【測序實驗】翻譯組測序的簡介和實驗流程

# 一、翻譯調控:
原核生物:基因表達的調控主要在轉錄水平上進行;
真核生物:由于RNA較為穩定,除了存在轉錄水平的調控以外,在翻譯水平上也進行各種形式的調控。

# 二、控制真核生物的mRNA翻譯調控的因素:
1)mRNA降解速率
2)mRNA的長短、結構、GC含量
3)核糖體的數量及翻譯速率
如:癌癥細胞中,原癌基因的mRNA,翻譯速度較慢,保證了肽端的折疊結構正常;抑癌基因的mRNA,翻譯速度加快,讓肽段折疊異常而失去功能。同時,翻譯的速率,受mRNA的壽命,長度,核糖體拷貝數等影響。

# 三、為什么要研究翻譯組
1,轉錄組與蛋白組的相關性
mRNA的轉錄速度和翻譯速度可能是不相同的,mRNA轉錄后調控是普遍存在的,同時不同蛋白的穩定性是不一樣的
2,轉錄組與翻譯組的區別
轉錄組測序是指,將所有含有ployA尾巴的mRNA進行測序。
翻譯組測序是指,將只結合了一串核糖體的mRNA(正在翻譯中的mRNA)進行測序。

# 四、翻譯組測序的分類
1、核糖體圖譜分析(ribosome profiling)——對核糖體內含的mRNA段進行測序分析
通過RNA酶處理細胞裂解物,把不受核糖體保護的RNA降解掉,然后應用密度梯度離心的方法,分離被核糖體保護的mRNA片段。核糖體圖譜分析(ribosome profiling)可通過核糖體密度來測定翻譯起始位點、或轉錄本中的翻譯暫停,可用于分析mRNA不同區域的密碼子組成的影響。
流程圖示:

2、全長核糖體新生肽鏈復合物 (Ribosome Nascent-chain Complex,RNC):——對串聯在核糖體上的全長mRNA進行測序分析
細胞進行翻譯時, 核糖體結合在 mRNA 鏈上并移動, 依據 mRNA 上的三聯密碼子信息來逐步合成蛋白質多肽鏈 ( 稱為新生肽鏈, nascent-chain)。主要常用方法為蔗糖密度梯度離心法,也可以通過核糖體免疫沉淀法(TRAP)。
念珠狀多聚體:mRNA在翻譯時總是有一串核糖體結合在上面,形成念珠狀多聚體
結構圖示:
蔗糖密度梯度離心法:

由于翻譯中的mRNA與工作中的一串核糖體緊密結合,根據核糖體的沉降系數,通過蔗糖密度梯度離心,.可以將核糖體和串聯在一起的mRNA沉淀分離出來了,然后,再進一步將起mRNA純化分離出來。直接分離翻譯中的mRNA非常不容易,可以通過分離核糖體間接分離翻譯中的mRNA。
流程圖示:

核糖體免疫沉淀法:
核糖體大亞基的L10a蛋白加上了GFP,這樣便能利用GFP抗體把多聚體免疫分離出來,接著進一步將mRNA分離出來。
流程圖示:

# 五、技術比較
1、核糖體圖譜分析的局限性
(1) 實驗上的局限性
核糖體圖譜分析的主要技術挑戰是需要在一個特定的生理學狀態下,快速抑制翻譯來捕捉核糖體快照。
(2) 需要推斷蛋白合成速度
這一方法準確的前提是所有的核糖體都已經完成了翻譯,通常細胞中不同mRNA的翻譯延伸速率是相似的。
(3) 污染的footprint-sized片段
污染的RNA片段(包括non-codingRNAs或核糖體蛋白復合物)在核糖體的蔗糖梯度中遷移,因此可能會在核糖體圖譜分析的文庫中存在,并且導致翻譯中錯的讀取。
(4)不明確的mappingreads
在基因組測序或mRNA-seq中,較長的reads可以幫助更好地進行mapping到正確的位置,核糖體圖譜分析中產生的約30bp的核苷酸的短序列不容易mapping。
(5) 材料的數量
與mRNA-seq相比,核糖體圖譜分析的主要限制是需要相對大量的樣品。

2、全長RNC測序分析
推薦通過完整提取RNA,對翻譯中的mRNA進行定性定量研究,且推算蛋白質的含量的方法,可以獲得更全面的翻譯調控信息。且可以與普通轉錄組一起測序,可計算出,翻譯速率:TR= RNC-mRNA(rpkM) / mRNA(rpkM)。
獲取完整全長的RNC,將特定時空下的翻譯快照保留下來,需要極為嚴格的實驗環境和連貫的操作。
翻譯組的樣品一般分為三類:
1)動物的培養細胞:在活細胞特定狀態時,讓細胞主動吸收核糖體固定劑,將核糖體快照保留下來,能非常好地,還原翻譯中的mRNA,穩定性最高。
2)動物組織:動物組織容易受組織的類型、極為豐度的內源性RNase酶等,而影響RNC的捕獲。如高脂肪、高鈣化、塊狀較大的、帶血液的的,會降低RNC的捕獲效率。
建議對新鮮組織塊在組織核糖體固定劑下,快速沖洗,切割后才進行保存或分離RNC。
3)植物組織:植物組織容易受多糖多酚多纖維、內源性RNAase酶等,而影響RNC的捕獲。如含高淀粉和糖的果實類、含多酚的粘液的莖,會降低RNC的捕獲效率。
建議對植物的組織類型進行評估,選擇幼嫩、新鮮、多糖多酚含量低的組織類型。直接提取或液氮速凍保存。

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