Opracowano prostą i skalowalną metodę oceny funkcjonalnego znaczenia wariantów missense w Ube3a, genie, którego utrata i zysk funkcji są związane zarówno z zespołem Angelmana, jak i zaburzeniem ze spektrum autyzmu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opracowano prostą i skalowalną metodę oceny funkcjonalnego znaczenia wariantów missense w Ube3a, genie, którego utrata i zysk funkcji są związane zarówno z zespołem Angelmana, jak i zaburzeniem ze spektrum autyzmu.
Zwiększone wykorzystanie sekwencjonowania w medycynie zidentyfikowało miliony wariantów kodujących w ludzkim genomie. Wiele z tych wariantów występuje w genach związanych z zaburzeniami neurorozwojowymi, ale znaczenie funkcjonalne zdecydowanej większości wariantów pozostaje nieznane. Niniejszy protokół opisuje badanie wariantów Ube3a, genu kodującego ligazę ubikwityny E3 związaną zarówno z autyzmem, jak i zespołem Angelmana. Duplikacja lub potrojenie genu Ube3a jest silnie związane z autyzmem, podczas gdy jego delecja powoduje zespół Angelmana. W związku z tym zrozumienie walencji zmian w aktywności białka UBE3A jest ważne dla wyników klinicznych. W tym miejscu opisano szybką, opartą na komórkach metodę, która łączy warianty Ube3a z reporterem ścieżki Wnt. Ten prosty test jest skalowalny i może być wykorzystany do określenia wartościowości i wielkości zmian aktywności w dowolnym wariancie Ube3a. Co więcej, łatwość tej metody pozwala na generowanie wielu informacji o strukturze i funkcji, które można wykorzystać do uzyskania głębokiego wglądu w mechanizmy enzymatyczne UBE3A.
Ostatnie osiągnięcia technologiczne sprawiły, że sekwencjonowanie egzomu i genomów stało się rutyną w warunkach klinicznych1,2. Doprowadziło to do odkrycia dużej liczby wariantów genetycznych, w tym milionów wariantów missense, które zazwyczaj zmieniają jeden aminokwas w białku. Zrozumienie funkcjonalnego znaczenia tych wariantów pozostaje wyzwaniem, a tylko niewielka część (~2%) znanych wariantów missense ma kliniczną interpretację1,3.
Doskonałym przykładem tego problemu jest Ube3a, gen kodujący ligazę ubikwityny E3, która kieruje się do degradacji białek substratowych4. Ube3a znajduje się w chromosomie 15q11-13 i ulega ekspresji wyłącznie z allelu odziedziczonego po matce5,6,7. Obserwacje z zakresu genetyki chorób silnie sugerują, że niewystarczająca lub nadmierna aktywność enzymu UBE3A powoduje wyraźne zaburzenia neurorozwojowe. Delecja matczynego chromosomu 15q11-13 powoduje zespół Angelmana (AS)8, zaburzenie charakteryzujące się ciężką niepełnosprawnością intelektualną, upośledzeniem motorycznym, drgawkami, radosnym zachowaniem z częstym uśmiechaniem się i dysmorficznymi rysami twarzy8,9,10. Natomiast duplikacja lub potrojenie chromosomu matki 15q11-13 powoduje zespół Dup15q, niejednorodny stan uznawany za jedną z najbardziej rozpowszechnionych syndromicznych form autyzmu11,12,13. Ponadto w Ube3a zidentyfikowano setki wariantów missense, z których większość jest uważana za warianty o niepewnym znaczeniu (VUS), ponieważ ich znaczenie funkcjonalne i kliniczne jest nieznane. W związku z tym istnieje duże zainteresowanie opracowaniem metod, które mogą empirycznie ocenić warianty Ube3a w celu ustalenia, czy przyczyniają się one do choroby neurorozwojowej.
Enzym UBE3A należy do rodziny domen HECT (homologicznych do E6-AP C-endus) ligaz ubikwityny E3, z których wszystkie posiadają tytułową domenę HECT, która zawiera biochemiczną maszynerię niezbędną do przyjęcia aktywowanej ubikwityny z enzymów E2 i przeniesienia jej do białek substratowych14. Historycznie rzecz biorąc, charakterystyka enzymów E3 opierała się na odtworzonych systemach in vitro, które wymagają zestawu oczyszczonych białek4,15,16. Takie metody są powolne i pracochłonne oraz nie nadają się do oceny aktywności dużej liczby wariantów. W poprzednich pracach zidentyfikowano, że UBE3A aktywuje szlak Wnt w HEK293T komórkach poprzez modulację funkcji proteasomu w celu spowolnienia degradacji β-kateniny17. Ten wgląd pozwala na wykorzystanie reporterów szlaku Wnt jako wydajnej i szybkiej metody identyfikacji wariantów zarówno straty, jak i wzmocnienia funkcji Ube3a18. Poniższy protokół szczegółowo opisuje metodę generowania wariantów Ube3a, a także reporter oparty na lucyferazie do oceny zmian w aktywności wariantów Ube3a.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Klonowanie mutagenezy w celu wygenerowania wariantów Ube3a
2. Przygotowanie i transfekcja ludzkich embrionalnych komórek nerki 293T (HEK293T)
3. Pomiar aktywności lucyferazy
