Name: Aislar Potenciada Hsp104 Variantes Usando levadura Modelos proteinopatía (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 44 s
Description: Aprende a aislar variantes potenciadas de Hsp104 usando modelos de levadura para estudiar proteinopatías. Este método permite seleccionar supresores de toxicidad proteica mediante cribado y secuenciación.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Agradecemos a Sue Lindquist, Aaron Gitler y Martin Duennwald por compartir amablemente los reactivos. Nuestros estudios fueron apoyados por: una beca postdoctoral (M.E.J) de la American Heart Association; Premio al Nuevo Innovador del Director de los NIH DP2OD002177, los NIH otorgan R21NS067354, R21HD074510 y R01GM099836, un Premio de Investigación de la Asociación de Distrofia Muscular (MDA277268), el Centro Packard para la Investigación de la ELA de la Universidad Johns Hopkins, Target ALS y un Premio Nuevo Becario en el Envejecimiento de la Fundación Médica Ellison (J.S.).

1. Biblioteca Generación <ol><li> Para construir bibliotecas de Hsp104 utilizando PCR propensa a error de dominio específico, primero amplificar el dominio de interés con un error de ADN polimerasa propensa 20. </li><li> Se purificó el producto de PCR mediante extracción en gel. </li><li> Realizar un paso de extensión megacebador utilizando un protocolo estándar de mutagénesis dirigida al sitio: combinar plásmido molde 50 ng, 250 ng megacebador, 200 mM dNTPs, y de alta fidelidad de ADN polimerasa en un tampón de PCR, y diluir a 50 l volumen total con agua de grado PCR 20 . Ejecutar un programa de PCR estándar. NOTA: cebadores específicos usados ​​variará dependiendo de la región particular del gen que se va a amplificar. <ol><li> Tras la PCR, digerir ADN molde parental con 1 l de enzima de restricción Dpn I durante 2 horas a 37 ° C. </li></ol></li><li> Transformar la biblioteca por electroporación u otros medios en Ultracompetent E. coli y purificarla por miniprep. NOTA: generación Bibliotecavaría dependiendo sustancialmente a los objetivos de un determinado experimento. Hsp104 es una proteína muy grande, por lo que es poco práctico para aleatorizar todo el gen, por lo que utilizamos error de dominio específico PCR propensa. Además, la estructura de Hsp104 sigue siendo poco conocida, por lo que el diseño de bibliotecas dirigidas desafiantes 21. Las bibliotecas pueden ser construidos usando enfoques dirigidos o aleatorios a mutagénesis, con la única restricción es que el esqueleto plasmídico plantilla debe contener el gen URA3 para permitir la 5-FOA selección del contador en medios de dextrosa. </li></ol> 2. Transformación de la Biblioteca Hsp104 <ol><li> Integrar el sustrato asociado a la enfermedad en W303aΔ Hsp104 levadura utilizando un / protocolo de transformación PEG acetato de litio estándar 22. Seleccione colonias individuales y detectar ellos para la toxicidad para aislar una cepa con alta toxicidad de la enfermedad sustrato 23 asociados. NOTA: Utilice una cepa integrado y isolaTé a sola colonia para garantizar la igualdad de expresión en todas las células. Clonar el sustrato de la enfermedad en un plásmido que permite la integración del gen bajo cualquier marcador que no sea uracilo (usamos histidina) y la biblioteca Hsp104 en el plásmido pAG416GAL (marcador de uracilo) 24. Para permitir la 5-FOA contraselección, asegúrese de que la biblioteca se expresa a partir de un plásmido con el marcador de uracilo. Otras cepas de levadura también pueden ser empleados. Hemos tomado nota de un fenotipo de supresión de toxicidad similar usando W303a y BY4741 cepas de levadura en ambos WT y Δ Hsp104 fondos (MEJ y JS, observaciones no publicadas). </li><li> Transformar la biblioteca Hsp104 en esta cepa usando la misma acetato de litio / protocolo de transformación PEG 22. Aumentar