתרבית, ניתוח של פעילותם קידום תרגום על ידי המערב-כתם של תפוקה גבוהה חצי אוטומטי מערכת הדמיה.
שיפור ממוקד-חלבון יש חשיבות לא רק לצורך המחקר של תהליכים ביולוגיים, אלא גם עבור יישומים טיפוליים, הביו-טכנולוגיה. כאן, אנו מציגים שיטה להסדיר באופן סלקטיבי למעלה-חלבון ביטוי של גנים הרצוי בתאים בתרבית על-ידי antisense סינתטי ללא קידוד RNAs המכונה SINEUPs. פקד חיובי זה גנים ברמת post-transcriptional, שהופעל על ידי הפוך קצר interspersed גרעיני רכיב (סינוס) אני חוזר בסוף 3ʹ SINEUPs אשר כוללת את המחשבים אפקטור שלו (אד). SINEUPs יכול במיוחד לאגד מכל mRNA חלבון-קידוד של בחירה דרך המחשבים מחייב (BD), אזור ומתוכננת הרצף בתוך אזור לא מתורגם 5ʹ (5ʹ UTR) וליד codon את ההתחלה של mRNA. SINEUPs במטרה תוכנן באופן זה הם transfected בתרבית תאים, חלבון ו- RNA שחולצו עבור ניתוחים במורד הזרם, בדרך כלל תקנים לאחר 24-48 שעות. חלבון SINEUP-induced למעלה-תקנה מאותרים על ידי ניתוח המערבי-כתם, ביטוי RNA נמדד באמצעות שעתוק במהופך כמותיים PCR בזמן אמת. הבחנו כי עיצוב BD הוא קריטי להשגת פעילות SINEUP אופטימום וכי בדיקות שונות BD הגדלים והמיקומים ביחס codon ההתחלה של המטרה ש-mrna מומלץ. לכן, אנו מתארים כאן חצי אוטומטיות תפוקה גבוהה הדמיה שיטה המבוססת על זיהוי פלורסצנטיות, זה יכול להיות מיושם למטרה ש-mrna התמזגו עם חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). SINEUPs במיוחד לשפר את התרגום בטווח הנורמלי פיזיולוגיים של התא, מבלי לשנות את רמת התעתיק היעד. שיטה זו ננקטה בהצלחה נגד מגוון של מטרות אנדוגני, אקסוגני, מגוון רחב של האדם, עכבר, שורות תאים חרקים יחד עם מערכות ויוו. יתר על כן, SINEUPs דווחו להגביר את ייצור נוגדנים ולעבוד כמו RNA טיפולית נגד גנים haploinsufficient. אופי תכליתי ומודולרית SINEUPs גורם להם כלי מתאים עבור פקד translational גנים ספציפיים.
בעידן הפוסט-גנומי, תובנות רבות הרווחנו דבר לתוך התפקידים ג’ין הרגולציה של הפרוטוקולים antisense ללא קידוד בשל התפתחות הדור הבא רצפי טכנולוגיות1,2,3 , כלים לעריכת ג’ין. קטגוריה זו של הפרוטוקולים, אשר נחשבה בעבר להיות “תעתיק אשפה”, מוקמת עכשיו בתור שחקן המפתח של תקנה גנטי. תעתיקים antisense מדווחים לווסת כרומטין. בקרת יציבות ואת הביטוי שלהם cognate חלבונים הגיוני mRNA4,5. ברוב המקרים, במצב זה של תקנה שלילי, תעתיקים antisense להשתיק את עמיתיהם הגיוני עד ה-RNA-RNA אינטראקציות6,7. תכונה זו של הפרוטוקולים antisense טבעי יש כבר מנוצל כדי downregulate הרצוי הגנים בצורה של RNA מפריעות קטן סינתטי (siRNA), microRNA (miRNA) ו- oligos antisense (אסו)8,9,10 ,11 בהותירם חלל ריק טכנולוגי עבור ממוקד למעלה-הכונה.
