Eine Screening-Methode zur Identifizierung von Heterochromatin-fördernden Medikamenten mit Drosophila

Lin Zhang; Kenny Dao; Angela Kang; Andre  C. Loyola; Robin Shang; Jinghong Li; Willis  X. Li

doi:10.3791/60917

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Eine Screening-Methode zur Identifizierung von Heterochromatin-fördernden Medikamenten mit Drosophila

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DOI:

10.3791/60917

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12. März 2020

Lin Zhang¹ , Kenny Dao¹ , Angela Kang¹ , Andre C. Loyola¹ , Robin Shang¹ , Jinghong Li¹ , Willis X. Li¹

¹Department of Medicine, University of California San Diego

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Drosophila ist ein weit verbreitetes experimentelles Modell, das für das Screening von Medikamenten mit potenziellen Anwendungen für die Krebstherapie geeignet ist. Hier beschreiben wir die Verwendung von Drosophila-Variegated-Augenfarbphänotypen als Methode zum Screening von kleinmolekularen Verbindungen, die die Heterochromatinbildung fördern. Drosophila

Zusammenfassung

Drosophila ist ein ausgezeichneter Modellorganismus, der verwendet werden kann, um Verbindungen zu überprüfen, die für die Krebstherapie nützlich sein könnten. Die hier beschriebene Methode ist eine kostengünstige In-vivo-Methode zur Identifizierung von Heterochromatin fördernden Verbindungen mit Drosophila. Die DX1-Sorte der Drosophila, die einen bunten Augenfarb-Phänotyp hat, der die Ausdehnungen der Heterochromatin-Bildung widerspiegelt und damit ein Werkzeug für einen heterochromatinfördernden Wirkstoff-Bildschirm bietet. Bei dieser Screening-Methode wird die Augenvariegation auf der Grundlage der Oberfläche der roten Pigmentierung quantifiziert, die Teile des Auges einnimmt, und auf einer Skala von 1 bis 5 bewertet. Das Screening-Verfahren ist einfach und empfindlich und ermöglicht die Prüfung von Verbindungen in vivo. Arzneimittel-Screening mit dieser Methode bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, Heterochromatin fördernde Medikamente zu identifizieren, die positive Auswirkungen in Krebstherapeutika haben könnten. Die Identifizierung von Verbindungen, die die Bildung von Heterochromatin fördern, könnte auch zur Entdeckung epigenetischer Mechanismen der Krebsentwicklung führen.

Einleitung

Heterochromatin ist eine kondensierte Form der DNA, die eine zentrale Rolle bei der Genexpression, bei der Regulierung der Chromosomensegregation während der Zellteilung und beim Schutz vor Genominstabilität¹spielt. Heterochromatin gilt als Regulierer für die Genrepression und zum Schutz der Chromosomenintegrität bei der Zellmitose²^,³. Es ist mit der Di- und Tri-Methylierung von Histon H3 Lysin 9 (H3K9me) während der AbstammungSverpflichtung⁴^,⁵verbunden. Darüber hinaus wird die Rekrutierung von Chromodomain-Proteinen von Heterochromatin Protein 1 (HP1) auch als mit Heterochromatin und epigenetischer Unterdrückung der Genexpression⁶assoziiert. Diese Proteine sind wesentliche Bestandteile und Marker der Heterochromatinbildung.

Da die genomische Instabilität es Zellen ermöglicht, genetische Veränderungen zu erwerben, die die Karzinogenese fördern, wird Heterochromatin in der Krebsentwicklung immer stärker anerkannt und kann für die^{Krebsbehandlung}7^,⁸ins Visier genommen werden. Derzeit gibt es keine Medikamente, die gut etabliert sind bei der Unterstützung der Heterochromatin-Bildung. Hier präsentieren wir eine einfache und schnelle und dennoch effiziente Methode zum Screening von kleinmolekularen Verbindungen, die die Heterochromatinbildung fördern. Das Screening erfolgt durch die Behandlung von Drosophila mit einer Bibliothek von kleinmolekularen Medikamenten. Diese Methode nutzt einen bunten Augenfarben-Phänotyp in der DX1Drosophila-Sorte, der von Heterochromatin-Spiegeln beeinflusst wird. DX1-Fliegen enthalten ein Tandem-Array von sieben P[lac-w]-Transgenen, die je nach Heterochromatinisierung die bunte Expression/Depression aufweisen, daher spiegelt das Ausmaß der Variegation in der Augenfarbe den Heterochromatinspiegel wider. Insbesondere konnte das zunehmende Heterochromatin durch den steigenden Anteil der bunten Augenfarbe (weißes Auge) nachgewiesen werden. Im Gegenteil, abnehmendes Heterochromatin würde durch den steigenden Anteil der P[lac-w] Transgenexpression (rotes Auge)⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²erkannt.

Daher nutzen wir dieses Drosophila-Transgensystem, das einen bunten Augenfarbphänotyp erzeugt, da seine Expression direkt mit der Menge an Heterochromatin korreliert. Bei der Entdeckung von Verbindungen, die im Verdacht stehen, die Heterochromatinbildung zu fördern, können wir diesen Verdacht mit anderen Methoden wie Western Blot bestätigen. Diese heterochromatinfördernden Substanzen können in Zukunft für klinische Studien bei Patienten weiterentwickelt werden.