Tutaj prezentujemy protokół rozwoju dominująco-ujemnego systemu indukcyjnego, w którym każde białko może być warunkowo dezaktywowane przez odwracalną nadekspresję jego dominująco-ujemnej wersji zmutowanej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół rozwoju dominująco-ujemnego systemu indukcyjnego, w którym każde białko może być warunkowo dezaktywowane przez odwracalną nadekspresję jego dominująco-ujemnej wersji zmutowanej.
Hamowanie białka dominująco-ujemnego (DN) jest potężną metodą manipulowania funkcją białka i oferuje kilka zalet w porównaniu z innymi podejściami opartymi na genomie. Na przykład, chociaż strategie celowania w chimerykę i Cre-LoxP są szeroko stosowane, wewnętrzne ograniczenia tych strategii (tj. nieszczelna aktywność promotora, mozaikowa ekspresja Cre itp.) znacznie ograniczyły ich zastosowanie. Co więcej, całkowita delecja wielu endogennych genów jest zarodkowo śmiertelna, co uniemożliwia badanie funkcji genów w życiu postnatalnym. Aby sprostać tym wyzwaniom, dokonaliśmy znaczących zmian we wczesnym protokole inżynierii genetycznej i połączyliśmy krótką (transgeniczną) wersję genu Rb1 z lizosomalną proteazą prokathepsyną B (CB), aby wygenerować mysi model DN Rb1 (CBRb). Ze względu na obecność proteazy lizosomalnej, całe białko fuzyjne CB-RB1 i jego oddziałujący kompleks są kierowane do degradacji za pośrednictwem proteasomu. Co więcej, obecność elementu induktora tetracykliny (rtTA) w konstrukcie transgenicznym umożliwia indukowalną i odwracalną regulację białka RB1. Obecność wszechobecnego promotora ROSA-CAG w mysim modelu CBRb sprawia, że jest to użyteczne narzędzie do przeprowadzania przejściowej i odwracalnej ablacji genu Rb1 oraz zapewnia naukowcom zasoby do zrozumienia jego aktywności w praktycznie każdym typie komórki, w którym dochodzi do ekspresji RB1.
Większość podejść mających na celu ablację genów i białek opiera się na trwałych procesach, które zazwyczaj prowadzą do całkowitej eliminacji lub skrócenia genu, sekwencji RNA lub białka będącego przedmiotem zainteresowania (POI). Ogólnym celem tej metody jest inżynieria rekombinowanego białka w celu zniesienia funkcji endogennego białka typu dzikiego. Ponownie przyjrzeliśmy się i przebudowaliśmy alternatywną strategię1,2, która pozwala na tymczasową ablację punktu POI poprzez zahamowanie DN. Ta metoda działa zarówno w przypadku peptydów multimerycznych, jak i monomerycznych, ale najlepiej nadaje się do białek, które działają w złożeniu multimerycznym.
Metoda polega na fuzji lizosomalnej proteazy CB z podjednostką multimerycznego POI (kompleksu fuzyjnego CB). Powstały w ten sposób kompleks fuzyjny CB może wchodzić w interakcje z endogennym białkiem i trawić je proteolitycznie lub przekierowywać cały kompleks CB-POI do lizosomu w celu degradacji3. Co więcej, połączenie kompleksu fuzyjnego CB z indukowalnym charakterem systemu aktywacji transkrypcji kontrolowanej przez tetracyklinę (TetO) pozwala na indukowaną i kontrolowaną ekspresję transgenu w sposób odwracalny2. Chociaż jest to przydatne w wielu okolicznościach, całkowita delecja genów lub białek in vivo może skutkować śmiertelnością4,5,6. Podobnie, specyficzna tkankowo, warunkowa delecja niektórych genów lub białek za pomocą systemu Cre/Lox może nie być prosta, ponieważ ostatecznie doprowadzi do trwałej utraty krytycznych elementów genomu7. W związku z tym, w zależności od genu lub POI, żadne z tych podejść nie będzie skuteczne w dostarczaniu użytecznego modelu dla późniejszych badań, w szczególności badań funkcjonalnych genów lub białek u myszy w późnym okresie postnatalnym i dorosłych.