מחקר מסקרן אחד שינתה את הפרספקטיבה של השדה antisense RNA על ידי הפגנת antisense באותו זמן ללא קידוד RNAs (כמו lncRNAs) של גנים Uchl1 (אוביקוויטין C-מסוף ההידרולז L1) ו Uxt (תעתיק מבוטא ubiquitously) חיובי לווסת את התרגום של cognate שלהם לחוש mRNA ברמת post-transcriptional עכברים12. 5ʹ סוף אלה כפי lncRNAs חופף עם מספר בסיסים באזור לא מתורגם 5ʹ (5ʹ UTR) של הפרוטוקולים הישר המקביל שלהם, הסוף 3ʹ שאינם חופפים מכיל חוזר הפוכה של רטרוטרנספוזון השייכים הקצרה וביניהם גרעינית רכיב (סינוס) המשפחה. מעניין, מצאנו כי הכוח המניע העיקרי מאחורי למעלה-תקנה translational זו הוא הסינוס מוטבע חוזר. וזה לא מוגבל העכבר שסינוס חוזר רק… האדם Alu חוזר המכילות כפי lncRNAs משופרת גם תרגום של היעד הגיוני mRNAs, מחזק את הרעיון של מחלקה הרומן של מונחי-סינוס antisense תקינה ללא קידוד RNAs, כראוי בשם SINEUPs13. מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי הפוטנציאל של SINEUPs טבעי נשמרת ב- SINEUPs סינתטי המיועד במיוחד למטרה גנים שונים אנדוגני, אקסוגני14,15. SINEUPs יש שתי תכונות חשובות: הראשונה “איגוד התחום” (BD) שהיא לרוב באזור הקצה 5ʹ משלים הרצף המקיף העיקרית להתחיל codon של mRNA חלבונים, ודבר שני, “התחום אפקטור” (אד) כמו זה משלבת הפוך חוזר של סינוס המהווה תנאי הכרחי עבור הפונקציה SINEUP14 (איור 1). יכול להיות מותאם אישית SINEUPs לעיצוב של BD המכוון כלפי הגן של בחירה. לאחר מכן ניתן לרתום זה כדי לנתח את הפונקציה של גן מסוים מעורב מסלול ביולוגי, כחלופה טובה יותר קונבנציונאלי mRNA ביטוי לאסטרטגיה. בנוסף, כלי רב-תכליתי זה יכול להיות מיושם כדי להגביר את ייצור נוגדנים, וכן תרופה לטיפול haploinsufficient מחלות שנגרמות על ידי מינונים לא מספקת של חלבונים פונקציונליים16,17,18, 19,20,21.
היתרונות של טכנולוגיית SINEUP הן מגוונות. זה אינו משנה את הביטוי של היעד ברמה תעתיק. עוד BDs לספק ירידה לפרטים נוספים SINEUPs, בעוד לא מתחילים dsRNA תלוית מתח תגובה15. אינדוקציה החלבון נשמר בטווח פיזיולוגי נורמלי של התא, מניעת כל משמעית עקב ביטוי חלבון חריגה או מוגזם. SINEUPs עולים בקנה אחד עם מגוון רחב של העכבר, אנושי, ותרבותית אוגר שורות תאים, למשל, HEK293T/17, HepG2, הלה, צ’ו, MN9D ורבים יותר12,13,14,15,18 ,19. SINEUPs ניתן לייעד ביעילות גנים אנדוגני, גנים transiently overexpressed ו מתויג דגל או לוציפראז-fusion גנים, ומבטל את הצורך של נוגדנים ספציפיים ג’ין14,18. הניתוח SINEUP הבסיסי מחייב תרבית תאים שגרתית, תרביות תאים, נתרן dodecyl סולפט-לזיהוי בג’ל (מרחביות-עמוד), בזמן אמת שעתוק לאחור כמותית-פולימראז תגובת שרשרת (לרביעיית-PCR) כלים והגדרות, ו ניתן להשיג התמחות בתוך זמן קצר.
כאן נתאר שיטת המיקוד גנים עם SINEUPs סינתטי להסדיר להמציא תרגום, אפקט בניגוד טכנולוגיות אחרות כגון התערבות RNA9 אסו gapmers11,22,23. שיטה בשימוש נרחב עבור הפעלת גנים מונחה RNA הוא באשכולות interspaced בקביעות קצר palindromic חזרה הפעלה מבוססת-(CRISPRa), שבו בביטוי הגן מופעלת ברמה תעתיק24. שיטה זו, למרות פשוטה ומהירה, דורשת מרובים מדריך בודד RNAs (sgRNAs) מיקוד אותו גן ליעילות גבוהה יותר, ובכך מגדיל את הסיכויים של חופש-יעד מחייב25. בנוסף, האנזים מפתח של מערכת CRISPRa, החלבון catalytically מת CRISPR-הקשורים 9 (dCas9) יש ירידה לפרטים קשירה נמוכה ולווסת מיקוד sgRNAs אזורים דו-כיוונית יזם יכול הלא ספציפית למעלה-בקרבת הגנים25. לעומת זאת, SINEUPs לאגד יעד ה-mRNA-אזור יחיד מחייב עם ירידה לפרטים גבוה, אינם משפיעים על ביטוי של גנים הסמוכה. נדון הצעדים הבסיסיים הכרוכים SINEUP עיצוב, תרביות תאים, חלבון וניתוחים ביטוי RNA. יתר על כן, אנו מציגים אוטומטית למחצה תפוקה גבוהה הדמיה מערכת למסך SINEUPs מרובים בבת אחת, אשר שימושית לצורך זיהוי של האופטימלית SINEUPs.