la escala de la transformación apropiada para mantener el espacio de secuencia de la biblioteca y para preservar el tamaño de la biblioteca predicho. </li><li> Placa de la mezcla de transformación en noninducing, placas selectivas (por ejemplo, SD-Su-Ura) con suficientes platos aasegurar el crecimiento de un gran número de colonias. El uso de grandes placas de Petri (150 mm) para minimizar el número de placas necesarias. La recuperación de los transformantes utilizando placas permite la eficiencia de transformación que deben evaluarse. </li><li> Transformar Hsp104 WT y controles negativos vector en paralelo. </li></ol> 3. La detección de represión de Proteotoxicity <ol><li> Lávese las colonias de las placas utilizando rafinosa complementado los medios de comunicación de abandono (por ejemplo Sraff-Su-Ura). Utilice una pipeta serológica y aplicadores de madera estériles para aflojar las colonias de las placas. Transferir los lavados líquidos a un tubo cónico de 50 ml y agitar a fondo para separar los grumos de células. Diluir a una cultura ligeramente nublado, OD 600 ~ 0,025. NOTA: Aquí rafinosa sirve para aliviar las células de la represión mediada por la glucosa de la inducción, las células de cebado por lo tanto para la inducción mediada por galactosa. </li><li> Mantener el cultivo diluido durante la noche en los medios de comunicación de abandono rafinosa con agitación a 30 ºC. Crecer el Hsp104 WT y controles vectoriales en paralelo. </li><li> A la mañana siguiente, la placa de un rango de concentraciones Onto galactosa individual (por ejemplo SGal-Su-Ura) placas (1 mu l a 2 ml concentrado cultura en 400 l de volumen total). Plating una amplia gama de concentraciones se asegurará de que una placa tendrá colonias individuales. La concentración real requerida depende de la toxicidad del sustrato enfermedad de interés. </li><li> Normalizar el vector y las culturas Hsp104 WT a la OD 600 de la biblioteca y la placa volúmenes iguales al comparar el crecimiento de la biblioteca con respecto a los controles. </li><li> Para evaluar la selección rigor, la placa de la biblioteca en la glucosa (represión) los medios de comunicación. Incubar las placas durante 2-3 días a 30 ° C, hasta que las colonias aparecen (Figura 2). Evaluar las colonias resultantes y comparar con los controles. NOTA: A menudo se obtienen ambas colonias grandes y pequeñas, pero no hay correlación entre el tamaño de la colonia y actuarse observa ividad. Pantalla estos posibles éxitos utilizando una técnica de selección de contador 5-FOA (Paso 4) para minimizar los falsos positivos prorrogados para secuenciación. </li></ol> 4. 5-FOA contraselección y Spotting para eliminar falsos positivos <ol><li> Streak cabo colonias individuales en duplicado sobre doble y una individual (por ejemplo, los medios de comunicación de abandono SD-Su-Ura y SD-Sus placas) y crecer durante la noche a 30 ºC. Repita el procedimiento con los controles vectoriales y Hsp104 WT. Plating en SD-His antes de la 5-FOA aumenta la eficacia de la etapa 5-FOA mediante el aumento de la probabilidad de que las células se han perdido el plásmido Hsp104 cuando se sembraron en 5-FOA. </li><li> Para evitar que las placas se seque, envuelva la placas en parafina Sus-Ura-SD y almacenar a 4 ° C en el desempeño de la pantalla de 5-FOA. Estas placas eventualmente ser utilizados para la secuenciación. </li><li> Racha de las colonias de la SD-Sus placas a colonias individuales en placas 5-FOA (YPD medios + 1g / L 5-FOA) y se incuba durante 1-2 días a 30 y# 186; C hasta que aparezca colonias individuales. Aquí, 5-FOA se convierte en un producto tóxico (5-fluorodesoxiuridina) en las células que contienen el gen URA3. Por lo tanto, las células que albergan el plásmido todavía Hsp104 morirán. </li><li> Racha de las colonias aisladas de las