プリオン様のタンパク質凝集体の伝播は、最近、多くの神経変性疾患に関与していることが明らかになりました。このプロトコルの目標は、線虫C.エレガンスをモデルシステムとして使用して、タンパク質の拡散を監視し、プリオン様現象を調査する方法を説明することです。
プリオン様のタンパク質凝集体の伝播は、最近、多くの神経変性疾患に関与していることが明らかになりました。このプロトコルの目標は、線虫C.エレガンスをモデルシステムとして使用して、タンパク質の拡散を監視し、プリオン様現象を調査する方法を説明することです。
プリオンは、型破りな自己増殖性タンパク質性粒子であり、コードする核酸を一切含んでいません。これらのタンパク質性種子は、良性の細胞アイソフォームの変換と複製のテンプレートとして機能します。蓄積された証拠は、多くのタンパク質凝集体が自己増殖テンプレートとして作用し、同族タンパク質のフォールディングを損なう可能性があることを示唆しています。凝集体は特定の状況下で機能することがありますが、このプロセスはしばしば細胞タンパク質の恒常性(プロテオスタシス)の破壊につながり、最終的にはアルツハイマー病(AD)、パーキンソン病(PD)、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、伝染性海綿状脳症(TSE)などの壊滅的な疾患につながります。プリオンの増殖とタンパク質凝集体の細胞間拡散の正確なメカニズムは、まだ精力的に研究されています。この知識をさらに深めるために、最近、細胞質酵母プリオンタンパク質Sup35のプリオンドメインを発現するための、線虫Caenorhabditis elegansにおける新しい後生動物モデルが確立されました。このプリオンモデルには、生きた動物の蛍光タグ付きプリオンドメインを直接モニタリングでき、遺伝的アプローチが容易になるなど、いくつかの利点があります。ここでは、C.エレガンスを用いて、タンパク質凝集体のプリオン様挙動を研究し、プリオン誘発毒性の修飾因子を同定する方法について述べます。
アルツハイマー病(AD)、パーキンソン病(PD)、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、および伝染性海綿状脳症(TSE)を含む多くの神経変性疾患は、凝集しやすいタンパク質と会合している、したがって、集合的にタンパク質の誤った折りたたみに起因する疾患(PMDのとして知られている)。それらはヒトおよび動物の両方1に感染することができるという点でのTSEまたはプリオン病は、PMDののユニークなクラスを構成する。分子レベルでは、プリオンは募集および病理学的βシートが豊富なPrP Scの高次構造2,3に単量体のαヘリックスが豊富なホストでエンコードされた細胞のプリオン(PRP C)を変換することによって複製する。自己増殖タンパク質凝集体は、哺乳動物のプリオン4,5との重要な特徴を共有する真菌、で同定されている。さらに、哺乳類プリオンは細胞間の移動が可能であり、ナイーブ細胞6,7-感染する。
のPMD OTHながらERのTSEが感染性はないよりも、彼らは、プリオン病8,9と共通の病原性の原則を共有しています。のPMDのそれぞれにリンクされたタンパク質は、構造または機能に関連していないが、これらは結晶化のようなプロセスを経由してすべてのフォームの凝集体は核と呼ばれるまたは重合を播種。さらに、タンパク質性種子はそれらの可溶性アイソ2,10,11を補充することによって成長する。自己増殖に効率が一緒にそのような分子シャペロンなどの追加の細胞因子と最終的に集計核、播種、断片化および12〜15の拡散率を決定するタンパク質の固有の特性に応じて、 生体内で変化する。したがって、タンパク質凝集を効率的に伝播することができ、これらの要素の間で微妙なバランスが存在しなければならない。唯一のいくつかのアミロイド形成凝集体はプリオンの特性を保有するため、すべてのPMDが感染性ではない理由も説明するかもしれない。プリオンは、「トップパフォーマー 'Oを表しているようだそれらのPMD 8,13を研究するための強力なツールになり自己複製タンパク性凝集体のFA広いスペクトル、。
興味深いことに、疾患関連凝集に関連する毒性は、多くの場合、非細胞自律的な構成要素16,17を持っています。これは、厳密にのみ細胞が遺伝子を示すの特定の表現型を発現することを意味している自律的な効果を、細胞とは対照的に、対応する遺伝子を発現しない隣接細胞に影響を与えることを意味する。これは説得力組織特異的発現によって実証または神経変性疾患18-26の多数のモデルにおけるそれぞれのタンパク質のノックダウンした。様々なメカニズムが減少した栄養供給、ニューロンのシグナル伝達における不均衡、グルタミン酸興奮毒性、および神経炎症16,27,28を含むのPMDで、この非細胞自律的毒性、の基礎として提案されている。また、セル間の疾患関連プリオン凝集体のような動きは、mighTこの側面29,30に貢献する。増加する証拠は、プリオン以外のタンパク質含有物特性は、多くのPMD 30-36で観察病理の広がりを説明し得る、細胞間で伝達することができることを示唆している。しかし、まだ疾患タンパク質の細胞間移行及び隣接セルに対する毒性効果の間に明確な因果関係が存在するか否かを決定されなければならない。したがって、細胞間の伝送と非細胞自律的な毒性の根底にある細胞経路のより良い理解は、新規治療薬の開発のために必要不可欠である。しかし、後生動物において、ミスフォールドタンパク質の細胞から細胞への伝達に影響を広げ、細胞因子プリオン様の多くの側面はよく生物レベルで、特に理解されていない。
