Name: 酵母Proteinopathyモデルを用いた増強Hsp104のバリアントを分離 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 44 s
Description: 学ぶHsp104バリアントライブラリーのスクリーニング法。酵母Proteinopathyモデルを用いてタンパク質ミスフォールディング障害の毒性抑制因子を同定し、創薬研究への応用可能性を示す。

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

jove_content<試薬を共有してくださったSue Lindquistさん、Aaron Gitlerさん、Martin Duennwaldさんに感謝します>私たちの研究は、アメリカ心臓協会のポスドクフェローシップ(MEJ)によって支援されました。NIHディレクターズニューイノベーター賞 DP2OD002177、NIHはR21NS067354、R21HD074510、R01GM099836、筋ジストロフィー協会研究賞(MDA277268)、ジョンズホプキンス大学のパッカードALS研究センター、ターゲットALS、およびエリソンメディカルファウンデーションの老化新人賞(JS)を授与します。

1.ライブラリの生成<ol><li>ドメイン固有のエラープローンPCRを用いて、Hsp104ののライブラリーを構築するために、最初のエラーを起こしやすいDNAポリメラーゼ20で関心のあるドメインを増幅する。 </li><li>ゲル抽出によってPCR産物を精製する。 </li><li>標準的な部位特異的突然変異誘発プロトコルを使用して、メガプライマー伸長工程を実行する：PCR緩衝液中の50 ngの鋳型プラスミド、250ngののメガプライマー、200μMのdNTP類、および高忠実度DNAポリメラーゼを結合し、そしてPCRグレードの水20との50μlの総容量まで希釈する。標準的なPCRプログラムを実行します。 注：使用される特定のプライマーは、増幅される遺伝子の特定領域に基づいて異なります。 <ol><li> PCRに続いて、37℃で2時間の1μl のDpn I制限酵素で親テンプレートDNAを消化する。 </li></ol></li><li>ウルトラEにエレクトロポレーションまたは他の手段によってライブラリを変換する大腸菌は、ミニプレップによってそれを浄化し。 注：ライブラリ世代ほぼ所定の実験の目的に応じて変化する。 Hsp104のは、非常に大きなタンパク質であるので、私たちは、ドメイン固有のエラープローンPCRを利用した理由である全遺伝子を、ランダム化することは非現実的である。さらに、Hsp104のの構造は21に挑戦監督ライブラリの設計を行うこと、よくわかっていないままです。ライブラリは、唯一の制限は、テンプレートプラスミド骨格はデキストロース培地上で5-FOAの対抗選択を可能にするためにURA3遺伝子を含むべきであることであると共に、突然変異誘発またはランダムアプローチを用いて構築することができる。 </li></ol> Hsp104の図書館の2変容<ol><li>標準酢酸リチウム/ PEG形質転換プロトコル22を使用してW303aΔのHSP104の酵母に疾患関連基板を統合します。単一のコロニーを選択して、基板23を関連する疾患の高い毒性を持つ菌株を分離するために、毒性のためにそれらを選別。 注：統合されたひずみとイソラを使用してくださいすべてのセルに等しい発現を確実にするために単一のコロニーをteの。 pAG416GALプラスミド（ウラシルマーカー）24 ​​にウラシル以外の任意のマーカー（我々はヒスチジンを使用）と、Hsp104のライブラリ下にある遺伝子の組み込みを可能にするプラスミドに病気基板のクローンを作成。 5-FOAの対抗を可能にするために、ライブラリはウラシルマーカーとプラスミドから発現されていることを確認。他の酵母株を用いることもできる。我々は両方のWT及びΔHSP104背景 （MEJとJS、未発表の観察）にW303a及びBY4741酵母菌株を使用して同様の毒性抑制表現型を指摘している。 </li><li>同じ酢酸リチウム/ PEG形質転換プロトコル22を使用して、この株にHsp104のライブラリを変換します。ライブラリーの配列スペースを維持するために、予測ライブラリーサイズを維持するために適切に変換をスケールアップ。 </li><li>十分なプレートにを使用して非誘導、選択プレート（ 例えば 、SD-Hisを-URA）上でプレートを形質転換混合物を多数のコロニーの成長を確保する。必要なプレートの数を最小限にするために大規模なペトリ皿（150ミリメートル）を使用します。プレートを使用して形質転換体を回収すること形質転換効率を評価することができます。 </li><li>並行してHsp104のWT及びベクトル陰性対照を変換します。 </li></ol> Proteotoxicityの抑制3.スクリーニング<ol><li>ラフィノース補足ドロップアウト媒体（ 例えば SRaff-のHis-裏）を使用して、プレートからコロニーを洗ってください。プレートからコロニーを緩めるために血清用ピペット及び滅菌木製のアプリケーターを使用してください。を50mlコニカルチューブボルテックス液体の洗浄を転送することは完全に任意の細胞塊を分離する。わずかに濁っ文化、OD 600〜0.025に希釈します。 注：ここにラフィノースは、このようにガラクトース媒介誘導のために細胞をプライミング、誘導のグルコース媒介抑制の細胞を緩和するのに役立つ。 </li><li> 3で振盪しながらラフィノースドロップアウト培地で一晩希釈した培養を育てる0ºC。並行してHsp104のWT及びベクトル制御を育てる。 </li><li>翌朝、個々のガラクトース（ 例えば SGal-のHis-URA）プレート（400μlの総容量で1μlの2ミリリットルに濃縮した培養）の上に濃度の範囲をメッキ。広範囲の濃度をメッキすると、プレートは、単一のコロニーを持つことを保証します。実際に必要な濃度は、対象となる疾患基板の毒性に依存する。 </li><li>ライブラリのOD 600にベクトルとHsp104のWT培養を正常化し、コントロールとライブラリの相対的な成長を比較するために同じボリュームをプレート。 </li><li>選択ストリンジェンシーを評価するために、メディアを（抑制）グルコース上のライブラリをめっきする。コロニーが（ 図2）が表示されるまで、30ºCで2〜3日間プレートをインキュベートする。得られたコロニーを評価し、コントロールに比較してください。 注：多くの場合、両方の大小のコロニーが得られたが、コロニーの大きさと行動の間には相関関係ivityが観察される。配列決定に持ち越さ偽陽性を最小限にするために5-FOAカウンタ選択技術（工程4）を使用して、これらの潜在的なヒットをスクリーニングする。 </li></ol>偽陽性を排除するために4. 5-FOA対抗とスポッティング<ol><li>ダブルとシングルドロップアウトメディアに重複して、単一のコロニー（ 例えば 、SD-Hisを-浦とSD-Hisのプレート）、30ºCで一晩成長して連勝。ベクトルとHsp104のWTコントロールを繰り返します。上にプレーティングSD-Hisの前に5-FOAは、それらが5-FOA上に播種されたとき、細胞がHsp104のプラスミドを失った可能性を増加させることによって、5-FOA工程の効率を高める。 </li><li> 5-FOA画面を行いながら、乾燥からプレートを防止するために、4ºCでパラフィルムや店舗で、SD-Hisを-浦のプレートをラップ。これらのプレートは、最終的に配列決定のために使用される。 </li><li>ストリークからコロニーのSD-Hisを5-FOAプレート上の単一コロニーにプレート（YPD培地+ 1グラム/ Lの5-FOA）と、＆30で1〜2日間インキュベート＃186; Cシングルコロニーが現れるまで。ここでは、5-FOAは、URA3遺伝子を含む細胞中の毒性産物（5-フルオロ）に変換される。このように、まだHsp104のプラスミドをどの細胞が死んでしまう。 </li><li>ストリークSD-浦とSD-Hisをプレート上に重複した5-FOAプレートから単一コロニー。