placas 5-FOA en duplicado sobre SD-Ura y SD-Sus placas. Prueba 3 colonias para cada golpe para aumentar la probabilidad de que al menos una colonia de cada golpe se habrá perdido el plásmido Hsp104. Incubar durante 1-2 días a 30 ° C. Las colonias que han perdido el plásmido Hsp104 crecerá en SD-Sus placas pero no las placas SD-ura. </li><li> Crecer las cepas que han perdido los plásmidos Hsp104 para observar los ensayos. Crecer las cepas a la saturación en rafinosa medios de deserción escolar (por ejemplo Sraff-Su) en 96 pozos profundos 2 placas ml durante la noche a 30 ° C con agitación. Asegúrese de incluir las cepas de control de 5-FOA tratados. </li><li> Preparar placas para la detección de ensayo. Con una pipeta multicanal, alícuota de 200 l rafinosa medios de deserción escolar (por ejemplo Sraff-His) porpocillo de una placa de 96 pocillos, reservando las columnas 1 y 7 para las culturas aseados. Alícuota de 250 l de cada uno de los 16 cultivos saturados en las columnas 1 y 7 de la placa. </li><li> En serie diluir las culturas 5 veces en cada columna de la placa, mezclando completamente con una pipeta multicanal. Retire 50 l de cultivo diluido de las columnas 6 y 12 para garantizar el volumen final de cada pocillo es de 200 l. Esto es esencial para asegurar una formación de manchas. </li><li> Con una herramienta de replicador de 96 perno (Frogger), manchar las culturas por duplicado en SD-His y SGal-Sus placas. Incubar las placas a 30 ° C durante 2-3 días. </li><li> Seleccionar para secuenciar cepas que exhiben toxicidad en los SGal-His placas similares a la de los controles. Deseche cepas como falsos positivos que no son tan tóxicos como los controles. 5-FOA es también a menudo tóxicos por sí mismo, por lo deseche cepas que exhiben un defecto de crecimiento en SD-Sus placas o que presentan sustancialmente mayor toxicidad que el sustrato (enfermedad por sí sola <strong&gt; Figura 3). </li></ol> 5. La secuenciación del Hsp104 variantes mediante PCR de colonias <ol><li> Raspe ~ 10 l de levadura de las placas SD-His-ura en NaOH 3 l 20 mM en tubos de PCR de tira y lisar las células por congelación-descongelación. Colocar los tubos de la tira en un congelador -80 ºC durante 10 min o en nitrógeno líquido, a continuación, se incuba a 99 ºC en un termociclador durante 10 min. Diluir las cepas de 100 l con agua de calidad PCR. </li><li> Prepare las reacciones de PCR: 5 l plantilla de PCR, 0,5 mu l de 100 mM de cada cebador, 0,5 l de 10 mM dNTPs, DNA polimerasa 0,25 l en tampón de PCR, y completar hasta 25 l volumen total con agua grado PCR. Diseño cebadores para amplificar la región aleatorizada más aproximadamente 100 pb en cada extremo. Minimizar el tamaño de la región amplificada para aumentar la probabilidad de éxito de la amplificación. Ejecutar un programa de PCR estándar. </li><li> Analizar las muestras mediante electroforesis en gel de agarosa para confirmar la amplificación de un producto de PCR de la siz apropiadoe. Repita la PCR si hay producto está presente. NOTA: el fracaso de PCR suele ser debido a un exceso de levadura que se utiliza en el paso 5.1. </li><li> Preparar las muestras para la secuenciación de ADN. Retire cebadores de PCR, ya sea por purificación de PCR o usando un reactivo de limpieza producto de PCR tales como exonucleasa I y fosfatasa alcalina de camarón enzima (ExoSAP-IT) para degradar el ADN de cadena sencilla. Este reactivo degrada enzimáticamente los cebadores no incorporados y dNTPs, lo que permite un mayor rendimiento. </li><li> Secuenciar los productos de PCR. Asegúrese de analizar a fondo cromatogramas de secuenciación para detectar mutaciones. Las mutaciones pueden ser observadas como una mezcla de dos nucleótidos en un sitio dado (Figura 4), ​​como la levadura a menudo albergar múltiples plásmidos. </li></ol>

<ol><li>Johnson, B. S., McCaffery, J. M., Lindquist, S., Gitler, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+yeast+TDP-43+proteinopathy+model%3A+Exploring+the+molecular+determinants+of+TDP-43+aggregation+and+cellular+toxicity%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">A yeast TDP-43 proteinopathy model: Exploring the molecular determinants of TDP-43 aggregation and cellular toxicity.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 105 (17), 6439-6444 (2008).</li>
<li>Sun, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Determinants+and+Genetic+Modifiers+of+Aggregation+and+Toxicity+for+the+ALS+Disease+Protein+FUS%2FTLS%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Molecular Determinants and Genetic Modifiers of Aggregation and Toxicity for the ALS Disease Protein FUS/TLS.</a> PLoS Biol. 9 (4), (2011).</li>
<li>Outeiro, T. F., Lindquist, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Yeast+Cells+Provide+Insight+into+Alpha-Synuclein+Biology+and+Pathobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Yeast Cells Provide Insight into Alpha-Synuclein Biology and Pathobiology.</a> Science. 302 (5651), 1772-1775 (2003).</li>
<li>Forman, M. S., Trojanowski, J. Q., Lee, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurodegenerative+diseases%3A+a+decade+of+discoveries+paves+the+way+for+therapeutic+breakthroughs%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Med%22%5BJournal%5D)">Neurodegenerative diseases: a decade of discoveries paves the way for therapeutic breakthroughs.</a> Nat Med. 10 (10), 1055-1063 (2004).</li>
<li>Morimoto, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress%2C+aging%2C+and+neurodegenerative+disease%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Stress, aging, and neurodegenerative disease.</a> N Engl J Med. 355 (21), 2254-2255 (2006).</li>
<li>Elden, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ataxin-2+intermediate-length+polyglutamine+expansions+are+associated+with+increased+risk+for+ALS%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ataxin-2 intermediate-length polyglutamine expansions are associated with increased risk for ALS.</a> Nature. 466 (7310), 1069-1075 (2010).</li>
<li>Cooper, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alpha-synuclein+blocks+ER-Golgi+traffic+and+Rab1+rescues+neuron+loss+in+Parkinson%27s+models%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Alpha-synuclein blocks ER-Golgi traffic and Rab1 rescues neuron loss in Parkinson's models.</a> Science. 313 (5785), 324-328 (2006).</li>
<li>Gitler, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alpha-synuclein+is+part+of+a+diverse+and+highly+conserved+interaction+network+that+includes+PARK9+and+manganese+toxicity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+genetics%22%5BJournal%5D)">Alpha-synuclein is part of a diverse and highly conserved interaction network that includes PARK9 and manganese toxicity.</a> Nature genetics. 41 (3), 308-315 (2009).</li>
<li>Su, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compounds+from+an+unbiased+chemical+screen+reverse+both+ER-to-Golgi+trafficking+defects+and+mitochondrial+dysfunction+in+Parkinson%27s+disease+models%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+models+%26+mechanisms%22%5BJournal%5D)">Compounds from an unbiased chemical screen reverse both ER-to-Golgi trafficking defects and mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease models.</a> Disease models & mechanisms. (3-4), 194-208 (2010).</li>
<li>Tardiff, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Yeast+reveal+a+%27druggable%27+Rsp5%2FNedd4+network+that+ameliorates+alpha-synuclein+toxicity+in+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Yeast reveal a 'druggable' Rsp5/Nedd4 network that ameliorates alpha-synuclein toxicity in neurons.</a> Science. 342 (6161), 979-983 (2013).</li>
<li>Tardiff, D. F., Tucci, M. L., Caldwell, K. A., Caldwell, G. A., Lindquist, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Different+8-hydroxyquinolines+protect+models+of+TDP-43+protein%2C+alpha-synuclein%2C+and+polyglutamine+proteotoxicity+through+distinct+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+biological+chemistry%22%5BJournal%5D)">Different 8-hydroxyquinolines protect models of TDP-43 protein, alpha-synuclein, and polyglutamine proteotoxicity through distinct mechanisms.</a> The Journal of biological chemistry. 287 (6), 4107-4120 (2012).</li>
<li>Kim, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Therapeutic+modulation+of+eIF2alpha+phosphorylation+rescues+TDP-43+toxicity+in+amyotrophic+lateral+sclerosis+disease+models%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Therapeutic modulation of eIF2alpha phosphorylation rescues TDP-43 toxicity in amyotrophic lateral sclerosis disease models.</a> Nature. 46 (2), 152-160 (2014).</li>
<li>Ju, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+yeast+model+of+FUS%2FTLS-dependent+cytotoxicity%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">A yeast model of FUS/TLS-dependent cytotoxicity.</a> PLoS Biol. 9 (4), (2011).</li>
<li>Shorter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hsp104%3A+a+weapon+to+combat+diverse+neurodegenerative+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosignals%22%5BJournal%5D)">Hsp104: a weapon to combat diverse neurodegenerative disorders.</a> Neurosignals. 16 (1), 63-74 (2008).</li>
<li>Vashist, S., Cushman, M., Shorter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applying+Hsp104+to+protein-misfolding+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Applying Hsp104 to protein-misfolding disorders.</a> Biochem Cell Biol. 88 (1), 1-13 (2010).</li>
<li>DeSantis, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operational+Plasticity+Enables+Hsp104+to+Disaggregate+Diverse+Amyloid+and+Nonamyloid+Clients%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Operational Plasticity Enables Hsp104 to Disaggregate Diverse Amyloid and Nonamyloid Clients.</a> Cell. 151 (4), 778-793 (2012).</li>
<li>Jackrel, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potentiated+Hsp104+Variants+Antagonize+Diverse+Proteotoxic+Misfolding+Events%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Potentiated Hsp104 Variants Antagonize Diverse Proteotoxic Misfolding Events.</a> Cell. 156 (1-2), 170-182 (2014).</li>
<li>Wittrup, K. D., Verdine, G. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWittrup%2C+KD+%22Methods+in+Enzymology%22">Methods in Enzymology</a>. Wittrup, K. D., Verdine, G. L. 503, Academic Press. 13-14 (2012).</li>
<li>Boeke, J. D., Trueheart, J., Natsoulis, G., Fink, G. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBoeke%2C+JD+%22Methods+in+Enzymology%22">Methods in Enzymology</a>. 154, Academic Press. Lawrence Grossman Ray Wu. 164-175 (1987).</li>
<li>Miyazaki, K. Creating Random Mutagenesis Libraries by Megaprimer PCR of Whole Plasmid (MEGAWHOP). Directed Evolution Library Creation: Methods in Molecular Biology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMiyazaki%2C+K+%22eds+FrancesH+Arnold+%26+George+Georgiou%22">eds FrancesH Arnold & George Georgiou</a>. 231, Humana Press. 23-28 (2003).</li>
<li>Saibil, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaperone+machines+for+protein+folding%2C+unfolding+and+disaggregation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Mol+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Chaperone machines for protein folding, unfolding and disaggregation.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 14 (10), 630-642 (2013).</li>
<li>Gietz, R. D., Schiestl, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-efficiency+yeast+transformation+using+the+LiAc%2FSS+carrier+DNA%2FPEG+method%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protocols%22%5BJournal%5D)">High-efficiency yeast transformation using the LiAc/SS carrier DNA/PEG method.</a> Nat. Protocols. 2 (1), 31-34 (2007).</li>
<li>Armakola, M., Hart, M. P., Gitler, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TDP-43+toxicity+in+yeast%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">TDP-43 toxicity in yeast.</a> Methods. 53 (3), 238-245 (2011).</li>
<li>Alberti, S., Gitler, A. D., Lindquist, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+suite+of+Gateway%C2%AE+cloning+vectors+for+high-throughput+genetic+analysis+in+Saccharomyces+cerevisiae%5BTitle%5D)+AND+%22Yeast%22%5BJournal%5D)">A suite of Gateway® cloning vectors for high-throughput genetic analysis in Saccharomyces cerevisiae.</a> Yeast. 24 (10), 913-919 (2007).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Aquí presentamos nuestro enfoque para aislar variantes Hsp104 potenciadas que suprimen la toxicidad de los sustratos de las enfermedades asociadas que utilizan modelos proteinopatía levadura. Usando este enfoque, las grandes bibliotecas de variantes se pueden cribar en alto rendimiento, con la única limitación es el número de variantes que pasan la pantalla secundaria 5-FOA. Mediante la realización de estos pasos en formato de 96 pocillos, se examinan habitualmente hasta 200 hits en un momento en el paso 5-FOA en el tra...

Modelos proteinopatía de levadura se han desarrollado para los trastornos de proteínas misfolding incluyendo esclerosis lateral amiotrófica (ALS) y la enfermedad de Parkinson (PD) 1-3. Expresión de las proteínas TDP-43 y FUS, que se pliegan inadecuadamente en pacientes con ELA, son tóxicos y mislocalize para formar agregados citoplasmáticos en la levadura 1,2. Del mismo modo, la expresión de α-sinucleína (α-syn), que está implicado en la EP, es tóxico y mislocalizes para formar agregados citoplasmáticos en la levadura 3. Estas características recapitulan fenotipos en los pacientes con estos trastornos 4,5. Por lo tanto, los modelos de levadura proporcionan una plataforma útil para la detección de proteínas o moléculas pequeñas que prevenir o revertir estos fenotipos 2,6-13. Estamos interesados ​​en el desarrollo de las proteínas que son capaces de revertir la agregación y la toxicidad debido a la TDP-43, FUS, y α-syn. Nos centramos en Hsp104, un AAA + proteína de la levadura que es el único capaz de desagregar las proteínas tanto fragregados amorfos om y amiloide en la levadura, sin embargo, no tiene homólogo humano 14,15. Hsp104 está bien afinado para desagregar los priones de levadura endógenos y sólo tiene una capacidad limitada para desagregar sustratos implicados en enfermedades neurodegenerativas humanas, que nunca encuentra con ordinariamente 16,17. Por lo tanto, nuestro objetivo es diseñar versiones mejoradas de Hsp104 que son capaces de desagregar eficazmente estos sustratos humanos. Para ello, construimos grandes bibliotecas de variantes Hsp104 usando PCR propensa a errores; estas bibliotecas se pueden cribar utilizando los modelos proteinopatía levadura 17. Hemos adoptado un enfoque de dominio orientados a la construcción y selección de bibliotecas, como Hsp104 es muy grande 17. Al principio nos centramos en el dominio del medio (MD) de Hsp104 17, aunque los enfoques similares pueden ser empleados para detectar otros dominios. Estos modelos permiten la detección de la actividad disaggregase directamente, en contraposición a las técnicas alternativas tales como la presentación en superficie, que es el descansoricted utilizar para el seguimiento de la unión 18. Nuestro protocolo se basa en dos pasos de detección (Figura 1). En primer lugar, se seleccionan variantes Hsp104 que suprimen la toxicidad del sustrato enfermedad en la levadura. Para ello, la Hsp104 variantes y la enfermedad asociada sustrato se cotransformación de la levadura Hsp104 Δ. Empleamos Δ Hsp104 levadura para explorar Hsp104 secuencia espacio en ausencia de tipo salvaje (WT) Hsp104 17. Es importante destacar que, la supresión de Hsp104 no afecta α-syn, FUS, o TDP-43 toxicidad en la levadura, y la expresión de Hsp104 WT proporciona mínima de rescate 1,13,17. La levadura está chapada a continuación, en la inducción de los medios de comunicación para inducir la expresión de ambas proteínas. La levadura que alberga variantes Hsp104 que suprimen la toxicidad del crecimiento confieren sustrato asociado a la enfermedad de la colonia. Estas variantes se seleccionan para su posterior análisis, mientras que el mantenimiento de colonias variantes que no suprimen troquel toxicidad. Sin embargo,falsos positivos son un problema importante en esta pantalla. Expresión de TDP-43, FUS, y α-syn son altamente tóxicos, que crea una fuerte presión selectiva para la aparición de supresores genéticos espontáneos de la toxicidad no relacionada con la variante de Hsp104 ser expresado. Por lo tanto, hemos utilizado una pantalla secundaria que es también relativamente de alto rendimiento para eliminar estos supresores de toxicidad no específica 17. En esta pantalla secundaria, levadura seleccionada se tratan con Fluorootic 5-ácido (5-FOA) para contrarrestar seleccione para el plásmido Hsp104 19. Las cepas se evaluaron entonces por el sustrato (TDP-43, FUS, o α-syn) toxicidad a través de la detección de ensayo para asegurarse de que la toxicidad del sustrato se restaura después de la pérdida del plásmido Hsp104. Por lo tanto, la levadura en la que la toxicidad se restaura en esta pantalla secundaria presumiblemente originalmente muestra la supresión de toxicidad debido a la presencia de la variante de Hsp104. Estas levaduras se designan como &quot;hits&quot; y el plásmido Hsp104 debe entonces serrecuperado y secuenciado para identificar las mutaciones en el gen Hsp104 17 (Figura 1). Cualquier resultado debe entonces ser reconfirmados mediante la construcción de la mutación de forma independiente mediante mutagénesis dirigida al sitio y luego volver a probar para la supresión de la toxicidad. Las aplicaciones potenciales de este protocolo son amplias. Usando estos métodos, las bibliotecas de cualquier tipo de proteína podrían ser examinados para variantes que suprimen la toxicidad de cualquier proteína sustrato que es tóxico en la levadura.

<table><tbody><tr><td>GeneMorphII EZClone Domain Mutagenesis Kit</td><td>Agilent</td><td>200552</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Placas de Petri</td><td>Falcon</td><td>351058</td><td></td></tr><tr><td>5-Ácido fluorótico</td><td>Research Products International</td><td>f10501-5.0</td><td></td></tr><tr><td>96-DeepWell 2 ml Placas</td><td>Eppendorf</td><td>0030 502.302</td><td></td></tr><tr><td>96 bold replicador tool</td><td>V& P Scientific</td><td>vp-404</td><td></td></tr><tr><td>ExoSAP-IT</td><td>Affymetrix</td><td>78200</td><td></td></tr></tbody></table>

aislar potenciada hsp104 variantes usando levadura modelos proteinopatía

Isolating Potentiated Hsp104 Variants Using Yeast Proteinopathy Models

Muchos trastornos de mal plegamiento de proteínas se pueden modelar en la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae. Proteínas como TDP-43 y FUS, implicadas en la esclerosis lateral amiotrófica, y α-sinucleína, implicadas en la enfermedad de Parkinson, son tóxicas y forman agregados citoplasmáticos en la levadura. Estas características recapitulan las patologías proteicas observadas en pacientes con estos trastornos. Por lo tanto, las levaduras son una plataforma ideal para aislar los supresores de toxicidad de las bibliotecas de variantes de proteínas. Estamos interesados en la aplicación de disagregases proteicos para eliminar los conformadores de proteínas tóxicos mal plegados. Específicamente, estamos diseñando Hsp104, una proteína hexámera AAA+ de levadura que es capaz de solubilizar tanto agregados desordenados como amiloide y devolver las proteínas a sus conformaciones nativas. Si bien Hsp104 está altamente conservado en eucariotas y eubacterias, no tiene un homólogo metazoario conocido. Hsp104 solo tiene una capacidad limitada para eliminar agregados desordenados y fibras amiloides implicadas en enfermedades humanas. Por lo tanto, nuestro objetivo es diseñar variantes de Hsp104 para revertir el mal plegamiento de proteínas implicado en los trastornos neurodegenerativos. Hemos desarrollado métodos para cribar grandes bibliotecas de variantes de Hsp104 para la supresión de la proteotoxicidad en levaduras. Dado que las levaduras son propensas a la supresión espontánea e inespecífica de la toxicidad, se ha desarrollado un proceso de cribado de dos pasos para eliminar los falsos positivos. Utilizando estos métodos, hemos identificado una serie de variantes potenciadas de Hsp104 que suprimen de forma potente la toxicidad y la agregación de TDP-43, FUS y α-sinucleína. Aquí, describimos este protocolo optimizado, que podría adaptarse a bibliotecas de cribado construidas utilizando cualquier columna vertebral de proteínas para la supresión de la toxicidad de cualquier proteína que sea tóxica en la levadura.

Hemos construido una biblioteca de variantes Hsp104 aleatorios en el dominio medio y se tamiza para la supresión de la TDP-43 toxicidad. La biblioteca se transformó y colocó en placas sobre placas de glucosa y galactosa (Figura 2) para evaluar la severidad de la pantalla. Se seleccionaron colonias individuales y las cepas se seleccionaron usando contador de 5-FOA para eliminar el plásmido Hsp104. Estas cepas se evaluaron entonces para confirmar que la toxicidad era debido a la TDP-43 solo, sin las varia...

Los modelos de proteinopatía de levadura son herramientas valiosas para evaluar la toxicidad y la agregación de proteínas implicadas en la enfermedad. Aquí, presentamos métodos para la detección de supresores de toxicidad en bibliotecas de variantes de Hsp104. Este protocolo podría adaptarse para analizar cualquier biblioteca de proteínas en busca de supresores de toxicidad de cualquier proteína que sea tóxica en la levadura.

Aislar Potenciada Hsp104 Variantes Usando levadura Modelos proteinopatía

Many protein-misfolding disorders can be modeled in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. Proteins such as TDP-43 and FUS, implicated in amyotrophic ...

El objetivo del siguiente experimento es examinar las bibliotecas de HS P 1 0 4 para la selección de variantes que supriman la toxicidad de las proteínas asociadas con los trastornos de mal plegamiento de proteínas. Esto se logra mediante la cotransformación de bibliotecas de variantes de HSP 1 0 4 con un sustrato asociado a la enfermedad en levadura y coex que expresa las dos proteínas como segundo paso. Las levaduras seleccionadas se tratan con cinco ácidos fluoruticos o cinco FOA para contraseleccionar el plásmido HSP 1 0 4.A continuación, se secuencian los aciertos amplificando la región mutágena mediante PCR de colonias o identificando las mutaciones en el gen HSP 1 0 4. En última instancia, se puede evaluar la supresión de la toxicidad del sustrato asociado a la enfermedad para identificar las variantes de HS P 1 0 4 que son más prometedoras para una caracterización posterior. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como las selecciones basadas en unión, es que esta técnica permite la selección de variantes que suprimen la toxicidad del sustrato asociado a la enfermedad.Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo del plegamiento

isolating-potentiated-hsp104-variants-using-yeast-proteinopathy-models

Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

Aquí se describe un protocolo para la purificación de gran actividad Hsp104, un AAA hexameric + proteína de la levadura, que se acopla la hidrólisis de ATP con el desglose de proteínas. Este esquema se aprovecha de una construcción de His6-etiquetados para la purificación de afinidad...

La purificación de Hsp104, una proteína Disaggregase

Este trabajo describe tres protocolos complementarios para evaluar la toxicidad de poliglutaminas (polyQ)-expansión proteínas en la...

Los ensayos de crecimiento para evaluar la toxicidad de poliglutaminas en la levadura

Este artículo se centra en la identificación de la interacción de datos de alta confianza entre anfitrión y proteínas de patógenos utilizando una combinación de los dos métodos ortogonales: levadura de dos híbridos seguido de un ensayo de interacción de alto rendimiento en células de mamífero llamado HT-GPCA.

Un enfoque comparativo para caracterizar el paisaje del Huésped-Patógeno interacciones proteína-proteína

Este artículo describe el uso de una proteína de fusión luciferasa de luciérnaga-GFP para...

Los ensayos acoplados para Monitoreo replegamiento de proteínas en<em&gt; Saccharomyces cerevisiae</em

La oligomerización del receptor de rianodina, un canal iónico homotetrámero que media la liberación de Ca2+ de las reservas intracelulares, es fundamental para la contracción del músculo esquelético y cardíaco. Aquí, presentamos métodos complementarios in vivo e in vitro para detectar la autoasociación de proteínas y determinar la estequiometría de homooligómeros.

Los enfoques genéticos y bioquímicos para<em&gt; En Vivo</em&gt; y<em&gt; In Vitro</em&gt; Evaluación de la oligomerización de proteínas el receptor de rianodina Estudio de caso

Este protocolo describe una metodología de alto rendimiento para funcionalmente basados en proteína herencia en S. cerevisiae.

Proyección de alto rendimiento para la herencia basados en proteína en S. cerevisiae

Este artículo describe los protocolos para evaluar el efecto de proteínas fluorescentes en la agregación y toxicidad del polyglutamine mal plegadas ampliación para la evaluación rápida de una proteína fluorescente recién desacostumbrada en el contexto de reporteros fluorescentes.

Efecto de proteínas fluorescentes de fusión socios en ensayos de toxicidad de poliglutaminas de levadura

Aquí se presentan cuatro protocolos para construir y explotar cepas de reporteros de Saccharomyces cerevisiae para estudiar el potencial de transactivación P53 humano, los impactos de sus diversas mutaciones asociadas al cáncer, las proteínas interexpresas que interactúan y las proteínas interexpresas que interactúan, y los efectos de moléculas pequeñas específicas.

Levadura como chasis para el desarrollo de ensayos funcionales para estudiar P53 humanos

Este protocolo describe procedimientos experimentales para caracterizar el genoma cambios en los niveles de modificaciones post-traduccionales de las histonas (PTM) que ocurre en relación con la sobreexpresión de proteínas relacionadas con la ELA y la enfermedad de Parkinson en Modelos de Saccharomyces cerevisiae . Después de la separación de SDS-PAGE, se detectan niveles PTM de las histonas individuales con anticuerpos específicos a la modificación mediante Western blot.

Caracterización de la histona modificación post-translacional alteraciones en modelos neurodegenerativos Proteinopathy de levadura

Se requiere un modelo fisiológico in vivo de α-sinucleína para estudiar y comprender la patogénesis de la enfermedad de Parkinson. Describimos un método para monitorear la citotoxicidad y la formación agregada de α-sinucleína utilizando un modelo de levadura humanizada.

Un método para estudiar la toxicidad y agregación de α-sinucleína utilizando un modelo de levadura humanizado

Las interacciones de las biomoléculas, como las interacciones proteína-proteína, son la base molecular de las funciones biológicas. Si se pueden aislar mutantes nulos/deteriorados por interacción que carecen específicamente de la interacción relevante, serán de gran ayuda para comprender las funciones de esta interacción. Este artículo presenta una forma eficiente de aislar mutantes nulos o deteriorados por interacción.

Aislamiento de mutantes nulos o alterados de interacción mediante el ensayo de dos híbridos de levadura

Aprende a aislar variantes potenciadas de Hsp104 usando modelos de levadura para estudiar proteinopatías. Este método permite seleccionar supresores de toxicidad proteica mediante cribado y secuenciación.

Aislar Potenciada Hsp104 Variantes Usando levadura Modelos proteinopatía

Explorar más videos