線虫(Caenorhabditis elegans)線虫は、電位を提供するいくつかの利点を有する プリオン様spreadiの新しい面を発見後生17 ngの。これは、in vivoで生体内の蛍光タグ化タンパク質の追跡を可能にする、透明である。さらに、病気の影響を受け、多くの細胞および生理学的プロセスは、人間のワームから保存されており、C.されている虫も遺伝子操作および分子および生化学的解析37-39幅広い種類のに適している。正確には959体細胞はまだ筋肉、神経細胞および腸を含む、いくつかの異なる組織タイプがあり、シンプルなボディプランに大人の雌雄同体を構成している。
C.の新しいプリオンモデルを確立するために、 虫は、我々はワーム4,40には知られている内因性プリオンタンパク質が存在しないので、外因的に、よく特徴付けグルタミン/アスパラギン(Q / N)細胞質の酵母プリオンタンパク質Sup35のリッチプリオンドメインNMを表現することにしました。酵母プリオンはプリオン複製41-44の基本的なメカニズムの解明に貴重だった。さらに、NMはモミです哺乳動物細胞培養45,46におけるプリオンの完全なライフサイクルを再現することが示されている第サイトゾルプリオン様タンパク質。同様に、Cで発現した場合虫は 、Sup35プリオンドメインは、酵母細胞と比較して、後生動物細胞内での増殖のためのさまざまな要件に非常によく採用され、プリオン生物学40の主要な機能を示した。NM凝集は、ミトコンドリアの完全性の破壊との外観を含め、深遠な有毒な表現型と関連していた細胞レベルで、様々なオートファジー関連小胞、ならびに胚および幼虫停止、発達遅延、および生物レベルでのタンパク質の折り畳み環境の広範な乱れ。驚くべきことに、プリオンドメインは、導入遺伝子が発現していないもので、隣接組織に影響を与え、細胞自律的かつ非細胞自律的な毒性を示す。さらに、内および細胞間のプリオンドメインの小胞輸送をリアルタイムに監視されるの生体内40で。
ここでは、Cのプリオンのような普及を検査する方法を説明します虫 。私たちは、タイムラプス蛍光顕微鏡を用いてプリオンドメインを含む小胞の細胞内および細胞間輸送を監視する方法について説明します。私たちは、組織特異的な折り畳み式センサの使用を強調し、普遍的に細胞のフィットネス上の細胞自律的かつ非細胞自律的な効果を評価するためのストレスレポーターを表現します。最後に、プリオン誘発毒性の新たな変性剤を同定するために最近行われたゲノムワイドRNA干渉(RNAi)は、画面の手順を説明する。組み合わせて、これらの方法は、タンパク質の細胞間移行及びそれらの非細胞自律的な毒性に関与する遺伝的経路を離れていじめるのを助けることができる。
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1.モニタリング経細胞は、in vivoタイムラプスイメージングにより、プリオン様タンパク質の広がり
注:C.を育てる注意深くエレガンス野生型(WT)(N2)とトランスジェニック系統の標準的な方法に従ってとは、培養温度47を制御する。
2。細胞自律と非細胞自律を調査するために折りたたみセンサーおよびストレスレポーターを使用すると、タンパク質恒常性と毒性に影響
C.におけるプリオン誘導毒性の抑制3.ゲノムワイドスクリーンエレガンス

のRNAiスクリーニングプロトコルの4略図を図。個々のステップの詳細については、プロトコルセクション3を参照してください。
予備の4.確認画面のヒット
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in vivoでのタイムラプスイメージングによるプリオン様タンパク質の広がり間のモニタリング
トランスジェニックC.プリオンドメインを発現する線虫株は、例えば 、細胞から細胞への伝達および非細胞自律的な毒性、プリオン様タンパク質の特定の側面を分析するために特に適している。動物の透明性は、蛍光人生のあらゆる段階での生体内からタンパク質をタグ付けトラッキングが可能。これを利用して、蛍光顕微鏡を用いて細胞や組織を横断プリオン様タンパク質の移動が視覚化される。 63Xまたは100X / 1.4NA油目的は、小胞構造を解決することが必要である。重要なことは、プリオンドメインは、これらのおそらく酸性小胞40内の蛍光表示されたままにするためには、mRFPとでタグ付けする必要があります。多くの場合、タグとして使用されている黄色蛍光タンパク質(YFP)、Iそれは低pH環境40,55で急冷されているため、適切ではないよ。単独のRFPタグが(
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ここに記載されている方法は、拡散とプリオン様タンパク質の複雑な細胞自律的かつ非細胞自律的毒性を説明するのに役立つ。我々は最近、凝集しやすいサイトゾルプリオンドメインはオートファジー関連プロセスでの膜結合小胞に取り込まれることを発見した。これらの小胞の特定のサブセット内および細胞及び組織40との間のプリオンドメインを輸送する。生きている動物に彼らの動きを監視するための鍵は、タンパク質のみmRFPと標識タンパク質がこれらおそらく酸性小胞で見ることができたので、mRFPとでタグ付けなければならないことである。同じアプローチを使用して、我々は現在、そのような(ALSにリンク)スーパーオキシドジスムターゼ1(SOD1)、(PDにリンク)、α-シヌクレインまたはTAR DNA結合タンパク質として、特定の疾患関連タンパク質の可能性プリオンのような挙動を調査している(ALSにリンク)43(TDP-43)。ベシクル内でこの間輸送は、いくつかの他のタンパク質で使用されると思われるが、あるかもしれません拡散できるようdditional経路。
よく特徴付け折り畳みセンサを使用する
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
原稿に対する有益な議論と批判的なコメントをいただいたCindy Voisine氏とYoko Shibata氏に感謝します。ノースウェスタン大学のハイスループット解析研究所(HTAL)とバイオロジカルイメージングファシリティ(BIF)の協力に感謝します。この研究は、国立衛生研究所(NIGMS、NIA、NINDS)、エリソン医学財団、ダニエル・F・アンド・エイダ・L・ライス財団(RIMに所属)からの助成金によって資金提供されました。C.I.N.-K.はドイツ研究振興協会(KR 3726/1-1)の支援を受けた。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬 | |||
| ナノスフィア サイズ スタンダード 100 nm | ThermoScientific | 3100A | |
| レバミゾール | Sigma | L-9756 | |
| IPTG | Sigma | 15502-10G | |
| Ahringer RNAi ライブラリ | 出典 BioScience LifeSciences | http://www.lifesciences.sourcebioscience .com/clone-products/non-mammalian/c-elegans/c-elegans-rnai-library/ | |
| Equipment | |||
| Sorvall Legend XTR冷蔵遠心分離機、120VAC | ThermoScientific | 75004521 | http://www.coleparmer.com/Product/Thermo_Scientific_Sorvall_Legend_ XTR_Refrigerated_Centrifuge_120 VAC/EW-17707-60 |
| 96ピンリプリケータ | サイオノミックス | http://www.scinomix.com/all-products/96-pin-replicator/ | |
| HiGro 大容量インキュベーションシェーカー | Digilab | http://www.digilabglobal.com/higro | |
| Multidrop Combi 試薬ディスペンサー | Titertrek | ||
| http://groups.molbiosci.northwestern.edu/hta/titertek.htm Biomek FX AP96 自動ワークステーション | ベックマン・コールター | http://groups.molbiosci.northwestern.edu/hta/biomek_multi.htm | |
| Innova44 シェーカー | ニューブランズウィック | http://www.eppendorf.com/int///index.php?sitemap=2.3&pb=d78efbc05310ec 04&アクション=製品&contentid=1& catalognode=83389 | |
| M205 FA | ライカ | ||
| http://www.leica-microsystems.com/de/produkte/stereomikroskope-makroskope/fluoreszenz/details/product/leica-m205-fa/ ORCA-R2 C10600-10BデジタルCCDカメラ | 浜松 http://www.hamamatsu.com/jp/en/community/life_science_camera/product/search/C10600-10B/index.html | ||
| スピニングディスクAF共焦点顕微鏡 | ライカ | ||
| http://www.leica-microsystems.com/products/light-microscopes/life-science-research/fluorescence-microscopes/details/product/leica-sd-af/ Falcon 4M60カメラ | テレダイン・ダルサ | http://www.teledynedalsa.com/imaging/products/cameras/area-scan/falcon/PT-41-04M60/ | |
| ソフトウェア | |||
| MetaMorph 顕微鏡 オートメーション &画像解析ソフトウェア | Molecular Devices | ||
| http://www.moleculardevices.com/products/software/meta-imaging-series/metamorph.html Hamamatsu SimplePCI 画像解析ソフトウェア | Meyer Instruments | http://meyerinst.com/imaging-software/hamamatsu/index.htm | |
| ImageJ | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html | |
| ImageJ | 用プラグイン wrMTrck | http://www.phage.dk/plugins/wrmtrck.html | |
| C. elegans strains | |||
| N2 (WT) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | http://www.cgc.cbs.umn.edu/strain.php?id=10570 | |
| AM815 rmIs323[myo-3p::sup35(r2e2)::rfp] | 当研究室から入手可能な | 森本研究室 | |
| 折り畳み式センサーとストレスレポーターひずみ |
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