それぞれについて、試験3のコロニーを各ヒットするための少なくとも一つのコロニーHsp104のプラスミドを失った可能性を高めるために打つ。 30℃で1〜2日間インキュベートする。 Hsp104のプラスミドを失ったコロニーは、SD-Hisのプレートではなく、SD-浦プレート上で増殖します。 </li><li>アッセイをスポッティングするためのHsp104のプラスミドを失った菌株を栽培。振とうしながら30ºCで一晩96ディープウェル2ミリリットルプレート中で（ 例えば SRaff-His）をラフィノースドロップアウト培地で飽和するまでの株を栽培。 5-FOA処理対照株を含めるようにしてください。 </li><li>アッセイをスポッティングするためのプレートを準備します。マルチチャンネルピ ​​ペットを用いて、一定分量200μlのラフィノースドロップアウト媒体（ 例えば SRaff-His）のあたり96ウェルプレートのウェル、ニート培養の列1,7を予約する。アリコート列1およびプレートの7への16の飽和培養物の各々を250μl。 </li><li>シリアルにマルチチャンネルピペットで十分に混合し、プレートの各列に文化5倍に希釈する。各ウェルの最終容量は200μlであることを確認するために、列6および12から希釈した培養液50μlを削除します。これはさえスポッティング確保することが不可欠である。 </li><li> 96ボルトレプリケータツール（フロッガー）を使用して、SD-HisおよびSGal-彼のプレート上に重複しての文化を発見。 2-3日間30ºCでプレートをインキュベートする。 </li><li>コントロールと同様のSGal-Hisをプレート上に毒性を示す菌株の配列決定のために選択します。コントロールのように毒性がないなどの偽陽性株を捨てる。 5-FOAは、（自分自身でもしばしば有毒であるので、SD-Hisのプレートまたはその展示に単独の疾患基板よりも実質的に大きい毒性を成長欠損を示す菌株を破棄<stronG&gt;図3）。 </li></ol> 5.コロニーPCRによってHsp104のバリアントの配列決定<ol><li>のPCRストリップチューブ中の3μlの20 mMのNaOH中のSD-Hisの-浦プレートから掻き〜10μlの酵母および凍結融解によって細胞を溶解。 10分間のサーマルサイクラーで99ºCでインキュベート、その後、10分間、または液体窒素中で-80ºCの冷凍庫にストリップチューブを置きます。のPCRグレードの水で100μlに菌株を希釈します。 </li><li> PCR反応の準備：5μlのPCRの鋳型、0.5μlの100μMの各プライマー、0.5μlの10mMのdNTPを、PCRバッファー中0.25μlのDNAポリメラーゼを、そしてPCRグレードの水で25μlの総体積に占める。デザインは、プライマーのどちらかの端にランダム化された地域に加えて、約100bpのを増幅する。増幅の成功の可能性を高めるために増幅された領域のサイズを最小限に抑えます。標準的なPCRプログラムを実行します。 </li><li>適切なSIZのPCR産物の増幅を確認するためにアガロースゲル電気泳動によって試料を分析電子メール。何の製品が存在しない場合、PCRを繰り返します。 注：PCRの失敗は、典型的には、ステップ5.1で使用されすぎて、酵母に起因する。 </li><li> DNA配列決定のためのサンプルを準備します。そのようなエキソヌクレアーゼIおよびエビアルカリホスファターゼ酵素としてPCR精製またはPCR産物クリーンアップ試薬のいずれかを使用してPCRプライマーを除去する（ExoSAP-IT）は、一本鎖DNAを分解した。この試薬は、酵素的に、より高いスループットを可能にし、取り込まれていないプライマーおよびdNTPを分解する。 </li><li> PCR産物を配列決定する。徹底的に変異をシークエンスクロマトグラムを分析するようにしてください。多くの場合、複数のプラスミドを有する酵母として突然変異は、与えられた部位（ 図4）は 2つのヌクレオチドの混合物として観察され得る。 </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>

著者らは開示するものは何もない。

ここでは、酵母proteinopathyモデルを用いた疾患関連基質の毒性を抑制増強Hsp104の変異体を単離するための我々のアプローチを提示します。このアプローチを用いて、変異体の大きなライブラリーは、唯一の制限は、5-FOA二次スクリーニングを渡すバリアントの数であると、高スループットでスクリーニングすることができる。 96ウェルフォーマットにこれらのステップを実行することにより、我々は日常的に1〜2週間かけて5-FOAの段階で一度に200安打をスクリーニング。最初のスクリーニング段階の間に得られたヒットの数が大幅に基板毒性および各特定のライブラリのメイクアップに依存して変化する。ヒットを配列決定するとプラスミドの混合物は、典型的には、各セル内に存在するので、慎重にすべての配列決定クロマトグラムを分析することが不可欠である。 私たちは時々 「ヒット」として隔離されてHsp104のWTの大きな割合を指摘している。これは、自発的な遺伝子の存在による可能性が高いサプレッサまたは非常に弱い活性。この問題を回避するために、我々は、高温（ 例えば 34...

酵母proteinopathyモデルは、筋萎縮性側索硬化症（ALS）およびパーキンソン病（PD）1-3を含む、タンパク質の誤った折りたたみに起因する疾患のために開発されている。 ALS患者において誤って折り畳まタンパク質TDP-43とFUSの発現は、酵母1,2-細胞質凝集体を形成するために有毒でmislocalizeある。同様に、PDに関与するαシヌクレイン（α-synの）の発現は、毒性であり、mislocalizes酵母3の細胞質の凝集体を形成する。これらの機能は、これらの疾患4,5を有する患者での表現型を再現。このように、酵母のモデルは防止又はこれらの表現型2,6-13を逆にタンパク質または小分子をスクリーニングするための有用なプラットフォームを提供します。私たちは、TDP-43、FUS、及びα-synのに凝集と毒性を逆転することができるタンパク質の開発に興味を持っています。我々はHsp104の、両方のFRタンパク質を脱凝集の一意可能な酵母からAAA +タンパク質に焦点を当てる酵母におけるアモルファス凝集体およびアミロイドOM、まだそれはないヒトホモログ14,15を持っていません。 Hsp104のは細かく、内因性酵母プリオンを分解するように調整し、それが通常16,17に遭遇したことがない人間の神経変性疾患に関与する基質を脱凝集する唯一の限られた能力を持っています。従って、我々は効果的にこれらのヒトの基質を分解することができますHsp104のの強化されたバージョンを設計することを目指しています。そうするために、我々はHsp104の大量のライブラリーを構築すると、エラープローンPCRを用いて、変異体;これらのライブラリーは、酵母proteinopathyモデル17を用いてスクリーニングすることができる。 Hsp104のは17非常に大きいように我々は、ライブラリーを構築およびスクリーニングへのドメインを標的とするアプローチを採用しています。同様のアプローチは他のドメインをスクリーニングするために用いることができるが、我々は最初に、Hsp104の17の中央ドメイン（MD）に焦点を当てた。そのような残りの表面ディスプレイなどの代替技術とは対照的に、これらのモデルは、直接disaggregase活性についてスクリーニングイネーブル18を結合監視するために使用するricted。 我々のプロトコルは、2スクリーニング工程（ 図1）に基づいています。まず、酵母における疾患基板の毒性を抑制Hsp104の変異体が選択されている。これを行うには、Hsp104の変異体および疾患関連基板は、ΔHSP104酵母に同時形質転換される。我々は、野生型（WT）Hsp104の17の非存在下ではHsp104のシーケンススペースを探検する、ΔHSP104酵母を採用している。重要なことは、Hsp104のの削除は、酵母中のα-synの、FUS、またはTDP-43の毒性には影響しません、とHsp104のWTの発現は最小限の救助1,13,17を提供しています。酵母は、両方のタンパク質の発現を誘導するためにメディアを誘導する上でメッキされる。コロニーの疾患関連基板トリシン成長の毒性を抑えるHsp104の変異体を保有する酵母。コロニーを毒性型を抑制しない変異体を維持しながら、これらの変異体は、さらなる分析のために選択される。しかし、偽陽性は、この画面の大幅な問題である。 TDP-43、FUS、及びα-synの発現は、発現されているHsp104の変種とは無関係の毒性の自発的な遺伝的抑制の出現のための強力な選択圧を作成する、非常に有毒である。従って、我々はまた、これらの非特異的毒性サプレッサ17を除去するために比較的高いスループットで二次スクリーニングを使用している。この二次スクリーニングでは、選択された酵母をHsp104のプラスミド19ためのセレクト対抗する5-Fluorootic酸（5-FOA）で処理する。株は、基板の毒性はHsp104のプラスミドの喪失後に復元されることを保証するためにアッセイをスポッティングを介して基板（TDP-43、FUS、またはα-SYN）毒性について評価される。したがって、毒性がこの二次スクリーニングで復元された酵母は、おそらく、もともとHsp104の変異体の存在に起因する毒性の抑制を示した。これらの酵母は、「ヒット」として指定され、Hsp104のプラスミドは、その後でなければならない回収しHsp104の遺伝子17（ 図1）における変異を同定するために配列決定。任意のヒットは、その後独立して、突然変異を構築する部位特異的変異誘発を使用して、その後、毒性抑制のため再試験により再確認する必要があります。このプロトコルの潜在的なアプリケーションが広範である。これらの方法を用いて、タンパク質の任意のタイプのライブラリーは、酵母における毒性である任意の基質蛋白質の毒性を抑制する変異体についてスクリーニングすることができる。

<table><tbody><tr><td>GeneMorphII EZClone Domain Mutagenesis Kit</td><td>Agilent</td><td>200552</td><td></td></tr><tr><td>150 mm シャーレ</td><td>ファルコン</td><td>351058</td><td></td></tr><tr><td>5-フルオロオチン酸</td><td>研究製品 International</td><td>f10501-5.0</td><td></td></tr><tr><td>96-DeepWell 2 ml プレート</td><td>Eppendorf</td><td>0030 502.302</td><td></td></tr><tr><td>96 bold replicator 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>

酵母proteinopathyモデルを用いた増強hsp104のバリアントを分離

Isolating Potentiated Hsp104 Variants Using Yeast Proteinopathy Models

多くのタンパク質のミスフォールディング障害は、出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeでモデル化することができます。筋萎縮性側索硬化症に関与するTDP-43やFUSなどのタンパク質、パーキンソン病に関与するα-シヌクレインは毒性があり、酵母に細胞質凝集体を形成します。これらの特徴は、これらの障害を持つ患者に観察されるタンパク質の病状を再現しています。したがって、酵母は、タンパク質変異体のライブラリーから毒性抑制因子を単離するための理想的なプラットフォームです。私たちは、タンパク質ディスアガグレガスを適用して、誤って折りたたまれた有毒タンパク質コンフォーマーを排除することに関心があります。具体的には、酵母由来のヘキサマーAAA+タンパク質であるHsp104をエンジニアリングしており、これは、無秩序な凝集体とアミロイドの両方を可溶化し、タンパク質を本来のコンフォメーションに戻す独自の能力を持っています。Hsp104は真核生物や真正細菌に高度に保存されているが、後生動物の相同体は知られていない。Hsp104は、ヒトの疾患に関与する無秩序な凝集体やアミロイド線維を排除する能力が限られています。したがって、私たちは、神経変性疾患に関与するタンパク質のミスフォールディングを逆転させるために、Hsp104バリアントを操作することを目指しています。私たちは、酵母のタンパク質毒性の抑制のためにHsp104変異体の大規模なライブラリーをスクリーニングする方法を開発しました。酵母は自発的な非特異的な毒性抑制を起こしやすいため、偽陽性を排除するための2段階のスクリーニングプロセスが開発されました。これらの方法を用いて、TDP-43、FUS、およびα-シヌクレインの毒性と凝集を強力に抑制する一連の増強されたHsp104変異体を同定しました。ここでは、この最適化されたプロトコールについて説明します。これは、酵母に毒性のあるタンパク質の毒性を抑制するために、任意のタンパク質骨格を使用して構築されたライブラリのスクリーニングに適応できます。