Aby obejść problemy związane z takimi podejściami i dostarczyć dowodu na skuteczność proponowanej metody, zdecydowaliśmy się przetestować przedstawioną tutaj metodę, generując warunkową wersję DN białka Retinoblastoma 1 (RB1). Zaproponowano kilka opcji8,9,10 w celu zniesienia funkcji endogennego RB1; jednak wszystkie z nich napotkały niektóre z tych samych ograniczeń, o których mowa powyżej: trwała delecja linii zarodkowej RB1 jest embrionalnie śmiertelna i, zgodnie z jej rolą supresorową nowotworu, trwała warunkowa delecja RB1 prowadzi do różnych nowotworów11. Nawet jeśli wersja DN RB1 nie wydaje się występować naturalnie, lepsza alternatywa dla obecnie dostępnych strategii powinna pozwolić na czasowo kontrolowaną inaktywację endogennego RB1 i zapewnić alternatywny mechanizm, który ostatecznie przywróci jego funkcję. Podstawa takiego konstruktu została opisana ponad dwie dekady temu1. Jednak ze względu na ograniczenia technologiczne brakowało mechanizmu kontrolującego aktywację, odpowiedź i swoistość tkankową transgenu. Badanie to jest pierwszym, które łączy elegancję systemu transkrypcyjnego zależnego od doksycykliny (Dox) z zmodyfikowanym transgenicznym konstruktem białek CB i Rb1 proteazy lizosomalnej. Powstały w ten sposób mysi model CBRb pozwala na tymczasową regulację RB1 za pośrednictwem Dox2. Zaletą stosowania takiego podejścia opartego na proteomie do badania funkcji genów jest to, że można je zastosować do dowolnego genu będącego przedmiotem zainteresowania, przy minimalnej ilości informacji na temat jego aktywności.
Proponowana strategia transgenu DN oferuje wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi podejściami. Po pierwsze, hamowanie białka DN prowadzi tylko do częściowej ablacji aktywności białka, zachowując w ten sposób resztkową ekspresję endogenną. Taki wynik jest wysoce pożądany w sytuacjach, w których całkowita eliminacja aktywności białka prowadzi do śmiertelności embrionalnej, co znacznie ogranicza wszelkie badania mające na celu badanie funkcji genów u żywej myszy. Po drugie, obecność systemu TetO umożliwia aktywację transgenu tylko w obecności antybiotyku, co pozwala na skuteczną i odwracalną kontrolę aktywności transgenu. W ten sposób, poprzez zaprzestanie podawania antybiotyku, układ transgeniczny może zostać dezaktywowany, a normalna ekspresja RB1 zostaje przywrócona. Po trzecie, specyficzność ekspresji transgenu może się różnić w zależności od wybranego promotora. Chociaż wybraliśmy wszechobecny promotor ROSA-CAG jako dowód słuszności zasady, umieszczenie transgenu pod swoistym tkankowo promotorem prawdopodobnie ograniczy niepożądaną ekspresję transgenu i ułatwi badania nad terapeutycznym zastosowaniem tej metodologii transgenu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Generacja transgenicznej myszy CBRb oraz cała opieka nad zwierzętami i eksperymenty związane z badaniem zostały zatwierdzone przez Creighton University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) i przeprowadzone zgodnie z ich wytycznymi.
1. Transgeniczny konstrukt CB-Myc 6-RB1
UWAGA: Klonowanie CBRb do wektora pTet_Splice zostało przeprowadzone w wieloetapowym procesie (Rysunek 1A i 1B).