אנו המתואר כאן לפרוטוקול במיוחד לשפר את ייצור החלבון של מטרה mRNA לפי פירושו של סינוס-המכיל ללא קידוד RNA, שנקרא SINEUPs. בתור דוגמא מייצגת, אופטימום SINEUP סינתטי-GFP מוצג למעלה-לווסת את התרגום של mRNA GFP 2.6-fold כפי שהיא נמדדת על ידי ניתוח המערבי-כתם.
עיצוב של האופטימלית BD הוא חיוני כדי להבטיח ירידה לפרטים SINEUP ואת העוצמה (היקף חלבון למעלה-תקנה). בעבר, אנחנו הוקרן 17 BDs של SINEUP-GFP על ידי ניתוח המערבי-כתם15 ומצא כי BD אופטימום חופף את רצף AUG-קוזאק GFP mRNA, למרות זאת ייתכן לא המקרה עם אחרים mRNAs צריך לאמת עבור כל מקרה. עוד קבוצה עצמאית הוקרן גם BD שימוש בשיטה שונה31. הקרנת BDs רבים יכולה להיות מסורבלת ולדרוש זמן רב למדי, הצגנו תפוקה גבוהה SINEUP זיהוי כאן שיטה. שיטה זו מודדת שינויים יחסית בצפיפות GFP משולב בתאים SINEUP transfected-לעומת שליטה וקטור transfected-התאים. כדי להבטיח כי בתאים טוב מסוים של צלחת תרבות הם transfected באותה מידה GFP אות אינה מרוכזת רק באזור מסוים של הבאר, חשוב מאוד להפיץ התאים באותה מידה הבארות בשלב 2.1. למטרה זו, בעדינות לנער את הצלחת 10 פעמים הלוך ושוב (↑↓) לאחר זריעה התאים בתוך ספסל נקי וחזור בחממה2 CO 5% לפני תחילת הדגירה.
עוד צעד קריטי הוא ריכוז חלבונים בשלב 3.3. חישובים מוטעים כאן יכול להוביל הטעינה של שגוי כמות חלבון במהלך ניתוח המערבי-כתם, כתוצאה מכך מניעת גילוי של שינויים קטנים בביטוי חלבונים על ידי כמה SINEUPs חלש או יצירת תוצאות חיוביות שגויות של עומס יתר. מומלץ להכין טרי העקומה סטנדרטי חלבון בכל פעם, כדי לוודא כי כמויות שוות של סטנדרטים ודוגמאות חלבון נמדדים בשלב 3.3.3. הפרוטוקול המתואר כאן מתמקדת על SINEUP-GFP, אבל המערבי-כתם ניתוח יכול לשמש לכל מטרה mRNA של עניין. זמן הדגירה של ריכוז של נוגדנים צריך להיות אופטימיזציה עבור כל מטרה להשיג את התוצאה הטובה ביותר.
אחד האלמנטים הייחודיים של SINEUPs הוא רמת ביטוי היעד-mRNA נותר ללא פגע. חשוב להתייחס RNA עם DNase כדי למנוע זיהוי של transfected SINEUPs ו DNA גנומי מאת לרביעיית-PCR. SINEUP RNAs וביטוי mRNA היעד צריך להימדד על-ידי לרביעיית-PCR כדי לאשר את ההצלחה של תרביות תאים והן פעילות SINEUP. SINEUPs להכיל רצף של הסינוס, אשר בשפע לאורך שני האדם ואת העכבר הגנום. כדי למנוע זיהוי שאינם ספציפיים של רצפי סינוס, לא מומלץ לתכנן לרביעיית-PCR תחל רצף SINE.
