שיטה פשוטה ומדרגית פותחה כדי להעריך את המשמעות התפקודית של גרסאות missense ב- Ube3a, גן שאובדן ורווח תפקודו קשורים הן לתסמונת אנג'למן והן להפרעת ספקטרום האוטיזם.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שיטה פשוטה ומדרגית פותחה כדי להעריך את המשמעות התפקודית של גרסאות missense ב- Ube3a, גן שאובדן ורווח תפקודו קשורים הן לתסמונת אנג'למן והן להפרעת ספקטרום האוטיזם.
השימוש המוגבר בריצוף ברפואה זיהה מיליוני גרסאות קידוד בגנום האנושי. רבים מהווריאנטים האלה מתרחשים בגנים הקשורים להפרעות נוירו-התפתחותיות, אך המשמעות התפקודית של הרוב המכריע של הווריאנטים עדיין לא ידועה. הפרוטוקול הנוכחי מתאר את המחקר של וריאנטים עבור Ube3a, גן המקודד E3 יוביקוויטין ליגאז הקשור הן לאוטיזם והן לתסמונת אנג'למן. שכפול או משולש של Ube3a קשור מאוד לאוטיזם, ואילו מחיקתו גורמת לתסמונת אנג'למן. לפיכך, הבנת הערכיות של שינויים בפעילות החלבון UBE3A חשובה לתוצאות קליניות. כאן מתוארת שיטה מהירה, מבוססת תאים, המשלבת גרסאות Ube3a עם כתב מסלול Wnt. בדיקה פשוטה זו ניתנת להרחבה וניתן להשתמש בה כדי לקבוע את הערכיות ואת גודל השינויים בפעילות בכל גרסה של Ube3a . יתר על כן, המתקן של שיטה זו מאפשר יצירת שפע של מידע מבנה-פונקציה, אשר ניתן להשתמש בו כדי לקבל תובנות עמוקות על מנגנונים אנזימטיים של UBE3A.
ההתקדמות הטכנולוגית האחרונה הפכה את ריצוף האקסומים והגנומים לשגרתי במסגרות קליניות 1,2. זה הוביל לגילוי של מספר רב של וריאנטים גנטיים, כולל מיליוני וריאנטים של מיסנס שבדרך כלל משנים חומצת אמינו אחת בחלבון. הבנת המשמעות הפונקציונלית של וריאנטים אלה נותרה אתגר, ורק לחלק קטן (~2%) מהווריאנטים הידועים של מיסנס יש פרשנות קלינית 1,3.
דוגמה בולטת לבעיה זו היא Ube3a, גן המקודד יוביקוויטין ליגאז E3 המכוון לחלבוני סובסטרט לפירוק4. Ube3a שוכן בתוך כרומוזום 15q11-13 ומתבטא אך ורק באלל 5,6,7 שעבר בירושה אימהית. תצפיות מהגנטיקה של מחלות מצביעות על כך שפעילות לא מספקת או מוגזמת של האנזים UBE3A גורמת להפרעות נוירו-התפתחותיות מובהקות. מחיקת כרומוזום אימהי 15q11-13 גורמת לתסמונת אנג'למן (AS)8, הפרעה המאופיינת במוגבלות אינטלקטואלית קשה, ליקויים מוטוריים, התקפים, התנהגות שמחה עם חיוך תכוף, ותווי פנים דיסמורפיים 8,9,10. לעומת זאת, שכפול או שילוש של כרומוזום אימהי 15q11-13 גורם לתסמונת Dup15q, מצב הטרוגני המוכר כאחת הצורות הסינדרומיות הנפוצות ביותר של אוטיזם11,12,13. בנוסף, ישנם מאות וריאנטים שגויים שזוהו ב- Ube3a, שרובם נחשבים לווריאנטים בעלי משמעות לא ברורה (VUS) מכיוון שמשמעותם התפקודית והקלינית אינה ידועה. לפיכך, יש עניין רב בפיתוח שיטות שיכולות להעריך באופן אמפירי גרסאות Ube3a כדי לקבוע אם הם תורמים למחלות נוירו-התפתחותיות.