2. Testy in vitro transgenu TetO-DN-CB-myc6-Rb1
3. Generacja transgenicznych myszy CBRb+/ROSA-CAG-rtTA+ (CBRb) i testy in vivo podejścia DN-CBRb
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zazwyczaj projektowanie mutacji DN wymaga znacznej ilości informacji na temat struktury i funkcji badanego białka (POI). W przeciwieństwie do tego, strategia DN przedstawiona w niniejszej pracy jest szczególnie przydatna w sytuacjach, gdy informacje strukturalne i funkcjonalne dotyczące POI są ograniczone. Jeśli POI jest białkiem multimerycznym, fuzja jednej podjednostki z proteazą lizosomalną może dominująco hamować zmontowany multimer, a potencjalnie także inne ligandy, poprzez kombinac...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby obejść ograniczenia związane z tradycyjnymi strategiami transgenicznymi, staraliśmy się wygenerować model myszy, w którym endogenny POI może być warunkowo inaktywowany przez nadekspresję jego zmutowanej formy DN w sposób czasoprzestrzenny. W celu zniesienia funkcji endogenicznych punktów POI zaproponowano kilka opcji 15,16,17. Zmodyfikowaliśmy wcześniejszą strategię genetyczną1, łącząc system transkry...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Wektor pCS2+CB-Myc6 był prezentem od Marshalla Horwitza (University of Washington, Seattle, WA, USA). Komórki HEI-OC1 zostały dostarczone dzięki uprzejmości Fedrico Kalinec (David Geffen School of Medicine, UCLA, Los Angeles, CA, USA). Wsparcie techniczne zapewniły UNMC Mouse Genome Engineering Core (C.B. Gurumurthy, Don Harms, Rolen Quadros) oraz Creighton University Integrated Biomedical Imaging Facility (Richard Hallworth, John Billheimer). Inżynieria genomu myszy UNMC była wspierana przez Nagrodę Rozwoju Instytucjonalnego (IDea) od NIH/NIGMS, grant numer P20 GM103471. Zintegrowane Centrum Obrazowania Biomedycznego było wspierane przez Creighton University School of Medicine oraz granty GM103427 i GM110768 z NIH/NIGMS. Obiekt powstał dzięki wsparciu z grantów Narodowego Centrum Zasobów Badawczych (RR016469) oraz NIGMS (GM103427). Linie myszy wygenerowane w tym badaniu były utrzymywane w Creighton University's Animal Resource Facility, którego infrastruktura została ulepszona dzięki grantowi NIH/NCRR G20RR024001. Prace te otrzymały wcześniejsze wsparcie w ramach grantu NIH/NCRR 5P20RR018788-/NIH/NIGMS 8P20GM103471 COBRE (dla Shelley D. Smith), NIH/ORIP R21OD019745-01A1 (S.M.R.-S.) oraz nowego grantu badawczego z Fundacji Zdrowia Słuchu (dla S. Taranga). Wyłączną odpowiedzialność za treść tych badań ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy National Institutes of Health.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zmodyfikowane podłoże orła Dulbecco, DMEM | GIBCO-BRL | 11965-084 | |
| Minimum niezbędne podłoże Orzeł, MEME | Sigma | M8042 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Sigma | F2442 | |
| Lipofektamina | DharmaFECT | T-2010-03 | |
| Sal I | Roche | 11745622 | |
| EcoRV-HF | New England BioLabs | R3195S | |
| NotI | Roche | 13090730 | |
| CaspaTag | Millipore | APT523 | |
| DAPI | Sigma | D9542 | |
| Staurosporine | Sigma | NF S4400 | |
| CyQuant | Invitrogen | C35007 | |
| Przeciwciało Retinoblastoma 1 | Abcam | Ab6075 | |
| Przeciwciało c-Myc | Sigma | M5546 | |
| b-actin | Sigma | A5316 | |
| Ki-67 | Thermofisher scientific | MA5-14520 | |
| Phallodin | Thermofisher scientific | A12379 | |
| Czytnik mikropłytek fluorescencyjnych | FLUOstar OPTIMA, BMG Labtech | ||
| Mikroskop epifluorescencyjny | NikonEclipse80i | ||
| Linia myszy TetO-DN-CB-myc6-Rb1 (DN-CBRb) jest dostępna w Jackson Laboratory jako JAX#032011. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.