Tutaj prezentujemy protokół modulacji ekspresji transgenu za pomocą przełącznika pojedynczego genu pEUI(+) przez leczenie tebufenozydem.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy protokół modulacji ekspresji transgenu za pomocą przełącznika pojedynczego genu pEUI(+) przez leczenie tebufenozydem.
Precyzyjna kontrola ekspresji transgenu jest pożądana w badaniach biologicznych i klinicznych. Jednak ze względu na to, że binarna cecha obecnie stosowanych przełączników genowych wymaga jednoczesnego przeniesienia dwóch terapeutycznych jednostek ekspresji do jednej komórki, praktyczne zastosowanie systemu w terapii genowej jest ograniczone. Aby uprościć system ekspresji transgenu, wygenerowaliśmy przełącznik genowy oznaczony jako pEUI(+) obejmujący kompletny zestaw modułów ekspresji transgenu w jednym wektorze. Składający się z domeny wiążącej DNA GAL4 i zmodyfikowanego EcR (GvEcR), minimalnej domeny aktywacyjnej VP16 połączonej z domeną wiążącą DNA GAL4, a także zmodyfikowanego receptora ekdyzonu Drosophila (EcR), nowo opracowany pojedynczy przełącznik genowy jest wysoce wrażliwy na podawanie induktora chemicznego w sposób zależny od czasu i dawki. Wektor pEUI(+) jest potencjalnie potężnym narzędziem do poprawy kontroli ekspresji transgenu zarówno w badaniach biologicznych, jak i badaniach przedklinicznych. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy protokół modulacji przejściowej i stabilnej ekspresji transgenu za pomocą wektora pEUI(+) poprzez leczenie tebufenozydem (Teb). Ponadto dzielimy się ważnymi wskazówkami dotyczącymi stosowania Teb jako induktora chemicznego.
Kilka różnych przełączników genów zostało zbadanych pod kątem ich zdolności do precyzyjnego regulowania ekspresji transgenów w hodowlach komórkowych i modelach zwierzęcych, z różnym skutkiem1,2,3. Potencjalne systemy przełączania genów powinny spełniać kilka rygorystycznych kryteriów, w tym: precyzyjną ekspresję kierunkową transgenu, reakcję na induktory zależną od dawki i czasu, znikomą nieszczelność promotora, odwracalność aktywacji transgenu poprzez usunięcie induktora oraz poziomy toksyczności induktora tolerowane przez linie komórkowe i zwierzęta laboratoryjne1,2,3. Wykorzystano kilka induktorów małocząsteczkowych, w tym tetracyklinę4,5, rapamycin6,7,8, mifepristone9,10 oraz ecdysone11,12,13,14. Ogólnie rzecz biorąc, systemy te wymagają co najmniej dwóch plazmidów zawierających dwie lub trzy odrębne jednostki ekspresji, z których jedna lub dwie tworzą element regulatorowy (plazmid induktora), który wiąże induktor małej cząsteczki w celu uzyskania aktywności transkrypcyjnej; oraz inny plazmid (plazmid efektorowy) zawierający transgen pod kontrolą regulatorowego regionu DNA, który umożliwia dostęp elementu regulatorowego związanego z induktorem. Główną wadą systemu binarnego jest to, że wymaga on jednoczesnego wprowadzenia dwóch wektorów (induktora i efektora) do komórki docelowej. W eksperymentach z przejściową ekspresją transgenu, jednoczesna transfekcja dwóch plazmidów nieuchronnie wytwarza populację komórek, która jest pojedynczo transfekowana za pomocą induktora lub efektora, lub współtransfekowana nierównomiernie. Ponadto system binarny wymaga co najmniej dwóch rund selekcji antybiotyków w celu ustalenia stabilnych linii komórkowych, co jest czasochłonne i pracochłonne. Tak więc połączenie wszystkich składników wymaganych do ekspresji i regulacji transgenu w jeden wektor byłoby idealne, aby zagwarantować jednoczesną ekspresję wszystkich wymaganych elementów w jednej komórce i umożliwić regulację ekspresji transgenu poprzez leczenie induktorami małocząsteczkowymi.
Aby przezwyciężyć niedociągnięcia binarnych przełączników genów, niedawno opracowaliśmy pojedynczy przełącznik genów, używając systemu indukowania genów opartego na EcR opartego na Drosophila melanogaster15. Ekdyzon pośredniczy w ekspresji genów, gdy wiąże się z heterodimerem EcR/ultraspiracle (USP), co z kolei indukuje wiązanie EcR z elementami regulatorowymi DNA3,11. Receptor X retinoidu kręgowców (RXR), ortolog USP owadów, rekrutuje EcR do utworzenia aktywnego aktywatora transkrypcji16. Tak więc, w celu docelowej ekspresji transgenu w komórkach lub tkance kręgowców, EcR i RXR muszą być jednocześnie wyrażane przed stymulacją przez ekdyzon lub jego agonistów. Ponieważ na heterodimeryczną cechę przełącznika genu opartego na EcR może mieć wpływ endogenny poziom RXR, Padidam i wsp. zastąpił domeny wiążące i aktywujące DNA EcR heterologicznymi domenami aktywacyjnymi GAL4 wiążącymi DNA, domenami aktywacyjnymi białka wirusa opryszczki pospolitej vmw65 (VP16) połączonymi z domeną wiążącą ligand EcR, która następnie przestała reagować na endogenny RXR i utworzyła homodimer w celu uzyskania aktywności transkrypcyjnej17. Przełącznik genowy oparty na EcR został dodatkowo ulepszony poprzez skonstruowanie chimerycznego białka składającego się z minimalnej domeny aktywacyjnej VP16 w połączeniu z GvEcR, które tworzyło homodimer i lokalizowało się w cytozolu pod nieobecność agonisty ekdyzonu, Teb16,18. Wiążąc się z Teb, GvEcR zmienił swoją subkomórkową lokalizację z cytozolu na jądro, aby rozpoznać hybrydowy promotor składający się z minimalnego promotora E1b danio pręgowanego w połączeniu z dziesięcioma tandemowymi powtarzającymi się sekwencjami aktywacji (UAS) w celu zainicjowania transkrypcji docelowego genu 16.