私たちは、真ん中のドメインで無作為化Hsp104の変異体のライブラリーを構築し、TDP-43の毒性の抑制のためにそれをスクリーニングしている。ライブラリーは、形質転換され、画面のストリンジェンシーを評価するために、グルコースおよびガラクトースプレート（ 図2）上にプレーティングした。単一コロニーを選択した株は、カウンタHsp104のプラスミドを除去するために5-FOAを使用して選択した。これらの株は、その毒性はHsp104のバリアントなしで、TDP-43を単独によるものであった確認するために評価された。初期画面で選択された変異型のサブセットのスポッティングアッセイは、選択4コロニーの、2は1が偽陽性であった、Hsp104の媒介TDP-43の毒性抑制を表示し、1は5-FOA処理後強化された毒性を示すことを示した（ 図3）。 2真のヒットは、その後、中間ドメインの変異（ 図4）を識別するために、コロニーPCRにより配列決定した。これらの変異が同定されたら、Hsp104の変異を構築した新たに毒性抑制を確認するための部位特異的変異誘発による親の...

酵母タンパク質症モデルは、病気に関与するタンパク質の毒性と凝集を評価するための貴重なツールです。ここでは、Hsp104バリアントライブラリの毒性抑制因子をスクリーニングする方法を紹介します。このプロトコールは、酵母に毒性のある任意のタンパク質の毒性抑制因子について、任意のタンパク質ライブラリをスクリーニングするために適合させることができます。

酵母Proteinopathyモデルを用いた増強Hsp104のバリアントを分離

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

次の実験の目的は、タンパク質のミスフォールディング障害に関連するタンパク質の毒性を抑制する変異体の選択について、HS P 1 0 4 ライブラリをスクリーニングすることです。これは、HSP 1 0 4バリアントライブラリを酵母の疾患関連基質と共形質転換し、第2のステップとして2つのタンパク質を発現するcoexによって達成されます。選択された酵母は、HSP 1 0 4プラスミドに対してカウンター選択するために、5つのフルオリューチン酸または5つのFOAで処理されます。次に、コロニーPCRによって変異原領域を増幅するか、HSP 1 0 4遺伝子の変異を同定することにより、ヒットの配列決定が行われます。最終的には、疾患関連基質の毒性の抑制を評価して、さらなる特性評価に最も有望なHS P 1 0 4変異体を特定することができます。この技術の主な利点は、結合ベースの選択のような既存の方法よりも、この技術により、疾患に関連する基質の毒性を抑制する変異体の選択が可能になることです。この方法は、タンパク質のミスフォールディングを逆転させる可能性のあるタンパク質を特定することにより、タンパク質フォールディング分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この方法はHS P 1 0 4の増強に関する洞察を提供することができますが、酵母に毒性のある任意の基質の毒性抑制のための任意のタンパク質のライブラリのスクリーニングにも適用できます。一般に、この方法に不慣れな個々の個人は、多くのコロニーが有効なヒットを見つけるためにスクリーニングする必要があるかもしれないので苦労するだろう プロテア毒性抑制のためのスクリーニングは、ラフィノース補充ドロップアウト培地、血清学的ピペットと滅菌木材とアプリケーターでプレートからHSP 1 0 4コロニーを洗い流すことから始める 50ミリリットルの円錐管に液体洗浄を移し、コロニーを徹底的に渦巻いて任意の細胞塊を分離する。次に、細胞懸濁液をわずかに濁った培養物に希釈し、30°Cで振とうしながらRaffinosドロップアウト培地で細胞を一晩成長させます。このとき、HSP 1 0 4野生型コントロールとベクターコントロールも並行して育てます。次の朝のプレートでは、個々のガラクトースプレートにさまざまな細胞濃度を注入して、単一のコロニーを持つグループごとに少なくとも1つのプレートを生成します。ベクターとHSP 1 0 4ワールドタイプの培養物をライブラリとプレートのOD600に正規化します。これらの細胞を実験的な菌株濃度と同量にして、選択を評価するためのコントロールに対するライブラリの成長を比較します。ストリンジェンシーはまた、グルコース抑制培地上のライブラリをプレートし、その後、コロニーが細胞の選択のために5つのFOAを使用するように見えるまで、30°Cで2〜3

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

Research

JoVE Journal

Biology

生物学

ここで、我々は、高活性Hsp104、六量体AAA +タンパク質酵母、タンパク質の分解に結合ATPの加水分解からの精製のためのプロトコルについて説明します。このスキームでは、からアフィニティー精製のためのしたHis6...

Hsp104の精製、タンパク質Disaggregase

本稿ではポリグルタミンの毒性を評価するための3つの相補的なプロトコル（polyQ）拡張酵母のタンパク質について説明します。...

成長アッセイ酵母におけるポリグルタミン毒性を評価する

この記事では、ホストと二つの直交の方法を組み合わせて使用​​して病原体のタンパク質間の高い自信インタラクションデータセットの識別に焦点を当てています：酵母ツー​​ハイブリッドHT-GPCA呼ばれる哺乳動物細胞におけるハイスループット相互作用アッセイが続く。...

ホスト病原体のタンパク質 - タンパク質相互作用の風景を特徴づけるために比較的アプローチ

この資料は、調査するホタルルシフェラーゼ-GFP融合タンパク質の使用を記載...

のリフォールディング監視タンパク質を結合アッセイ<em&gt;サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）</em

細胞内貯蔵からのCa2+放出を媒介するホモ四量体イオンチャネルであるリアノジン受容体のオリゴマー化は、骨格筋と心筋の収縮に重要です。ここでは、タンパク質の自己会合を検出し、ホモオリゴマー化学量論を決定するための補完的なin vivoおよびin...

以下のための遺伝学的および生化学的アプローチ<em&gt;インビボ</em&gt;と<em&gt;インビトロ</em&gt;タンパク質のオリゴマーの評価：リアノジン受容体のケーススタディ

このプロトコルでは、出芽酵母でタンパク質に基づく継承のため画面の機能的に高スループット方法論について説明します。...

出芽酵母におけるタンパク質ベース継承の高速スクリーニング

この資料では、蛍光タンパク質凝集の効果と蛍光レポーターのコンテキストで新しく,...

酵母におけるポリグルタミン毒性の試金を使用して融合パートナーの蛍光タンパク質の効果

ここでは、ヒトP53トランス活性化の可能性、その様々な癌関連変異の影響、共発現相互作用タンパク質、および酵母サッカロマイセスセレビシエレポーター株を構築し、利用するための4つのプロトコルを示します。特定の低分子の効果。...

ヒトP53を研究する機能アッセイを開発するシャーシとしての酵母

このプロトコル ヒストン翻訳後修飾 (PTM) ALS およびパーキンソン病に関連するタンパク質の過剰発現に関連して発生するレベルのゲノム変化を特徴づける実験手順の概要を説明します。出芽酵母のモデル。SDS ページの分離後個々...

酵母神経変性認知症予備モデルにおけるヒストン翻訳後修飾変化の特性

パーキンソン病の病態を研究・理解するためには、α-シヌクレインの in vivo...

ヒト化酵母モデルを用いたα-シヌクレインの毒性と凝集の研究法

タンパク質間相互作用などの生体分子の相互作用は、生体機能の分子基盤です。特に関連する相互作用を欠く相互作用ヌル/障害のある変異体を分離できれば、この相互作用の機能を理解するのに大いに役立ちます。この記事では、interaction-null/障害のある変異体を効率的に分離する方法を紹介します。...

Yeast Two-Hybrid Assayを用いたInteraction-Null/Impaired Mutantsの単離

学ぶHsp104バリアントライブラリーのスクリーニング法。酵母Proteinopathyモデルを用いてタンパク質ミスフォールディング障害の毒性抑制因子を同定し、創薬研究への応用可能性を示す。

酵母Proteinopathyモデルを用いた増強Hsp104のバリアントを分離

さらに動画を探す