$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Istnieje istotna potrzeba narzędzi, które mogą izolować próbki biologiczne z określonych podkomórkowych działów, aby lepiej zbadać, jak organizacja podkomórkowa i transport wpływają na procesy komórkowe. Translacja mRNA jest kluczowym przykładem takiego procesu: rosnące dowody sugerują, że translacja jest wysoce skomponowana i w szczególności, że wiele mRNA jest zlokalizowanych w organellach, gdzie będą przebywać ich zakodowane białka1,2. Jednakże mniej wiadomo o podkomórkowej lokalizacji maszyn translacyjnych. Rybosomy zaczynają swoje istnienie w jądełku i jądrze, gdzie zaczyna się ich montaż z białek rybosomalnych (RP) i rybosomalnych RNA (rRNA). Następnie są eksportowane do cytoplazmy na końcowe etapy montażu, po których zaczynają translację mRNA3,4. Kanoniczne miejsca translacji obejmują cytoplazmę i siateczkę śródplazmatyczną; w tej ostatniej syntetyzowane są białka integralne błony i białka przeznaczone do organelli związanych z błoną lub wydzielania pozakomórkowego5. Niedawno zidentyfikowane miejsca lokalnej translacji obejmują mitochondria, peroksysomy i przewody neuronalne6,7,8,9,10,11,12. Interesujące jest to, że pojawiają się również dowody na to, że cechy maszyn translacyjnych, takie jak białka związane z rybosomami, modyfikacje posttranslacyjne, modyfikacje rRNA i niekanoniczne stechiometrie rdzeniowych białek rybosomalnych, są zaangażowane w mechanizmy regulacyjne, które rządzą translacją określonych mRNA oraz parametrami takimi jak wierność i szybkość translacji13,14,15,16,17,18,19,20. Na przykład zidentyfikowano setki białek, które współpracują z rybosomem i mogą potencjalnie prowadzić do różnic w składzie podkomórkowych rybosomów13. Jednakże techniki izolowania subkomórkowych populacji rybosomów były ograniczone do tej pory; tym samym wiele pozostaje nieznane na temat tego, jak skład maszyn translacyjnych przyczynia się do regulacji lokalnej translacji mRNA. Pojawienie się wszechstronnych metod izolowania subkomórkowych populacji rybosomów, szczególnie tych kompatybilnych z modelowymi systemami ssaków, pozwoli na badanie tych cech maszyn translacyjnych na poziomie subkomórkowym.
Najstarsze metody izolowania subkomórkowych ułamków zawierających rybosomy były oparte na zasadach sekwencyjnej lizy i wirowania21,22. Zazwyczaj te metody są ograniczone do określonych organelli i często wymagają długiego czasu przetwarzania. Nowsza metoda opiera się na ligazie biotynowej BirA, która specyficznie biotynyluje substrat peptydu AviTag10,23,24. BirA może być genetycznie zlokalizowany w organelli zainteresowania w komórkach, gdzie rybosomy zostały oznaczone AviTag. Jednakże, ponieważ BirA jest aktywna w fizjologicznych stężeniach biotyny, konieczne jest hodowanie komórek w warunkach niedoboru biotyny, aby uniknąć konstytutywnego i niespecyficznego biotynylacji rybosomów z AviTag10,24. To ogranicza użycie BirA w typach komórek, które są wrażliwe na niedobór biotyny25. Wreszcie, opracowano promiskualne metody biotynylacji, które wykorzystują inżynieryjne enzymy takie jak BioID, TurboID i APEX26,27,28. Po indukcji, te enzymy produkują reaktywny produkt pośredni biotyny, który kowalenie modyfikuje dowolne reszty lizyny w promieniu enzymu. Promiskualne metody biotynylacji są bardzo przydatne do mapowania proteomów podkomórkowych, ale mniej pokazujące na różniczenie białek w ogólnej okolicy zlokalizowanego rybosomów w przeciwieństwie do białek, które są w bliższej odległości z nimi.
Tutaj, prezentujemy naszą niedawno opracowaną metodę oznakowania i izolowania subkomórkowych populacji rybosomów, zwaną AviTag-specific Location-restricted Illumination-enhanced Biotinylation (ALIBi). Ta metoda wykorzystuje inżynieryjny podzielony BirA związany z optogenetycznie ulepszonymi przełącznikami Magnet (eMag) (Rysunek 1A), które heterodimeryzują pod oświetleniem niebieskim29; i tag peptydu składający się z epitopu FLAG, miejsca kleizenia proteazy wirusa wycięcia tytoniu (TEV) i AviTag (FTA) związanego z białkiem rybosomalnym Rpl31 (Rysunek 1B). Podzielony enzym może być genetycznie ukierunkowany na wybrane organelle, jest nieaktywny w fizjologicznych stężeniach biotyny i może być odtworzony w ciągu kilku minut po oświetleniu niebieskim i dodaniu suplementacji biotyny (Rysun