JoVE   
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Biology

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Neuroscience

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Immunology and Infection

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Clinical and Translational Medicine

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Bioengineering

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Applied Physics

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Chemistry

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Behavior

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Environment

|   

JoVE Science Education

General Laboratory Techniques

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Basic Methods in Cellular and Molecular Biology

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms I

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms II

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Essentials of
Neuroscience

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Automatic Translation

This translation into Hebrew was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Biology

מבחני גידול כדי להעריך את רעילות Polyglutamine על שמרים

1

1Boston Biomedical Research Institute

Article
    Downloads Comments Metrics

    You must be subscribed to JoVE to access this content.

    This article is a part of   JoVE Biology. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.

    Recommend JoVE to Your Librarian

    Current Access Through Your IP Address

    You do not have access to any JoVE content through your current IP address.

    IP: 54.204.90.135, User IP: 54.204.90.135, User IP Hex: 919362183

    Current Access Through Your Registered Email Address

    You aren't signed into JoVE. If your institution subscribes to JoVE, please or create an account with your institutional email address to access this content.

     

    Summary

    כתב יד זה מתאר שלושה פרוטוקולים משלימים להערכת הרעילות של polyglutamine (polyQ)-הרחבה חלבונים בשמרים

    Date Published: 3/05/2012, Issue 61; doi: 10.3791/3461

    Cite this Article

    Duennwald, M. L. Growth Assays to Assess Polyglutamine Toxicity in Yeast. J. Vis. Exp. (61), e3461, doi:10.3791/3461 (2012).

    Abstract

    Misfolding חלבון קשורה עם מחלות אנושיות רבות, במיוחד מחלות ניווניות כגון מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון ומחלת הנטינגטון 1. מחלת הנטינגטון (HD) נגרמת על ידי התרחבות חריגה של האזור polyglutamine (polyQ) בתוך huntingtin חלבון. חלבון polyQ-מורחבת huntingtin משיגה קונפורמציה סוטה (כלומר misfolds) וגורם רעילות הסלולר 2. לפחות שמונה מחלות ניווניות נוספות נגרמות על ידי polyQ למוצרי הרחבות, כולל Ataxias Spinocerebellar ומחלת קנדי 3.

    שמרים אורגניזם מודל יש להקל תובנות משמעותיות על בסיס תאית ומולקולרית של רעילות-polyQ, כולל ההשפעה של הגורמים התוך והבין המולקולרי של polyQ-רעילות, וכן זיהוי של מסלולים תאיים כי לקויי בתאים לבטא polyQ-הרחבה חלבונים 3-8. חשובלי, היבטים רבים של רעילות-polyQ שנמצאו השמרים היו לשכפל מערכות ניסיוניות אחרות ובמידה מסוימת בדגימות מחולים HD, ובכך מפגין את המשמעות של המודל שמרים על גילוי מנגנונים בסיסיים בבסיס polyQ-רעילות.

    בדרך ישירה ופשוטה יחסית כדי לקבוע polyQ-רעילות בשמרים היא למדוד פגמים הצמיחה של תאים שמרים המבטאים polyQ-הרחבה חלבונים. כתב יד זה מתאר שלוש גישות משלימות הניסוי כדי לקבוע polyQ-רעילות בשמרים על ידי מדידת הצמיחה של תאים שמרים המבטאים polyQ-הרחבה חלבונים. הראשון שתי גישות ניסיוניות לעקוב אחר הצמיחה השמרים על צלחות, הגישה 3 מנטרת את הצמיחה של תרבויות שמרים נוזליים באמצעות מכשיר BioscreenC.

    יתר על כן, כתב היד הזה מתאר קשיים ניסויים שיכולים להתרחש בעת טיפול polyQ מודלים שמרים מתאר אסטרטגיות שיעזרו למנוע אולמזער את הקשיים הללו. פרוטוקולים המתוארים כאן יכול לשמש כדי לזהות ולאפיין מסלולים גנטיים ומולקולות קטנות לווסת polyQ-רעילות. יתר על כן, מבחני המתוארים יכולים לשמש תבניות עבור ניתוחים מדויקים של רעילות הנגרמת על ידי מחלה הקשורים חלבונים אחרים misfolded במודלים של שמרים.