Aby uprościć wcześniej zgłoszone przełączniki genów oparte na EcR16,18, połączyliśmy binarne cechy systemu w jeden wektor wyposażony we wszystkie wymagane elementy do stymulowania ekspresji transgenu, a następnie oznaczyliśmy nowo wygenerowany wektor, pEUI(+) (numer dostępu GenBank: KP123436, Rysunek 1A)15. Efektor reagujący na sterownik GvEcR (zwany dalej sterownikiem) składa się z dziesięciu powtórzeń tandemowego UAS obok minimalnego promotora E1b, po których następuje miejsce wielokrotnego klonowania (MCS) z sekwencjami rozpoznawania EcoRI, PmlI, NheI, BmtI, AfeI i AflII (rysunek 1B). Dodatkowo, aby ułatwić selekcję transfekowanych komórek, gen N-acetylotransferazy puromycyny (PAC) sterowany promotorem SV40 umieszczono między regionami sterownika i efektora w celu utrzymania stabilnych linii komórkowych (Figura 1).
Opisujemy szczegółowy protokół przejściowej i stabilnej modulacji ekspresji transgenu za pomocą pEUI(+). Ponadto udostępniamy szczegółowe instrukcje dotyczące skutecznego stosowania Teb jako agonisty ekdyzonu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Subklonowanie transgenu
2. Transfekcja przejściowa i leczenie Teb
3. Generacja stabilnych linii komórkowych HEK293 z genomiczną integracją przełącznika genu pEUI(+)
4. Wyczerpanie Teb
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przełącznik pojedynczego genu oparty na GvEcR jest przedstawiony w Rysunek 1A. Wektor pEUI(+) zoptymalizowano pod kątem regulowanej ekspresji transgenu poprzez leczenie Teb. Region efektorowy pEUI(+) składa się z 10xUAS i minimalnego promotora E1b, po którym następuje MCS zawierający miejsca rozpoznawania enzymów restrykcyjnych EcoRI, PmlI, NheI, BmtI, AfeI i AflII. Sygnał SV40 poly(A) został dodany za MCS (Rysunek 1B). Gen PAC zo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Główną wadą stosowania binarnego przełącznika ekspresji genów jest konieczność jednoczesnego dostarczania dwóch oddzielnych plazmidów (sterownika i efektora) do komórki docelowej. Może to prowadzić do nierównomiernego rozmieszczenia plazmidów i skutkować niespójną odpowiedzią przełącznika na induktory 1,2,3. Kolejną wadą systemu dwuwektorowego jest to, że do zidentyfikowania obiecujących linii komórkowych wymagane są co najmniej...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy żadnych konfliktów interesów w związku z tym raportem.
Autorzy dziękują S-Y Choi (Chonnam National University) za cenne uwagi i dokładne zapoznanie się z naszym manuskryptem. Prace te były wspierane przez fundusz badawczy Uniwersytetu Narodowego Chungnam.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| pEUI(+) | TransLab | Licencja patentowa została przeniesiona na TransLab Inc. | |
| Odczynnik do transfekcji Gene-Fect | TransLab | TLC-001 | |
| HEK293 | ATCC | CRL-1573 | |
| Tebufenozyd | Fluka | 31652 | |
| Cylinder klonujący | Sigma | CLS31668 | |
| Puromycin | Corning | 58-58-2 | |
| Antybiotyki | Gibco | 15240-062 | |
| Trypsyna-EDTA | Welgene | LS015-01 | |
| DMEM | Welgene | LM001-05 | |
| Surowica bydlęca | płodu Welgene | S001-01 | |
| Naczynie do hodowli komórkowych | SPL life science | 11090 | |
| mysz FLAGA M2 | Sigma | F3165 | |
| przeciwciało anty-alfa tubuliny | Calbiochem | CP06 | |
| Cylinder klonujący | Sigma | CLS31668 | |
| NucleoBond Xtra Midi | Macherey-Nagel | 740410.1 | |
| M-PER Odczynnik do ekstrakcji białek ssaków | Thermo Fisher | 78505 | |
| 100X Inhibitor proteazy Cock. III | T& I | BPI-9200 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie