【测序实验】翻译组测序的简介和实验流程

# 一、翻译调控:
原核生物:基因表达的调控主要在转录水平上进行;
真核生物:由于RNA较为稳定,除了存在转录水平的调控以外,在翻译水平上也进行各种形式的调控。

# 二、控制真核生物的mRNA翻译调控的因素:
1)mRNA降解速率
2)mRNA的长短、结构、GC含量
3)核糖体的数量及翻译速率
如:癌症细胞中,原癌基因的mRNA,翻译速度较慢,保证了肽端的折叠结构正常;抑癌基因的mRNA,翻译速度加快,让肽段折叠异常而失去功能。同时,翻译的速率,受mRNA的寿命,长度,核糖体拷贝数等影响。

# 三、为什么要研究翻译组
1,转录组与蛋白组的相关性
mRNA的转录速度和翻译速度可能是不相同的,mRNA转录后调控是普遍存在的,同时不同蛋白的稳定性是不一样的
2,转录组与翻译组的区别
转录组测序是指,将所有含有ployA尾巴的mRNA进行测序。
翻译组测序是指,将只结合了一串核糖体的mRNA(正在翻译中的mRNA)进行测序。

# 四、翻译组测序的分类
1、核糖体图谱分析(ribosome profiling)——对核糖体内含的mRNA段进行测序分析
通过RNA酶处理细胞裂解物,把不受核糖体保护的RNA降解掉,然后应用密度梯度离心的方法,分离被核糖体保护的mRNA片段。核糖体图谱分析(ribosome profiling)可通过核糖体密度来测定翻译起始位点、或转录本中的翻译暂停,可用于分析mRNA不同区域的密码子组成的影响。
流程图示:

2、全长核糖体新生肽链复合物 (Ribosome Nascent-chain Complex,RNC):——对串联在核糖体上的全长mRNA进行测序分析
细胞进行翻译时, 核糖体结合在 mRNA 链上并移动, 依据 mRNA 上的三联密码子信息来逐步合成蛋白质多肽链 ( 称为新生肽链, nascent-chain)。主要常用方法为蔗糖密度梯度离心法,也可以通过核糖体免疫沉淀法(TRAP)。
念珠状多聚体:mRNA在翻译时总是有一串核糖体结合在上面,形成念珠状多聚体
结构图示:
蔗糖密度梯度离心法:

由于翻译中的mRNA与工作中的一串核糖体紧密结合,根据核糖体的沉降系数,通过蔗糖密度梯度离心,.可以将核糖体和串联在一起的mRNA沉淀分离出来了,然后,再进一步将起mRNA纯化分离出来。直接分离翻译中的mRNA非常不容易,可以通过分离核糖体间接分离翻译中的mRNA。
流程图示:

核糖体免疫沉淀法:
核糖体大亚基的L10a蛋白加上了GFP,这样便能利用GFP抗体把多聚体免疫分离出来,接着进一步将mRNA分离出来。
流程图示:

# 五、技术比较
1、核糖体图谱分析的局限性
(1) 实验上的局限性
核糖体图谱分析的主要技术挑战是需要在一个特定的生理学状态下,快速抑制翻译来捕捉核糖体快照。
(2) 需要推断蛋白合成速度
这一方法准确的前提是所有的核糖体都已经完成了翻译,通常细胞中不同mRNA的翻译延伸速率是相似的。
(3) 污染的footprint-sized片段
污染的RNA片段(包括non-codingRNAs或核糖体蛋白复合物)在核糖体的蔗糖梯度中迁移,因此可能会在核糖体图谱分析的文库中存在,并且导致翻译中错的读取。
(4)不明确的mappingreads
在基因组测序或mRNA-seq中,较长的reads可以帮助更好地进行mapping到正确的位置,核糖体图谱分析中产生的约30bp的核苷酸的短序列不容易mapping。
(5) 材料的数量
与mRNA-seq相比,核糖体图谱分析的主要限制是需要相对大量的样品。

2、全长RNC测序分析
推荐通过完整提取RNA,对翻译中的mRNA进行定性定量研究,且推算蛋白质的含量的方法,可以获得更全面的翻译调控信息。且可以与普通转录组一起测序,可计算出,翻译速率:TR= RNC-mRNA(rpkM) / mRNA(rpkM)。
获取完整全长的RNC,将特定时空下的翻译快照保留下来,需要极为严格的实验环境和连贯的操作。
翻译组的样品一般分为三类:
1)动物的培养细胞:在活细胞特定状态时,让细胞主动吸收核糖体固定剂,将核糖体快照保留下来,能非常好地,还原翻译中的mRNA,稳定性最高。
2)动物组织:动物组织容易受组织的类型、极为丰度的内源性RNase酶等,而影响RNC的捕获。如高脂肪、高钙化、块状较大的、带血液的的,会降低RNC的捕获效率。
建议对新鲜组织块在组织核糖体固定剂下,快速冲洗,切割后才进行保存或分离RNC。
3)植物组织:植物组织容易受多糖多酚多纤维、内源性RNAase酶等,而影响RNC的捕获。如含高淀粉和糖的果实类、含多酚的粘液的茎,会降低RNC的捕获效率。
建议对植物的组织类型进行评估,选择幼嫩、新鲜、多糖多酚含量低的组织类型。直接提取或液氮速冻保存。

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