    Protocol

    1. ביטוי PolyQ-הרחבה חלבונים רעילים שמרים

    ניתוח שיטתי הקימה את רצף חומצות האמינו המדויק של חלבון polyQ-הרחבת שנדרש כדי לייצר רעילות בשמרים 7. זה חלבון רעיל polyQ-הרחבה מכילה אמינו מסוף הדגל תג ואחריו 17 חומצות האמינו הרצף המקורי של חלבון huntingtin, אזור polyQ, ו-Fusion carboxy מסוף חלבון פלואורסצנטי (או GFP או CFP, ראה תרשים 1). ביטוי של חלבונים עם הרחבות polyQ של 46 glutamines או יותר (למשל 72 ו 103 glutamines) מייצרת רעילות בשמרים כאשר הביע בשליטת מושרה ויחסי האמרגן חזקה GAL1 7, 9.

    כפי שתואר קודם לכן, רעילות polyQ בשמרים ניכר רק בתאים הנושאים את Rnq1p חלבון קונפורמציה הפריון שלה, [RNQ +], למשל זן שמרים W303 9. חלבון רעיל polyQ-הרחבת Recapitulates ההיבטים המרכזיים של הביולוגיה, polyQ בשמרים, כגון רעילות אורך תלוי polyQ (ראה להלן) צבירה (איור 1 ב). יש לציין, רעילים polyQ-הרחבה חלבונים לא להרוג תאים שמרים באופן מיידי, הם ולא לפגוע או לעצור את מחזור התא במטריקס התא, ובכך מאט או מעכב את הצמיחה של מושבות שמרים על צלחות או תרבויות נוזלי (נתונים שלא פורסמו שלנו).

    2. בעיות אפשריות עם תאים שמרים הבעת רעילים PolyQ-הרחבה חלבונים

    בתאי שמרים המבטאים את החלבונים הרעילים אחרת polyQ הרחבה לא יכול להראות כל פגם הצמיחה 9. הטבע הגנטי של אלה מדכאי של polyQ-רעילות לא נראה להתבסס על מוטציות מנדל פשוטים ולכן יכול להתרחש בתדירות גבוהה יחסית (שלא פורסמו התוצאות שלנו). אנו משערים כי אלה מדכאי ספונטניות נגרמות על ידי ריפוי של פריונים בלתי מזוהים אשר פועלות באופן דומה [RNQ +] בקביעת toxicity.Thes polyQמדכאי ספונטניות אלקטרוני של רעילות polyQ יכול לסכן את התוצאה המוצלחת של הניסוי כל שמטרתו לאפיין רעילות polyQ או לזהות ולאפיין מכפילי של רעילות polyQ.

    כדי למנוע תופעה מתמשכת של אלה מדכאי ספונטניות, בצע באמצעי הזהירות המפורטים להלן, אשר הוכח כיעיל ביותר:

    1. שימוש בתאי שמרים טריים לניסויים רעילות. אין לאחסן השמרים במשך פרקי זמן ארוכים. לעתים קרובות להחזיר מושבות שמרים טריים ממניות קפואים.
    2. לעתים קרובות לפקח על הביטוי צבירה של polyQ-הרחבה חלבונים רעילים על ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי.
    3. לשמור על התאים שמרים בתקשורת כי לדכא את הביטוי של רעילות polyQ רעילים בכל עת (כלומר בתקשורת סלקטיביים המכילים גלוקוז כמקור פחמן יחיד) לפני תחילת כל המידות רעילות.
    4. השתמש לפחות שלוש transformants עצמאיים לניסוי polyQ-רעילות זה. </ Li>