האנזים UBE3A שייך למשפחת התחום HECT (הומולוגית ל-E6-AP C-terminus) של ליגאזות יוביקוויטין E3 שכולן מחזיקות בתחום ה-HECT המפורסם, המכיל את המנגנון הביוכימי הדרוש כדי לקבל יוביקוויטין פעיל מאנזימי E2 ולהעבירו לחלבוני סובסטרט14. מבחינה היסטורית, האפיון של אנזימי E3 הסתמך על מערכות מבחנה משוחזרות הדורשות אנסמבל של חלבונים מטוהרים 4,15,16. שיטות כאלה הן איטיות ועתירות עבודה ואינן ניתנות להערכת הפעילות של מספר רב של גרסאות. בעבודה קודמת, UBE3A זוהה כמפעיל את מסלול ה-Wnt בתאי HEK293T על ידי ויסות תפקוד הפרוטאזום כדי להאט את הפירוק של β-קטנין17. תובנה זו מאפשרת את השימוש בכתבי מסלול Wnt כשיטה יעילה ומהירה לזיהוי גרסאות אובדן ורווח של פונקציה של Ube3a18. הפרוטוקול שלהלן מתאר בפירוט שיטה ליצירת וריאנטים של Ube3a וכן כתב מבוסס לוציפראז להערכת שינויים בפעילות של וריאנטים של Ube3a.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. שיבוט מוטגנזה ליצירת גרסאות Ube3a
2. הכנה והעברה של תאי כליה עובריים אנושיים 293T (HEK293T)
3. מדידת פעילות לוציפראז
הערה: פעילות לוציפראז מוערכת באמצעות מערכת זמינה מסחרית הבודקת הן את Firefly והן את Renilla luciferase (טבלת חומרים) בהתאם לפרוטוקול היצרן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
סריקה פונקציונלית בקנה מידה גדול של וריאנטים של Ube3a missense מזהה נוף רחב של מוטציות אובדן ורווח של תפקוד
עבודה קודמת עם מוטנטים של Ube3a הציעה שתגובת Wnt יכולה לשמש ככתב של פעילות החלבון UBE3A התאית. תצפיות אלה הורחבו, ונערכו ניסויי ולידציה נוספים כדי לחקור אם בדיקת BAR מתאימה לדיווח על מגוון פעילויות UBE3A בתא. ראשית, תאי HEK293T עברו טרנספקציה עם כמויות משתנות של דנ"א פלסמיד המקודד ל-WT Ube3a אנושי. הניסוי הזה הראה שתגובת ה-BAR משתנה באופן ליניארי עם כמות ה-Ube3a
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר כאן מספק שיטה יעילה ומדרגית להערכת הפעילות האנזימטית של גרסאות Ube3a. ישנם מספר פרטים טכניים המחייבים שיקול דעת זהיר בעת שימוש בבדיקה זו. שיקול אחד הוא הבחירה בפלסמידים של כתב Wnt המשמשים בבדיקה זו. הפרוטוקול המתואר כאן משתמש באופן ספציפי ב-β-catenin מופעל reporter (BAR)21, כתב המכיל שרשור של 12 רכיבי תגובה של גורם תאי T (TCF) המופרדים על ידי רצפי מקשרים שתוכננו במיוחד כדי למזער רקומבינציה ואובדן של אתרי קשירת TCF. ישנם פלסמידים נוספים מבוססי Wnt המבוססים על לוציפראז המתו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי פרס גשר לעצמאות של קרן סימונס (פרס SFARI #387972; J.J.Y.), פרס חוקר צעיר של NARSAD מהקרן לחקר המוח וההתנהגות (J.J.Y.), מלגת מחקר מקרן אלפרד פ. סלואן (J.J.Y.), ומענקי מחקר מקרן תסמונת אנג'למן (J.J.Y.), קרן וייטהול (J.J.Y.) ו- NIMH (R01MH122786; ג'יי.ג'יי.).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.05% טריפסין-EDTA (1x), פנול אדום | Gibco | 25300-054 | |
| 1 Kb סולם DNA | Lambda Biotech | M108-S | |
| 100 bp סולם DNA | Lambda Biotech | M107 | |
| 10x מאגר עבור T4 DNA Ligase עם 10 מ"מ ATP | ניו אינגלנד BioLabs | B0202A | |
| 5x Phusion HF מאגר תגובה | ניו אינגלנד BioLabs | B0518S | |
| תמיסה אנטיביוטית-אנטי-פטריית | קורנינג | 30004CI | |
| שחור/לבן Isoplate-96 מסגרת שחורה צלחת באר לבנה | PerkinElmer | 6005030 | |
| Carbenicillin מלח דיסודיום | המערב התיכון Scientific | KCC46000-5 | |
| תא ספירת תאים רוזנת שקופיות | Invitrogen מאת Thermo Fisher Scientific | C10283 | |
| Countess II מונה סלולרי אוטומטי | טכנולוגיות | מכונת ספירת תאים | |
| אוליגוס DNA מותאם אישית | טכנולוגיות DNA משולבות (IDT) | ||
| דאוקסינוקלאוטיד (dNTP) תערובת פתרונות | ניו אינגלנד BioLabs | N0447S | |
| DMEM, גלוקוז גבוה, תוסף GlutaMAX, פירובט | גיבקו | 10569044 | מדיום בזאלי לתמיכה בצמיחה של קו תאים HEK293T |
| DPBS (1x) | Gibco | 14190-136 | |
| מערכת בדיקת מדווח כפול לוציפראז | Promega | E1910 | |
| EcoRI-HF | ניו אינגלנד BioLabs | R3101S | אנזים הגבלה |
| סרום בקר עוברי, מוסמך, מומת בחום | Gibco | 16140071 | סרום בקר עוברי |
| פישרברנד מנות תרבית רקמות מטופלות פני השטח | פישרברנד | FB012924 | |
| FuGENE 6 מגיב טרנספקציה | Promega | E2691 | |
| טעינת ג'ל צבע סגול (6x) | ניו אינגלנד BioLabs | B7024A | |
| ATCC | CRL-3216 | ||
| יעילות גבוהה ig 10B תאים מוכשרים כימית | גנומיקה שלמה | 1011-12 | תאי E. coli DH10B |
| ערכת מידי פלסמיד HiSpeed | Qiagen | 12643 | Midi prep |
| pCIG2 פלסמיד | |||
| pGL3 BAR פלסמיד | |||
| HF DNA פולימראז | ניו אינגלנד BioLabs | M0530L | DNA פולימראז |
| ProFlex 3 x 32 באר מערכת PCR | מערכות ביולוגיות יישומיות על ידי טכנולוגיות | Thermocycler | |
| pTK Renilla פלסמיד | |||
| QIAprep ספין Miniprep Kit (250) | Qiagen | 27106 | Mini prep |
| QIAquick ג'ל מיצוי ערכת (250) | Qiagen | 28706 | טיהור |
| ג'לערכת טיהור PCR מהירה QIAquick (250) | Qiagen | 28106 | טיהור PCR |
| rCutSmart Buffer | ניו אינגלנד BioLabs | B6004S | |
| SacI-HF | ניו אינגלנד BioLabs | R3156S | אנזים הגבלה |
| סינרגיה HTX קורא רב-מצבי | BioTek | קורא צלחות מריץ תוכנת Gen5 v3.08 (BioTek) | |
| T4 DNA Ligase | New England BioLabs | M0202L | Ligase |
| TAE Buffer, Tris-Acetate-EDTA, תמיסה פי 50, אלקטרופורזה | Fisher Scientific | BP13324 | |
| צלחת תרבית רקמות 96 בארות, Flat | Bottom Fisherbrand | FB012931 | |
| UltraPure Ethidium Bromide Solution | Invitrogen by Thermo Fisher Scientific | ||
| אנזים הגבלה | XmaI | New England BioLabs | R0180S |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.