ב פרוטוקול זה השתמשנו שורות תאים אנושיים, אך SINEUPs אפקטיבי במספר שורות תאים בין מספר מינים שונים12,13,14,18,19. ניתן לשנות את התנאים של תרבות, תרביות תאים תאים על פי שורות תאים שונים כל עוד אלה לשמור על תרביות תאים היעילות של הווקטורים SINEUP. יתר על כן, שיטות אלטרנטיביות של RNA החילוץ, סינתזה cDNA ובדיקת חלבון ריכוז יכול להיות מועסק, בהתחשב בכך שהם שומרים על איכות RNA וחלבון נדרש לרביעיית-PCR וניתוח המערבי-כתם. בעוד השתמשנו cytometer מיקרו-ובכן תפוקה גבוהה ספציפיים, אשר איפשרה גילוי של GFP זריחה על פני הבאר כולו, אחרים cytometers עם טווח גילוי דומה יכול להיות בשימוש31. . זה ראוי לציין כי אם חלוקת תאים, תרביות תאים זהים בכל טוב, אז זה לא הכרחי לסרוק הבאר כולו על ידי קרינה פלואורסצנטית GFP: חצי או רבע של אזור טוב יכול להיות מספיק כדי להבחין SINEUP אפקט בהתאם ניסוי מיומנויות באל.
הקמת פרוטוקול זיהוי SINEUP תפוקה גבוהה מאפשר סימולטני הקרנת BDs מרובים פילוח של mRNA נתון בתאים בתרבית. זה חשוב כמו הכללים המסדירים מצב של פילוח אופטימלית על ידי BD הם עדיין לא ברור. כזה מתחם בתי קולנוע מערכת הסינון מאפשר בדיקה בקנה מידה גדול של SINEUPs רבים נגד גנים שונים, שימושי עבור מיקוד גנים מרובים מעורבים מסלול איתות מסוים למשל. יתר על כן, זה יכול להיות מנוצל כדי להרחיב את החיפוש אחר SINEUPs יעיל למטרה מספר mRNAs, עיצוב שונה SINEUP BDs ברחבי אזור אוג-קוזאק (ראה איור 1), שותף transfecting באורך מלא היעד mRNAs (UTR UTR-תקליטורים-3ʹ 5ʹ) התמזגו עם GFP mRNA בתאים בתרבית למצוא את SINEUPs אופטימום ולאחר בדיקה לאחר מכן המועמדים BD נגד mRNA אנדוגני תאים בתרבית וחיות דגם ויוו, של בני אדם ועכברים למינים אחרים מהחי והצומח.
פרוטוקול הקרנה זה הוא מהיר מאוד. אנחנו לא צריכים לתקן ואת איסוף תאים, אבל רק צריך מקום המגורים תא תרבות צלחת בכלי הדמיה. אנו מציעים להשתמש פרוטוקול הקרנה תפוקה גבוהה זה בחר BDs האופטימלי של SINEUPs ולהעריך מועמדים פוטנציאליים על ידי ניתוח המערבי-כתם. לפיכך, ניתן להחיל המועמדים שנבחרו עם ה-BDs האופטימלי כדי להגדיל את ייצור נוגדנים18,19,21. כיום, השדה הטיפולי RNA באופן דרמטי גדל. למשל, siRNA, אסו, mRNA, וטיפולים CRISPR RNA, מועסקים באופן נרחב כדי לשלוט בביטוי mRNA של9,שלהם מטרות בהתאמה32. בהקשר זה, SINEUPs הם בחיתוליהם, אך עד כה אף אחד SINEUPs למד שינה ביטוי של המטרה mRNAs. בנוסף, SINEUPs אל תערוך יעד ה-mRNA, אבל רק למעלה-לווסת את התרגום של mRNA. יתר על כן, ניתן לפלח אובדן-של-פונקציה מחלות הנובעות haploinsufficiency על ידי טיפול SINEUP, להשגת של אינדוקציה 2-fold של חלבון לקוי17,33. למרות ביטול-יעד אפקטים צריך שילמדו עוד יותר, SINEUPs פוטנציאלי, במיוחד יעד של mRNA יחיד, ביטוי עם רצף משלים ל BD.
מגבלה של פרוטוקול זה תפוקה גבוהה היא שזה לא מתאים מסך ה-BDs של SINEUPs במודלים של העכבר ויוו מכיוון האמצעים פרוטוקול GFP משולבת בעוצמה בלבד. כפי SINEUPs lncRNAs antisense טבעי להתנהג post-transcriptionally, אין אפשרות להחיל כאשר המטרה mRNA חסרה תאים או דגימות רקמה.
עם זאת, ניתן להחיל SINEUPs ללימודים רווח-של-פונקציה, להגברת ייצור נוגדנים, וכן טיפול RNA להסדיר למעלה-ביטוי של חלבונים לקוי בטווח של 1.5-3.0-קיפול. השיטות המתוארות כאן מציגים מדריך שימושי היעד, תרגום SINEUP-induced שיפור של mRNA הרצוי ויוכל לספק כלי חדש עבור הכונה post-transcriptional.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה חלקית נתמך על ידי מדע בסיסי של פלטפורמת טכנולוגיה תוכנית ללימודי רפואה ביולוגית חדשנית, מספר 17. אני 0301014, מסוכנות יפן למחקר רפואי, פיתוח (AMED), מענק מחקר MEXT למרכז RIKEN לכל החיים מדע וטכנולוגיות מענק מחקר מ MEXT השמ RIKEN. אנו מודים חברים של מעבדת PC ו של הרשת SINEUP (לירון אורלב, האוניברסיטה של פיימונטה המזרחי ו RIKEN) לדיונים מעורר מחשבה. אנו מודים ד ר מתיו האהבה על הגהה.
Synthetic SINEUP | Cell Guidance Systems Ltd. in UK and K.K.DNAFORM in Japan | https://www.cellgs.com/items/sineupand8482.html and https://www.dnaform.jp/en/information/20130320 | Step 1.5. |
HEK293T/17 | ATCC | ATCC CRL-11268 | Step 2.1. |
Falcon Multiwell Plate For Cell Culture 6 well plate | Corning | 6902A01 | Step 2.1. |
Corning BioCoat Poly-D-Lysine 24 well Plate | Corning | 08-774-124 | Step 2.1. |
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Thermo Fisher Scientific | 11668027 | Step 2.2. |
pEGFP-C2 | Clontech | #6083-1 | Step 2.2. |
Cell Lysis Buffer (10x) | Cell Signaling Technology | #9803S | Step 3.1. This is pre-mixed cell lysis solution. |
PMSF | Cell Signaling Technology | #8553S | Step 3.1. To complete cell lysis buffer, add 0.005% (w/v) PMSF to 1 x cell lysis buffer. |
DC protein assay kit II | BIO RAD | #5000112JA | Step 3.3. |
10% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels, 12-well, 20 µl | BIO RAD | #4561035 | Step 4.2. |
Amersham Protran Premium NC 0.45 (150 mm×4 m) | Amasham | 10600013 | Step 4.3., This is a 0.45 µm nitrocellulose membrane. |
Nonfat Dry Milk | Cell Signaling Technology | #9999S | Step 4.4. A component of the blocking solution. |
GFP Tag Antibody | Thermo Fisher Scientific | A-6455 | Step 4.5. Lot number: 1495850, RRID: AB_221570 |
Monoclonal Anti-β-Actin antibody produced in mouse | SIGMA | A5441 | Step 4.5. Lot number: 026M4780V, RRID: AB_476744 |
Polyclonal Goat Anti Rabbit Immunoglobulins | Dako | P0448 | Step 4.5. This is secondary antibody conjugating with HRP for anti GFP antibody. Lot number: 20017525, RRID:AB_2617138 |
Polyclonal Goat Anti mouse Immunoglobulins | Dako | P0447 | Step 4.5. This is secondary antibody conjugating with HRP for anti β-Actin antibody. Lot number: 20019698, RRID:AB_2617137 |
ECL Western Blotting Detection Reagents | Amersham | RPN2109 | Step 4.9. |
Maxwell Rapid Sample Concentrator (RSC) Instrument | Promega | AS4500 | Step 5.1. This is commercially available RNA exreaction instrument. |
Maxwell RSC simplyRNA Cells Kit | Promega | AS1390 | Step 5.1. This is commercially available RNA exreaction kit. |
TURBO DNA-free Kit | ambion | AM1907 | Step 5.2 and 5.4. The kit contains DNase, DNase buffer and inactivation reagent. |
PrimeScrip 1st strand cDNA Synthesis Kit | TaKaRa | 6110A | Step 6.1. The kit contains reagents of first strand cDNA synthesis. |
TB Green Premix Ex Taq II | TaKaRa | RR820A | Step 6.2. |
Hoechst3342 | Thermo Fisher Scientific | H3570 | Step 7.2. |
Celigo S | Nexcelom Bioscience | 200-BFFL-S | Step 7.3. This is a high throughput micro-well image cytometer. |