$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Szlak sygnałowy hipopotama został po raz pierwszy zidentyfikowany u Drosophila jako nowy regulator wzrostu komórek i wielkości zwierząt1,2. Od czasu pierwszego odkrycia, coraz więcej dowodów przekonująco wykazało, że szlak hipopotama odgrywa kluczową rolę w rozwoju (np. wczesny rozwój embrionalny, kontrola wielkości narządów i trójwymiarowa morfologia [3D])), nowotworzeniu (np. rozwój guza, przerzuty, angiogeneza, unikanie odporności, niestabilność genomu, reakcja na stres i oporność na leki) oraz homeostazie tkanek (np., odnowa i różnicowanie komórek macierzystych oraz regeneracja tkanek po urazie)3,4,5,6,7,8,9,10. Sygnalizacja hipopotama jest często rozregulowana w różnych nowotworach7,8,9,10,11,12. Dlatego wyjaśnienie funkcji szlaku hipopotama w biologii i terapii nowotworów oraz medycynie regeneracyjnej stało się jednym z najgorętszych obszarów badań biomedycznych.
W skrócie, w szlaku Hippo, po aktywacji przez wcześniejsze regulatory (np. kontakt komórka-komórka, stres odżywczy i macierz zewnątrzkomórkowa [ECM]), MST1/2 (MST; ssacze homologi Drosophila Hippo) seryna/treonina (S/T) fosforylują/aktywują białka adaptorowe hMOB1 i WW45, a także kinazy LATS1/2 (LATS), które następnie fosforylują koaktywator transkrypcji YAP i jego paralog TAZ przy konserwatywnym HX(H/R/K)XX(S/T) (H, histydyna; R, arginina; K, lizyna; S, seryna; T, treonina; X, dowolne aminokwasy), w tym YAP-S127 i TAZ-S8911,12. Fosforylowany S127 YAP (YAP-pS127) i fosforylowany S89 TAZ (TAZ-pS89) są degradowane przez ubikwitynację lub wiążą się z białkiem cytoplazmatycznym 14-3-3 i nie mogą wchodzić w interakcje z czynnikami transkrypcyjnymi TEAD1-4 w jądrze w celu transaktywacji genów biorących udział w proliferacji i apoptozie komórek (Rysunek 1). Pomimo ogromnego zainteresowania szlakiem Hippo, istnieje niewiele narzędzi do pomiaru sygnalizacji Hippo, a te, które istnieją, były historycznie ograniczone do reporterów wyjścia transkrypcyjnego YAP / TAZ / TEAD. Rzeczywiście, do niedawna nie było narzędzi do pomiaru dynamiki i aktywności komponentów sygnalizacyjnych Hippo w sposób ilościowy, w czasie rzeczywistym, wysokoprzepustowy i nieinwazyjny, zarówno in vitro, jak i in vivo.
Biorąc pod uwagę nasze nowe zrozumienie roli interakcji białko-białko w fizjologii i patologii, istnieje duże zainteresowanie rozwojem narzędzi, które mogą być wykorzystane do badania tych interakcji w sposób ilościowy i w czasie rzeczywistym13,14,15,16. Rzeczywiście, nastąpił znaczny postęp w rozwoju strategii bioanalitycznych, w tym testów dwuhybrydowych drożdży (Y2H)17, powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR)18 oraz testów rezonansowego transferu energii rezonansu Förster (FRET)19, w celu oceny interakcji białko-białko. Podejścia te mają jednak to ograniczenie, że wymagają znacznej optymalizacji orientacji reportera, tak że wiele konstrukcji musi zostać przetestowanych, aby znaleźć wydajną. Co więcej, podejścia te mają również stosunkowo niski stosunek sygnału do szumu, tak że rozpoznanie prawdziwej pozytywnej sygnalizacji może być trudne.
Testy komplementacji białek zostały opracowane w celu przezwyciężenia tych ograniczeń. Pierwsza generacja testów komplementacji białek opierała się na podzielonych wielokolorowych białkach fluorescencyjnych i nie mogła rozwiązać wyżej wymienionych ograniczeń20. Wielokolorowe białka fluorescencyjne składają się tylko z jednej domeny, co utrudnia rozdzielenie ich na dwa oddzielne stabilne fragmenty o niskim powinowactwie i szumie tła21. Następnie lucyferazy świetlika zidentyfikowano jako nowego kandydata do wykorzystania w opracowywaniu testów komplementacji rozszczepionych białek. W tym podejściu lucyferazy świetlika jest dzielona na dwa fragmenty (lucyferazy N-końcowa i C-końcowa [NLuc i CLuc]), przy czym każdy fragment jest połączony z docelowym białkiem będącym przedmiotem zainteresowania. Jeśli NLuc i CLuc zbliżą się do siebie w wyniku interakcji dwóch białek docelowych, aktywność lucyferazy zostanie odtworzona i światło bioluminescencyjne zostanie wygenerowane w obecności substratu lucyferyny i ATP22. W 2001 roku, przeprowadzając kombinatoryczne badanie przesiewowe przy użyciu biblioteki zawierającej fragmenty NLuc i CLuc wycięte w różnych miejscach i przyłączone do białek z różnymi łącznikami, Paulmurugan i Gambhir z Uniwersytetu Stanforda opracowali zoptymalizowany system komplementacji wspomagany fragmentami lucyferazy świetlika dla interakcji białko-białko23. W tym systemie lucyferazy świetlika jest cięta na aminokwas (aa) 398, tworząc NLuc i CLuc, które są przyłączone do dwóch interesujących białek za pomocą elastycznego łącznika ośmiu reszt glicyny i dwóch reszt seryny.
Korzystając z podobnego podejścia, niedawno opracowaliśmy nowy LATS-BS, łącząc NLuc z 15 aa YAP otaczającym miejsce fosforylacji LATS w S127 (YAP15) i CLuc z 14-3-3. Nie zastosowano białka YAP o pełnej długości, aby uniknąć zakłóceń sygnałów przez potranslacyjne modyfikacje YAP (np. fosforylacja w innych miejscach i ubikwitynacja) przez inne regulatory. Prezentowany tutaj LATS-BS może nieinwazyjnie monitorować aktywność sygnalizacyjną hipopotama zarówno in vitro w żywych komórkach, jak i in vivo u myszy20,24 (Rysunek 2). W tym miejscu opisujemy szczegółowy protokół pomiaru aktywności kinazy LATS in vitro za pomocą LATS-BS. Po pierwsze, pokazujemy, w jaki sposób LATS-BS można wykorzystać do zbadania wpływu nadekspresji białka na aktywność LATS. Następnie pokazujemy, w jaki sposób bioczujnik może być wykorzystany do monitorowania aktywności szlaku Hippo po leczeniu środkami regulującymi szlak Hippo. Protokół ten może być wykorzystany do identyfikacji i scharakteryzowania szlaków sygnałowych lub bodźców regulujących aktywność kinazy LATS.