تم تطوير طريقة بسيطة وقابلة للتطوير لتقييم الأهمية الوظيفية للمتغيرات الخاطئة في Ube3a ، وهو جين يرتبط فقدانه واكتسابه لوظيفته بكل من متلازمة أنجلمان واضطراب طيف التوحد.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تم تطوير طريقة بسيطة وقابلة للتطوير لتقييم الأهمية الوظيفية للمتغيرات الخاطئة في Ube3a ، وهو جين يرتبط فقدانه واكتسابه لوظيفته بكل من متلازمة أنجلمان واضطراب طيف التوحد.
أدى الاستخدام المتزايد للتسلسل في الطب إلى تحديد ملايين المتغيرات المشفرة في الجينوم البشري. تحدث العديد من هذه المتغيرات في الجينات المرتبطة باضطرابات النمو العصبي ، لكن الأهمية الوظيفية للغالبية العظمى من المتغيرات لا تزال غير معروفة. يصف البروتوكول الحالي دراسة المتغيرات ل Ube3a ، وهو جين يشفر E3 ubiquitin ligase المرتبط بكل من التوحد ومتلازمة Angelman. يرتبط تكرار أو ثلاثة أضعاف Ube3a ارتباطا وثيقا بالتوحد ، في حين أن حذفه يسبب متلازمة أنجلمان. وبالتالي ، فإن فهم تكافؤ التغيرات في نشاط بروتين UBE3A مهم للنتائج السريرية. هنا ، يتم وصف طريقة سريعة قائمة على الخلايا تقرن متغيرات Ube3a مع مراسل مسار Wnt. هذا الفحص البسيط قابل للتطوير ويمكن استخدامه لتحديد التكافؤ وحجم تغيرات النشاط في أي متغير Ube3a . علاوة على ذلك ، فإن تسهيل هذه الطريقة يسمح بتوليد ثروة من معلومات وظيفة الهيكل ، والتي يمكن استخدامها لاكتساب رؤى عميقة في الآليات الأنزيمية ل UBE3A.
جعلت التطورات التكنولوجية الحديثة تسلسل الإكسومات والجينوم روتينيا في البيئات السريرية 1,2. وقد أدى ذلك إلى اكتشاف عدد كبير من المتغيرات الجينية ، بما في ذلك الملايين من المتغيرات الخاطئة التي عادة ما تغير حمضا أمينيا واحدا في البروتين. لا يزال فهم الأهمية الوظيفية لهذه المتغيرات يمثل تحديا ، ولا يوجد سوى جزء صغير (~ 2٪) من المتغيرات الخاطئة المعروفة لها تفسير سريري 1,3.
ومن الأمثلة البارزة على هذه المشكلة Ube3a ، وهو جين يشفر E3 ubiquitin ligase الذي يستهدف بروتينات الركيزة للتحلل4. يوجد Ube3a داخل الكروموسوم 15q11-13 ويتم التعبير عنه حصريا من الأليلالموروث من الأم 5،6،7. تشير الملاحظات من علم الوراثة المرضية بقوة إلى أن النشاط غير الكافي أو المفرط لإنزيم UBE3A يسبب اضطرابات نمو عصبي متميزة. يؤدي حذف كروموسوم الأم 15q11-13 إلى متلازمة أنجلمان (AS) 8 ، وهو اضطراب يتميز بإعاقة ذهنية شديدة ، وإعاقات حركية ، ونوبات ، وسلوك سعيد مع ابتسامة متكررة ، وملامح وجه مشوهة8،9،10. في المقابل ، يؤدي الازدواجية أو المضاعفة الثلاثية لكروموسوم الأم 15q11-13 إلى متلازمة Dup15q ، وهي حالة غير متجانسة معترف بها كواحدة من أكثر أشكال التوحد انتشارا11،12،13. بالإضافة إلى ذلك ، هناك المئات من المتغيرات الخاطئة التي تم تحديدها في Ube3a ، والتي يعتبر معظمها متغيرات ذات أهمية غير مؤكدة (VUS) لأن أهميتها الوظيفية والسريرية غير معروفة. وبالتالي ، هناك اهتمام كبير بتطوير طرق يمكنها تقييم متغيرات Ube3a تجريبيا لتحديد ما إذا كانت تساهم في مرض النمو العصبي.
