Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Saccharomyces cerevisiae Modele choroby Alzheimera do badania genów, mutacji i substancji chemicznych wpływających na produkcję amyloidu beta przez γ-sekretazę

979 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/67733

⸱

24 czerwca 2025

 ,  ,  ,  ,  , 

W tym artykule

Podsumowanie

Tutaj opisujemy układ drożdżowy rekonstytuujący ludzką γ-sekretazę. System ten umożliwia identyfikację i badanie mutacji wpływających na aktywność oraz badanie inhibitorów γ-sekretazy (GSI). Wykorzystując właściwości utraty funkcji u rodzinnych mutantów choroby Alzheimera, możliwe jest badanie przesiewowe pod kątem modulatorów γ-sekretazy (GSM).

Streszczenie

γ-Sekretaza to kompleks proteaz osadzony w błonie komórkowej, składający się z katalitycznych podjednostek presenilin (PS1 lub PS2) oraz trzech dodatkowych koczynników: nikastryny, Aph-1 i Pen2. Rozszczepia domeny transbłonowe białek typu I, takich jak białko prekursorowe amyloidu (APP) i Notch. Rozszczepienie APP generuje peptydy amyloidowe β (Aβ), które gromadzą się u pacjentów z chorobą Alzheimera. Pomimo znaczących badań, dokładny mechanizm tej unikalnej proteolizy, która zachodzi w dwuwarstwach lipidowych, wciąż nie jest w pełni poznany. Aby zbadać właściwości enzymatyczne γ-sekretazy, utworzyliśmy system raportujący drożdże wykorzystując sztuczne substraty γ-sekretazy zawierające fragmenty APP lub Notch połączone z aktywatorem transkrypcyjnym Gal4. Aktywność γ-sekretazy oceniano poprzez transkrypcyjną aktywację genów reporterowych po uwolnieniu Gal4 z podłoża otoczonych błoną, co oceniano na podstawie wzrostu drożdży lub aktywności β-galaktozydazy. Ponadto opracowaliśmy test in vitro do identyfikacji różnych form Aβ produkowanych z mikrosomów drożdżowych. Te modele drożdżowe stanowią platformę do przesiewania mutacji, genów i związków wpływających na funkcję γ-sektazy. Badając właściwości utraty funkcji u rodzinnych mutantów choroby Alzheimera (FAD) PS1, możliwe jest przesiewowe badanie mutacji supresorów FAD oraz modulatorów γ-sektazy (GSM), a także inhibitorów γ-sektazy (GSI). W tym raporcie opisujemy metody genetyczne i biochemiczne stosowane do badania aktywności γ-sektazy w układzie drożdżowym wraz z kluczowymi krokami protokołu do filmu.

Wprowadzenie

γ-Sekretaza odpowiada za rozszczepienie wewnątrzbłonowe ponad 150 białek transbłonowych typu I, w tym białka prekursora amyloidu (APP) oraz Notch1. Znaczenie rozszczepienia wewnątrzbłonowego obejmuje nie tylko odmianę białek, ale także transdukcję sygnału przez wygenerowane fragmenty. Na przykład przetwarzanie APP wytwarza małe peptydy amyloidowe β (Aβ). Chociaż Aβ powinno być usuwane jako produkt degradacji, w chorobie Alzheimera gromadzi się w mózgu, tworząc blaszki stróżne2. Z drugiej strony, przetwarzanie Notch jest niezbędne dla sygnalizacji NOTCH3, co jest kluczowe dla rozwoju. γ-Sekretaza s....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Pomiar aktywności γ-sekretazy za pomocą systemu raportującego drożdży

  1. Przekształcić plazmidy (Tabela 1) w szczep drożdży PJ-69-4A (Tabela 2) za pomocą standardowej metody octanowego litu, aby wyrazić γ-sekretazę i jej substrat14. Aby odtworzyć reakcję rozszczepienia, przekształc trzy plazmidy: dwa dla γ-sektazy i jeden dla substratu. Wybrane transformanty na medium agarowym SC bez Leu, Trp i Ura (SC-LWU).
  2. Aby ocenić rozszczepienie podłoża przez wzrost, należy nałożyć szczepy drożdży na medium SC-LWU również pozbawione histydyny i adeniny (SC-LWHUAde) i inkubować w tempe....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Korzystając z opisanych dotąd technik, przeanalizowaliśmy geny, mutacje, związki chemiczne i peptydy jako czynniki wpływające na aktywność γ-sekretazy 10,11,12,13,17,18,19. Przesiewowe badania genów i mutacji oparte na wzroście pozwalają na testowanie dużej liczby klonów (100 000-1 000 000)........

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Kluczowe kroki protokołu i rozwiązywanie problemów
Odtworzenie γ-sektazy w drożdżach za pomocą metod genetycznych i biochemicznych jest stosunkowo proste, ale istnieje kilka kluczowych kroków, które zapewnią sukces.

Podczas transformacji drożdży (kroki 1.1, 2.1 i 3.3) należy wprowadzić wiele plazmidów: dwa dla składników γ-sekretazy i jeden dla substratów. Transformacja sekwencyjna (po kolei) również może być wykonywana, ale jest czasochłonna. Należy zauważyć, że wprowadz.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Prace te zostały wsparte przez grant JSPS KAKENHI numer 22K06121. Autorzy pragną wyrazić wsparcie członków Laboratorium Enzymologii na Uniwersytecie Tohoku.

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
przeciwciała
antyamyloid i beta; (N) (82E1) przeciwciałoIBLCat# 10323
przeciwciało przeciw Aph1a, 245-265 (koniec C)BioLegendCat# 823101
przeciwciało anty-FLAG (M2)SigmaKatalog# F3165
przeciwciało przeciw Gal4SigmaCat# G9293
Przeciwciała przeciw HA (12CA5)SigmaKatalog # 11 583 816 001
przeciwciało przeciwnikastrynoweChemiconCat# AB5890
przeciwciało przeciw PGK1 (22C5D8)abcamCat# ab197960
przeciwciała przeciw N-terminusowi lub pętli przeciw PS1 (G1Nr) (GIL)Takasugi et.al., J. Biol. Chem., 277, 50198-50205
antykróliki   IgG, przeciwciało powiązane z HRPSygnalizacja komórkowaKatalog# 7074
Przeciw świnkom morskim IgG-HRPSanta Cruz BiotechnologyCat# sc-2438
przeciw mysim IgG, przeciwciało związane z HRPSygnalizacja komórkowaKatal# 7076
szczepy bakteryjne i drożdże
E. coli DH5αInvitrogenCat# 18265017
S. cerevisiae PJ-69-4AJames P. i inni. in., Genetics 144:1425-1436 (1996)
Chemikalia, peptydy, rekombinowane białka
(3,5-difluorofenylacetylo)-Ala-Phg-OBu< >t (DAPT)Instytut PeptydówCat# 3219-v
Amyloid β-białko (Człowiek, 1-38)Instytut PeptydówCat# 4484-v
Amyloid β-białko (Człowiek, 1-40)Instytut PeptydówCat# 4307-v
Amyloid β-białko (Człowiek, 1-42)Instytut PeptydówKatalog# 4349-v
Amyloid β-białko (Człowiek, 1-43)Instytut PeptydówCat# 4370-v
Przeciwból, dihydrochlorekInstytut PeptydówCat# 4062
AprotyninaSigmaCat# A1153
CHAPSODojindoKatalog# 343-05163
ChymostatynaSigmaCat# C7268
Diizopropylfluorofosforan (DIFP)Chemia WakoKatalog# 049-18921
L685,458Instytut PeptydówKatalog# 4394-v
LeupeptinInstytut PeptydówKatal# 4041
N-p-Tosyl-L-fenylolanin, chlorometyloketon (TPCK)SigmaCat# T4376
Nα -p-tosyl-L-lizyna chlorometyloketon (TLCK)SigmaCat# T7254
o-nitrofenyl-β-D-galaktopiranozyd (ONPG)SigmaCat# N1127
p-aminobenzamidyna (pABA), dihydrochlorekSigmaCat# 857661
Pepstatin ASigmaCat# P5318
Fenantroplina (PNT)SigmaCat# P9375
Fenylometylosulfonylofluorek (PMSF)SigmaCat# P7626
fosfatydylowa cholina (PC), żółtko jajka, typ XVI-ESigmaKat# P3556
Polimeraza DNA TaqTakaraCat# R001A
thiolphanSigmaCat# T6031
Komercyjne zestawy testowe, inne materiały oraz instrumenty
System testów beta-gloPromegaCat# E4720
Zestaw do testowania białek Bio-RadBio-RadCat# 5000001
Koraliki szklane, myte kwasowo (425-600 i mu; m)SigmaCat# G8772
ImageQuant LAS4000GE HealthcareImageQuant LAS4000
Zestaw Mutagenezy Site-Directed QuikChangeAgilentCat# 200518

Bibliografia

  1. Wolfe, M. S. Unrvaling the complexity of γ-secretase. Semin Cell Dev Biol. 105, 3-11 (2020).
  2. Selkoe, D. J., Hardy, J. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease at 25 years. EMBO Mol Med. 8 (6), 595-608 (2016).
  3. Zhou, B., et al.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

Aktywność gamma-sekretazydrożdżowy model choroby Alzheimerarodzinne mutacje choroby Alzheimeratest beta-galaktozydazykwantyfikacja białekPCR podatny na błędytransformacja plazmidowadetekcja immunoblotemmodulatory chemiczne