UWAGA: Aktywność lucyferazy jest oceniana za pomocą komercyjnie dostępnego systemu, który testuje zarówno lucyferazy Firefly, jak i Renilla (Tabela Materiałów) zgodnie z protokołem producenta.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wielkoskalowy screening funkcjonalny wariantów missense Ube3a identyfikuje szerokie spektrum mutacji prowadzących do utraty i nabycia funkcji
Poprzednie prace z mutantami Ube3a sugerowały, że odpowiedź na sygnały Wnt może służyć jako reporter aktywności białka UBE3A w komórce. Obserwacje te zostały rozszerzone, a dodatkowe eksperymenty walidacyjne przeprowadzono w celu zbadania, czy test BAR nadaje się do raportowania zakresu aktywności UBE3A w komórce. Najpierw komórki HEK293T prze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj protokół zapewnia wydajną i skalowalną metodę oceny aktywności enzymatycznej wariantów Ube3a. Istnieje kilka szczegółów technicznych, które wymagają starannego rozważenia podczas korzystania z tego testu. Jedną z kwestii jest wybór plazmidów reporterowych Wnt stosowanych w tym teście. Opisany tutaj protokół wykorzystuje w szczególności reporter aktywowany β-kateniną (BAR)21, reporter, który zawiera konkatener elementów odpowiedzi 12 czynników limfocytów T (TCF) oddzielonych ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca została wsparta przez Nagrodę Fundacji Simons Bridge to Independence (SFARI Award #387972; J.J.Y.), nagrodę NARSAD Young Investigator Award przyznawaną przez Brain and Behavior Research Foundation (J.J.Y.), stypendium badawcze Fundacji Alfreda P. Sloana (J.J.Y.) oraz granty badawcze przyznawane przez Fundację Zespołu Angelmana (J.J.Y.), Whitehall Foundation (J.J.Y.) i NIMH (R01MH122786; J.J.Y.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,05% Trypsyna-EDTA (1x), czerwień fenolowa | Gibco | 25300-054 | |
| 1 Kb Drabinka DNA | Lambda Biotech | M108-S | |
| 100 bp Drabinka DNA | Lambda Biotech | M107 | |
| 10x Bufor do ligazy DNA T4 z 10 mM ATP | New England BioLabs | B0202A | |
| 5x Phusion HF Bufor reakcyjny | New England BioLabs | B0518S | |
| Roztwór antybiotykowo-przeciwgrzybiczy | Corning | 30004CI | |
| Czarno-biały Isoplate-96 ramka Biała płytka studzienkowa | PerkinElmer | 6005030 | |
| Carbenicillin Sól disodowa | Midwest Scientific | KCC46000-5 | |
| Komora do liczenia komórek hrabiny Szkiełka | Invitrogen by Thermo Fisher Scientific | C10283 | |
| Hrabina II Automatyczny licznik komórek | technologie | Maszyna do liczenia komórek | |
| Niestandardowe oligonukleotydy DNA | Zintegrowane technologie DNA (IDT) | ||
| Deoxynukleotyd (dNTP) Mieszanina roztworów | New England BioLabs | N0447S | |
| DMEM, wysoka zawartość glukozy, suplement GlutaMAX, pirogronian | Gibco | 10569044 | Podłoże podstawowe wspomagające wzrost linii komórkowej |
| HEK293T DPBS (1x) | Gibco | 14190-136 | |
| System testowy reporterowy z podwójną lucyferazy | Promega | E1910 | |
| EcoRI-HF | New England BioLabs | R3101S | Enzym restrykcyjny |
| Płodowa surowica bydlęca, kwalifikowana, inaktywowana termicznie | Gibco | 16140071 | Płodowa surowica bydlęca |
| Fisherbrand Naczynia do hodowli tkankowych poddanych obróbce powierzchniowej | Fisherbrand | FB012924 | |
| FuGENE 6 Odczynnik do transfekcji | Promega | E2691 | |
| Barwnik ładujący żel Fioletowy (6x) | New England BioLabs | Komórki HEK293T B7024A | |
| ATCC | CRL-3216 | ||
| Wysoka wydajność ig 10B Chemicznie kompetentne komórki | Nienaruszona genomika | 1011-12 | E. coli Komórki DH10B |
| HiSpeed Plasmid Midi Kit | Qiagen | 12643 | Midi prep |
| pCIG2 plazmid | |||
| pGL3 BAR plazmid | |||
| Phusion HF DNA Polimeraza | New England BioLabs | M0530L | Polimeraza DNA |
| ProFlex 3 x 32-dołkowy system PCR | Stosowane biosystemy przez technologie | Termocykler | |
| pTK Plazmid | |||
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | Qiagen | 27106 | Mini prep |
| QIAquick Zestaw do ekstrakcji żelu (250) | Qiagen | 28706 | Oczyszczanie żelu |
| Zestaw do oczyszczania QIAquick PCR (250) | Qiagen | 28106 | Oczyszczanie PCR |
| rCutSmart Buffer | New England BioLabs | B6004S | |
| SacI-HF | New England BioLabs | R3156S | Enzym restrykcyjny |
| Synergy HTX Multi-Mode Reader | BioTek | Czytnik płytek uruchamia oprogramowanie Gen5 v3.08 (BioTek) | |
| T4 DNA Ligase | New England BioLabs | M0202L | Ligase |
| TAE Buffer, Tris-Acetate-EDTA, 50x roztwór, elektroforeza | Fisher Scientific | BP13324 | |
| Tissue Culture Plate 96 dołków, płaskie dno | Fisherbrand | FB012931 | |
| UltraPure Ethidium Bromek Solution | Invitrogen firmy Thermo Fisher Scientific | ||
| Enzym restrykcyjny | XmaI | New England BioLabs | R0180S |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.