ينتمي إنزيم UBE3A إلى عائلة مجال HECT (المتماثلة مع E6-AP C-terminus) من أربطة E3 ubiquitin التي تمتلك جميعها مجال HECT المسمى ، والذي يحتوي على الآلات الكيميائية الحيوية اللازمة لقبول ubiquitin المنشط من إنزيمات E2 ونقله إلى بروتينات الركيزة14. تاريخيا ، اعتمد توصيف إنزيمات E3 على الأنظمة المعاد تشكيلها في المختبر والتي تتطلب مجموعة من البروتينات المنقاة4،15،16. هذه الأساليب بطيئة وكثيفة العمالة وغير قابلة لتقييم نشاط عدد كبير من المتغيرات. في العمل السابق ، تم تحديد UBE3A لتنشيط مسار Wnt في خلايا HEK293T عن طريق تعديل وظيفة البروتيازوم لإبطاء تدهور β-catenin17. تسمح هذه الرؤية باستخدام مراسلي مسار Wnt كطريقة فعالة وسريعة لتحديد كل من متغيرات الخسارة والكسب الوظيفي ل Ube3a18. يصف البروتوكول أدناه بالتفصيل طريقة لإنشاء متغيرات Ube3a بالإضافة إلى مراسل قائم على luciferase لتقييم التغييرات في نشاط متغيرات Ube3a.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. استنساخ الطفرات لتوليد متغيرات Ube3a
2. تحضير ونقل خلايا الكلى الجنينية البشرية 293T (HEK293T)
3. قياس نشاط لوسيفيراز
ملاحظة: يتم تقييم نشاط لوسيفيراز باستخدام نظام متاح تجاريا يقوم بفحص كل من Firefly و Renilla luciferase (جدول المواد) وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يحدد الفحص الوظيفي واسع النطاق لمتغيرات Ube3a الخاطئة مشهدا واسعا من طفرات فقدان واكتساب الوظيفة
اقترح العمل السابق مع طفرات Ube3a أن استجابة Wnt يمكن أن تكون بمثابة مراسل لنشاط بروتين UBE3A الخلوي. تم توسيع هذه الملاحظات ، وتم إجراء تجارب تحقق إضافية للتحقق مما إذا كان اختبار BAR مناسبا للإبلاغ عن مجموعة من أنشطة UBE3A في الخلية. أولا ، تم نقل خلايا HEK293T بكميات متفاوتة من الحمض النووي البلازميد الذي يشفر WT Ube3a البشري. أظهرت هذه التجربة أن استجابة BAR تتغير خطيا مع كمي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يوفر البروتوكول الموصوف هنا طريقة فعالة وقابلة للتطوير لتقييم النشاط الأنزيمي لمتغيرات Ube3a. هناك العديد من التفاصيل الفنية التي تتطلب دراسة متأنية عند استخدام هذا الفحص. أحد الاعتبارات هو اختيار بلازميدات مراسل Wnt المستخدمة في هذا الفحص. يستخدم البروتوكول الموصوف هنا على وجه التحديد المراسل المنشط β-catenin (BAR)21 ، وهو مراسل يحتوي على سلسلة من 12 عنصر استجابة لعامل الخلايا التائية (TCF) مفصولة بتسلسلات رابط مصممة خصيصا لتقليل إعادة التركيب وفقدان مواقع ربط TCF. هناك بلازميدات مراسل W...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذا العمل من قبل جائزة مؤسسة سيمونز جسر إلى الاستقلال (جائزة SFARI #387972; J.J.Y.) ، وجائزة NARSAD للباحثين الشباب من مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك (JJY) ، وزمالة بحثية من مؤسسة Alfred P. Sloan (JJY) ، ومنح بحثية من مؤسسة Angelman Syndrome Foundation (JJY) ، ومؤسسة Whitehall (J.J.Y.) ، و NIMH (R01MH122786; ج. ج. ي.).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.05٪ Trypsin-EDTA (1x) ، الفينول الأحمر | Gibco | 25300-054 | |
| 1 كيلو بايت سلم الحمض النووي | Lambda Biotech | M108-S | |
| 100 نقطة أساس سلم الحمض النووي | Lambda Biotech | M107 | |
| 10x عازلة ل T4 DNA Ligase مع 10 ملي مولار ATP | نيو إنجلاند BioLabs | B0202A | |
| 5x Phusion HF Reaction Buffer | New England BioLabs | B0518S | |
| محلول مضاد للمضادات الحيوية ومضاد للفطريات | Corning | 30004CI | |
| أسود / أبيض Isoplate-96 إطار أسود صفيحة بئر بيضاء | PerkinElmer | 6005030 | |
| Carbenicillin ملح ثنائي الصوديوم | الغرب الأوسط العلمي | KCC46000-5 | |
| غرفة عد خلايا الكونتيسة شرائح | Invitrogen by Thermo Fisher Scientific | C10283 | |
| Countess II عداد الخلية الآلي | تقنيات | آلة عد الخلايا | |
| مخصص DNA oligos | تقنيات الحمض النووي المتكاملة (IDT) محلول | ||
| Deoxynucleotide (dNTP) مزيج | New England BioLabs | N0447S | |
| DMEM ، ارتفاع نسبة الجلوكوز ، مكمل GlutaMAX ، البيروفات | جيبكو | 10569044 | الوسط القاعدي لدعم نمو خط الخلية |
| HEK293T DPBS (1x) | Gibco | 14190-136 | |
| نظام فحص مراسل لوسيفيراز | مزدوج Promega | E1910 | |
| EcoRI-HF | نيو إنجلاند BioLabs | R3101S | إنزيم تقييد |
| مصل الأبقار الجنيني ، مؤهل ، معطل بالحرارة | جيبكو | 16140071 | مصل بقري الجنين |
| فيشربراند أطباق زراعة الأنسجة المعالجة السطحية | فيشربراند | FB012924 | |
| FuGENE 6 كاشف التعداء | Promega | E2691 | |
| هلام تحميل صبغة أرجوانية (6x) | نيو إنجلاند BioLabs | B7024A | |
| خلايا HEK293T | ATCC | CRL-3216 | |
| عالية الكفاءة ig 10B الخلايا المختصة كيميائيا | سليمة الجينوم | 1011-12 | بكتريا قولونية خلايا DH10B |
| HiSpeed Plasmid Midi Kit | Qiagen | 12643 | Midi prep |
| pCIG2 البلازميد | |||
| pGL3 BAR البلازميد | |||
| Phusion HF DNA Polymerase | New England BioLabs | M0530L | DNA polymerase |
| ProFlex 3 × 32 well PCR نظام | الحيوية التطبيقية بواسطة Life Technologies | Thermocycler | |
| pTK Renilla بلازميد | |||
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | Qiagen | 27106 | Mini prep |
| QIAquick Gel Extraction Kit (250) | Qiagen | 28706 | تنقية |
| الجلطقم تنقية QIAquick PCR (250) | Qiagen | 28106 | تنقية PCR |
| rCutSmart Buffer | New England BioLabs | B6004S | |
| SacI-HF | New England BioLabs | R3156S | إنزيم التقييد |
| Synergy HTX Multi-Mode Reader | BioTek | يقوم قارئ الألواح بتشغيل برنامج Gen5 v3.08 (BioTek) | |
| T4 DNA Ligase | New England BioLabs | M0202L | Ligase |
| TAE Buffer و Tris-Acetate-EDTA و 50x Solution و Electrophorese | Fisher Scientific | BP13324 | |
| Tissue Culture Plate 96 بئرا ، Flat Bottom | Fisherbrand | FB012931 | |
| UltraPure Ethidium Bromide Solution | Invitrogen بواسطة Thermo Fisher Scientific | 15585011 | |
| XmaI | New England BioLabs | R0180S | إنزيم التقييد |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.