    3. הצמיחה מבחני

    1. עבור כל תנאי הניסוי, ולחסן 1 כל המושבה משלושה transformants עצמאיים של תאים שמרים מחסה חלבון רעיל polyQ-התרחבות מ"ל 3 של התקשורת שמרים סלקטיבית עם גלוקוז כמקור פחמן יחיד.
    2. דגירה אלה תרבויות לילה ב 30 ° C. בתנאים אלה, התאים לא מבטאים את החלבון polyQ-הרחבת בגלל הגלוקוז בינוני מדכא הביטוי שלהם. אל תתנו אלה לגדול יותר תרבויות, לשמור על OD 600 (ספיגת אור באורך גל 600 ננומטר) של תרבויות לילה מתחת 1.
    3. אנו משתמשים באופן שגרתי שלושה מבחני שונות כדי לעקוב אחר ליקויים הצמיחה של תאים שמרים המבטאים את חלבון רעיל polyQ-הרחבה:

    3.1 גידול על צלחות

    1. לדלל את התרבויות שמרים לילה (גדל עם הרעידות 220 סל"ד) ל OD 600 של 0.0005 (כלומר דילול של 1:1000 תרבות OD600 = 0.5) ב סלקטיבית ליקוטר 7 המכילה גלוקוז.
    2. להתפשט באופן שווה 50 μl (וכתוצאה מכך CA. 700 מושבות בכל צלחת) של כל תרבות בדילול מלא על צלחת 1 (10 ס"מ קוטר) עם בינוני סלקטיבית המכילה גלוקוז כמקור פחמן יחיד ואחד בינוני עם צלחת סלקטיבית המכיל גלקטוז כמקור פחמן יחיד.
    3. דגירה צלחות במשך שלושה עד ארבעה ימים על 30 ° C. לאחר הדגירה, לצלם כל צלחת ולספור את מספר המושבות על רמת הסוכר ואת מספר מושבות על צלחות גלקטוז. בתנאים אידיאליים, לא אמורה להיות מושבות מעט מאוד או לא רק על הצלחת גלקטוז בעת שימוש בתאי שמרים להביע רעיל מאוד polyQ-הרחבה חלבון (103Q, איור 2 א).

    3.2 מבחני הבחינה

    Assay זה כמותי יותר assay ציפוי המתואר לעיל ולכן יכול לחשוף שאפילו הבדלים דקים רעילות polyQ עם הניסוי אותו על אותה צלחת.

    1. לדלל את overnתרבויות ight גדל בינוני עם סוכר כדי OD של 600 0.1.
    2. פיפטה 200 μl של תרבויות אלו המדולל לתוך 96-גם צלחות סטריליות ולהכין חמש דילולים סדרתי פי חמישה בתוך מים סטריליים באמצעות פיפטה רב ערוצי.
    3. שימוש Frogger, (המכונה גם הצופה, עם 8 x 6 פינים להעברת השעיות סלולריים) להעביר את המתלים סלולריים על צלחות המכילות מדיה סלקטיבית עם גלוקוז כמקור פחמן הבלעדית צלחות המכילות מדיה סלקטיבית עם גלקטוז כמקור פחמן יחיד.
    4. אפשר הצלחות להתייבש לפני דוגרים אותם 30 מעלות צלזיוס למשך שלושה עד ארבעה ימים.
    5. לאחר הדגירה, לצלם כל צלחת (איור 2b).

    3.3. מעקב אחר רעילות polyQ בשמרים על ידי צמיחה של תרבויות נוזלי

    פרוטוקול זה הוא כמותי ביותר (OD600 מספרים) של שלושת מבחני המתוארים כאן והוא יכול גם לזהות הבדלים דקים מאוד רעילות polyQ. הנ"ל OCcurrence של מדכאי ספונטניות, לעומת זאת, עלולה להביא לתוצאות מטעות. לכן אני ממליץ שילוב זה assay עם לפחות אחד משני מבחני ציפוי שתוארו לעיל. אנו מציעים להשתמש במכשיר BioscreenC לניסויים אלה. BioscreenC הוא מכשיר אוטומטי מודד את צפיפות אופטית של תרבויות השמרים 100-גם צלחות תוך מודגרות בטמפרטורות מוגדרים בהתרגשות מוגדר. שיטות אחרות לגידול תאים שמרים ומדידת צפיפות אופטית שלהם עשוי לחול גם.

    1. שוטפים את התאים שמרים מהתקשורת מינימלי המכילים גלוקוז כמקור פחמן יחיד שלוש פעמים במים 3 מ"ל סטרילי.
    2. לדלל את התרבויות לילה שגודלו בינוני עם גלקטוז כדי OD של 600 0.1.
    3. ממלאים כל טוב צלחת 100-גם BioscreenC עם 300 μl של תרבויות שמרים.
    4. פתח את התוכנית Easy ניסוי Bioscreen. לקבוע את מספר דגימות ברצונך לעקוב אחר (כולל החסר ובינוניים בלבדשולטת), להגדיר את הטמפרטורה עד 30 מעלות צלזיוס, להגדיר את משך הניסויים עד 3 ימים, לקבוע את המרווחים המדידה 15 דקות, קבע את המסנן 600 ננומטר / בראון, להגדיר את מצב רעד של 15 שניות לפני כל מדידה ב בינוני כוח.
    5. מכשיר BioscreenC והתוכנה המצורפת יפיק Excel גיליונות אלקטרוניים של נקודת נתונים כל נלקח במהלך הניסוי.
    6. להכין עקומות גדילה עם Excel עבור מדגם זה והשווה הצמיחה של מדגמים שונים (איור 2 ג). תיאור מפורט של ניתוח נתונים המיוצרים על ידי ניסויים BioscreenC סופק לפני 10.

    4. נציג תוצאות

    איור 1
    באיור 1. שמרים polyQ המודל. א) ייצוג סכמטי של חלבון רעיל polyQ ב-הרחבה.) מיקרוסקופ פלואורסצנטי מראה בתאי שמרים המבטאים קצר, רעיל polyQתאים חלבון הרחבה (25Q, פאנל משמאל) שמרים ביטוי רב, חלבון רעיל polyQ-הרחבה (לוח 103Q, נכון).

    איור 2
    איור 2. תוצאות נציג של מבחני הצמיחה של תאים שמרים המבטאים polyQ-הרחבה חלבונים. א) ציפוי assay. כ 700 תאים שמרים פוזרו על צלחות מודגרות במשך שלושה ימים ב 30 ° C. הפאנל העליון מציג את צלחת ובה בינוני הגלוקוז, כלומר את הביטוי של החלבון polyQ-הרחבת רעילים (103Q) לא מושרה. הפאנל התחתון מציג את צלחת השמרים המכיל בינוני גלקטוז, כלומר את הביטוי של החלבון polyQ-הרחבת רעילים מושרה. שימו לב בניסוי המוצג כאן, לא מדכא ספונטנית התרחשה. ב) הבחינה assay. חמש סדרתי פי חמישה דילולים של תאים שמרים מחסה או חלבון רעיל polyQ (25Q) או רעילים polyQ-הרחבת protein (103Q) נראו על צלחות גלוקוז כי לדכא את הביטוי של חלבונים (פאנל משמאל) או על צלחות גלקטוז כי להשרות הביטוי שלהם. הצלחות היו מודגרות מכן במשך שלושה ימים ב 30 ° C. ג) ניסוי BioscreenC. צמיחה של תרבויות של תאים המבטאים שמרים או חלבון רעיל polyQ (25Q) או חלבון רעיל polyQ-הרחבה (103Q) נוטרו על ידי BioscreenC המכשיר. תנאי הניסוי וניתוח של ניסויים BioscreenC מתוארים בטקסט הראשי.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    כתב יד זה מתאר שלוש גישות ניסיוניות משלימות כדי למדוד polyQ-רעילות בשמרים אורגניזם מודל המבוסס על צמיחה מופחתת של תאים שמרים המבטאים רעילים polyQ-הרחבה חלבונים. עבודה שמרים הציעה תובנות עמוקות לתוך המנגנונים תאית ומולקולרית הבסיסיים של misfolding חלבון ו רעילות שהתפתח שלה, כולל misfolding ורעילות של polyQ-הרחבה חלבונים 9,11,12. ניסויים המבוססים על הפרוטוקולים שהוצגו כאן כבר עזרו לזהות ולאפיין משפרי גנטיים או מדכאי של רעילות polyQ, מכפילי מולקולה קטנה של רעילות polyQ, ואת המנגנונים התאיים בבסיס polyQ רעילות 5-8,13,14.

    הפרוטוקולים שהוצגו יכול בקלות להיות מותאמים לחקור מכפילי אחרים של רעילות polyQ כגון תנאי גידול שונים או מוטציות גנטיות מפחיתה או להחריף את רעילות polyQ. יתר על כן, פרוטוקול הניסוי שהוצגיכול בקלות להיות מותאם כדי לבדוק את רעילות של אחרים חלבונים misfolded רעילים שמרים.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    אין ניגוד עניינים הצהיר.

    Acknowledgements

    העבודה במעבדה Duennwald נתמך על ידי תרומות של הפדרציה האמריקאית לחקר הזדקנות (מרחוק), קרן מחלה תורשתית (HDF) ואת עץ ויליאם קרן.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Frogger (6x8 pins) V&P Scientific VP 407 AH
    BioscreenC Growth Curves USA 5101370
    100-well Honeycomb plates Growth Curves USA 9602550

    References

    1. Soto, C. & Estrada, L.D. Protein misfolding and neurodegeneration. Arch. Neurol. 65 (2), 184-9 (2008).
    2. Ross, C.A. & Tabrizi, S.J. Huntington's disease: from molecular pathogenesis to clinical treatment. Lancet Neurol. 10 (1), 83-98 (2011).
    3. Zoghbi, H.Y. & Orr, H.T. Glutamine repeats and neurodegeneration. Annu. Rev. Neurosci. 23, 217-47 (2000).
    4. Meriin, A.B., et al. Endocytosis machinery is involved in aggregation of proteins with expanded polyglutamine domains. FASEB J. 21 (8), 1915-25 (2007).
    5. Giorgini, F., Guidetti, P., Nguyen, Q. Bennett, S.C., & Muchowski, P.J. A genomic screen in yeast implicates kynurenine 3-monooxygenase as a therapeutic target for Huntington disease. Nat. Genet. 37 (5), 526-31 (2005).
    6. Duennwald, M.L. & Lindquist, S. Impaired ERAD and ER stress are early and specific events in polyglutamine toxicity. Genes Dev. 22 (23), 3308-19 (2008).
    7. Duennwald, M.L., Jagadish, S., Muchowski, P.J., & Lindquist, S. Flanking sequences profoundly alter polyglutamine toxicity in yeast. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (29), 11045-50 (2006).
    8. Duennwald, M. L., Jagadish, S., Giorgini, F., Muchowski, P.J., & Lindquist, S. A network of protein interactions determines polyglutamine toxicity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (29), 11051-6 (2006).
    9. Meriin, A.B., et al. Huntington toxicity in yeast model depends on polyglutamine aggregation mediated by a prion-like protein Rnq1. J. Cell. Biol. 157 (6), 997-1004 (2002).
    10. Murakami, C. & Kaeberlein, M. Quantifying Yeast Chronological Life Span by Outgrowth of Aged Cells. J. Vis. Exp. (27), e1156, DOI: 10.3791/1156 (2009).
    11. Gitler, A.D. Beer and bread to brains and beyond: can yeast cells teach us about neurodegenerative disease? Neurosignals. 16 (1), 52-62 (2008).
    12. Giorgini, F. & Muchowski, P.J. Screening for genetic modifiers of amyloid toxicity in yeast. Methods Enzymol. 412, 201-22 (2006).
    13. Ehrnhoefer, D.E., et al. Green tea (-)-epigallocatechin-gallate modulates early events in huntingtin misfolding and reduces toxicity in Huntington's disease models. Hum. Mol. Genet. 15 (18), 2743-51 (2006).
    14. Cashikar, A.G., Duennwald, M., & Lindquist, S.L. A chaperone pathway in protein disaggregation. Hsp26 alters the nature of protein aggregates to facilitate reactivation by Hsp104. J. Biol. Chem. 280 (25), 23869-75 (2005).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter