Le malattie neurodegenerative sono malattie devastanti con poco o nessun opzioni di trattamento disponibili. Tra questi, la sclerosi laterale amiotrofica (ALS) e malattia di Parkinson (MDP) sono particolarmente terribile. Circa il 90% dei casi di SLA e PD sono considerati sporadici, che si verificano senza storia di famiglia della malattia, mentre i restanti casi funzionare in famiglie e sono generalmente collegati a un gene specifico mutazione1,2. Interessante, entrambe queste malattie sono associate con la proteina mislocalization e aggregazione3,4,5,6. Per esempio, fusa nel sarcoma (FUS) e proteina obbligatoria del DNA del catrame-43 (TDP-43) sono proteine che legano RNA che mislocalize nel citoplasma e aggregare in ALS7,8,9,10, 11,12, mentre α-synuclein è il componente di principio di aggregati proteici chiamati corpi di Lewy in PD5,13,14,15.
Nonostante gli sforzi di vasta associazione genome-wide in grandi popolazioni di pazienti, la stragrande maggioranza dei casi di SLA e PD rimanga inspiegabile geneticamente. Può l'epigenetica svolge un ruolo nella malattia neurodegenerative? Epigenetics comprende cambiamenti nell'espressione genica che si verificano senza cambiamenti a sottostante DNA sequenza16. Un meccanismo epigenetico principale comporta le modifiche post traduzionale (PTM) di istone proteine16. Nelle cellule eucariotiche, il materiale genetico è strettamente avvolto nella cromatina. L'unità di base della cromatina è il nucleosoma, composto da 146 paia di basi del DNA avvolto intorno un istone istonico, è composto da quattro coppie di istoni (due copie ciascuno degli istoni H2A, H2B, H3 e H4)17. Ogni istone ha una coda N-terminale che sporge fuori il nucleosoma e può essere modificato con l'aggiunta di vari moiety chimico, solitamente su di residui di lisina e arginina18. Questi PTMs sono dinamici, il che significa che possono essere facilmente aggiunti e rimossi e includere gruppi quali acetilazione, metilazione e fosforilazione. PTMs determinano l'accessibilità del DNA al macchinario trascrizionale e contribuire così controllo gene espressione18. Ad esempio, acetilazione dell'istone riduce la forza di interazione elettrostatica tra le proteine istoniche altamente basici e la spina dorsale del DNA caricata negativamente, permettendo i geni imballati da istoni acetilati di essere più accessibile e quindi altamente espresso19. Più recentemente, la notevole specificità biologica di PTMs particolare istone e loro combinazioni ha portato all'istone codice ipotesi20,21 in quali proteine che scrivere, cancellare e leggere istone PTMs tutti agiscono di concerto per modulano l'espressione genica.
Il lievito è un modello molto utile per studiare la neurodegenerazione. Soprattutto, molte vie cellulari neuronali sono conservate dal lievito per gli esseri umani22,23,24. Lievito ricapitolano citotossicità fenotipi e inclusioni di proteina all'iperespressione di FUS, TDP-43 o α-synuclein22,23,24,25,26. Infatti, i modelli di Saccharomyces cerevisiae di ALS sono stati utilizzati per identificare fattori di rischio genetici in esseri umani27. Inoltre, il lievito che overexpressing umano α-synuclein ammessi per la caratterizzazione della rete Rsp5 come bersaglio trattabili per migliorare la tossicità di α-synuclein in neuroni28,29.
Qui, descriviamo un protocollo sfruttando Saccharomyces cerevisiae per rilevare le modifiche PTM genoma istone connesse con proteinopathies neurodegenerative (Figura 1). L'uso di S. cerevisiae è molto attraente per la sua facilità d'uso, basso costo e velocità rispetto agli altri modelli in vitro ed animali di neurodegenerazione. Sfruttando precedentemente sviluppato ALS e PD modelli22,23,25,26, noi abbiamo sovraespresso umano FUS, TDP-43 e α-synuclein in lievito e scoperte distinte istone PTM trasformazioni che avvengono in connessione con ogni proteinopathy30. Il protocollo che descriviamo qui può essere completato in meno di due settimane dalla trasformazione all'analisi dei dati.