De zoogdieren olfactorische systeem heeft de mogelijkheid om te reageren op een groot aantal geurende stimuli, waardoor de detectie en discriminatie van duizenden geurstoffen. Reukreceptoren (UPR) zijn de moleculaire sensoren door de olfactorische sensorische neuronen in de olfactorische epitheel 12 uitgedrukt. Zoogdieren geur herkenning gebeurt door verschil in activatie van de UPR door geurstoffen en de OR gen-familie is uitgebreid met zo'n 1.000 muizen en 400 menselijke receptoren 12-16. Vorige functionele analyses van de UPR in olfactorische neuronen en in heterologe cellen hebben aangetoond dat verschillende geurstoffen worden herkend door unieke, maar overlappende ensembles van UPR 10,17-20. Bijpassende liganden voor de UPR is van cruciaal belang voor het begrijpen van de olfactorische code en essentieel voor het opbouwen van levensvatbare modellen van de reukzin. Vanwege problemen uiten UPR in heterologe systemen evenals het grote aantal van zowel geurstoffen en ultraperifere regio's heeft deze gegevens grotendeels afwezig van de f geweestield; inderdaad, minder dan 6% van de menselijke UPR een bekend ligand 1-11. Dit protocol beschrijft het gebruik van een luciferase assay geurstof / of interacties te karakteriseren. Deze test kan de hoge-doorvoer analyse van de UPR, een taak die essentieel is voor het begrijpen van geurstof / of interacties, evenals het ontwikkelen van een model van geur codering.
High-throughput studies van de UPR geconfronteerd drie grote uitdagingen. Eerst UPR expressie in heterologe cellen werden vastgehouden in het ER en vervolgens afgebroken in het proteasoom 21,22, waardoor de UPR interageren met geurstoffen in het testsysteem 23-25. Dit probleem is aangepakt door de ontdekking van accessoire eiwitten die stabiele celoppervlak-expressie van een groot aantal UPR 19,26,27 vergemakkelijken. Receptor-transporter-eiwit 1 en 2 (RTP1 en 2) bevorderen of celoppervlak expressie en activering in respons op stimulatie geurstof 19. Op basis van dit werk, HEK293T cellengemodificeerd om stabiel tot expressie RTP1 lang (RTP1L) en RTP2, receptor-expressieversterkende eiwit 1 en G αolf, waardoor de Hana3A cellijn 19,27. Bovendien, het type 3 muscarine acetylcholine receptor (M3-R) samenwerkt met OR's op het celoppervlak en verbetert activering in reactie op geurstoffen 26. Co-transfectie van een OR met RTP1S en M3-R in Hana3A cellen resulteert in een robuuste, consistente en functionele expressie van een brede waaier van UR op het celoppervlak 27. Ten tweede, zoogdier of repertoires vrij groot. Bij de mens, bijvoorbeeld de OR repertoire is een orde van grootte talrijker dan de smaak receptor repertoire, en 2 ordes van grootte talrijker dan de visuele receptor repertoire. Hoewel het klonen van een OR is een relatief eenvoudig protocol, wordt belangrijke up-front inspanning die nodig is om een uitgebreide bibliotheek te genereren. Ten derde, hoewel we weten dat in de visie, golflengte vertaalt in kleur enin auditie frequentie vertaalt in toonhoogte, wordt de organisatie van geuren slecht begrepen, waardoor het moeilijk voor onderzoekers om interpoleren uit een representatieve steekproef van geurstoffen. Hoewel enige vooruitgang is geboekt op dit front 10,28, de kaart van de olfactorische landschap nog steeds niet voltooid. Screening tienduizenden moleculen tegen honderden UPR is een moeilijke taak; high-throughput-schermen op dit gebied vereisen zorgvuldig gedefinieerd campagnes. De belangrijkste overblijvende uitdagingen die logistiek en kosten dan problemen verbonden wat de techniek. Hoewel heterologe screening is niet op grote schaal gebruikt om liganden te identificeren door academische groepen, is een particuliere onderneming dezelfde techniek gebruikt om liganden te identificeren voor 100 menselijke UPR 29. Helaas, deze gegevens blijven eigendom.
De high-throughput luciferasetest hier geschetst heeft een aantal voordelen ten opzichte van alternatieve methoden die worden gebruikt om te beoordelen of activering. Hoewel de verantwoordelijkheidses van inheemse olfactorische sensorische neuronen zijn gemeten met behulp van elektrofysiologie en calcium beeldvorming, deze technieken hebben moeite plagen elkaar, die of dat leidt tot de reactie van een neuron als gevolg van de overlap in reactie woningen te reukneuronen. Hoewel kloppen in een GFP-gelabeld receptortype 30,31, levert specifieke receptoren via adenovirus reukneuronen muriene 32,33, of het uitvoeren van RT-PCR na opname 17,24,33 kunnen opnamen koppelen aan enkele soorten receptoren zijn deze werkwijzen low-throughput en niet geschikt voor grootschalige schermen. Heterologe screening systemen zijn schaalbaar, en twee belangrijke vormen zijn te vinden in de literatuur: cAMP pathway verslaggevers en inositol trifosfaat (IP3) route verslaggevers. Bij geur stimulatie, UPR activeren G αolf transductie signalerende cascade die leidt tot de productie van cyclisch AMP (cAMP) 12. Door co-transfectie van een vuurvlieg luciferase reportergen onder controle van acAMP respons elementen (CRE), kan luciferase productie worden gemeten als functie van geur respons, waardoor de kwantificering van of activering. OR activering kan ook worden gekoppeld aan de IP3 pad door co-expressie G-eiwitten zoals G α15/16 of G α15-OLF chimeer 24,25,34. We hebben de test hier gepresenteerde gebaseerd op drie factoren gekozen: (1) de co-expressie van RTP1 met Rho-tagged reukreceptoren verbetert de expressie van olfactorische receptoren op het celoppervlak 19,27; (2) gebruik van een cAMP-responsieve reporter gen maakt voor het meten van of activering via canonieke tweede boodschapperpad; en (3) test is zeer geschikt voor high-throughput screens.
Deze high-throughput luciferase assay is voor verschillende studies waardevol voor het gebied van reukzin. Ten eerste kan een groot aantal UPR afgeschermd van een geurstof om de receptoractivering patroon voor een sp bepalenecifieke geurstof. Dit type van studie identificeerde OR7D4 als OR verantwoordelijk voor het reageren op de steroïde geurstof androstenon 8. Omgekeerd kan een of afgeschermd van een panel van geurstoffen teneinde de receptor responsprofiel 10 bepalen. Als kandidaat olfactorische reukstof / OF paren geïdentificeerd via deze schermen kan de interactie worden bevestigd door het uitvoeren van een dosis-respons-experiment onderzoekt de respons van de OF toenemende concentraties van geurstof. Dosisresponscurven kan ook beoordelen hoe genetische variatie in een OR invloed in vitro geurstof reactie 8,9,11,35, en deze studies kan worden uitgebreid tot interspecifieke OF variatie, waardoor het onderzoek van receptor evolutie tussen soorten en causale mutaties in de evolutie 36,37, tenslotte deze test kan worden gebruikt om te screenen op antagonisten die geur kunnen tegenwerken of reactie op een bepaalde geurstof voor een bekende geurstof / receptor paar 38,39 zijn. Samengevat, deze hogeThroughput luciferase assay is toepasbaar op een reeks studies die zullen helpen karakteriseren of activeringspatronen en een beter begrip van geur codering in het olfactorische systeem.