このプロトコル ヒストン翻訳後修飾 (PTM) ALS およびパーキンソン病に関連するタンパク質の過剰発現に関連して発生するレベルのゲノム変化を特徴づける実験手順の概要を説明します。出芽酵母のモデル。SDS ページの分離後個々 のヒストン翻訳後修飾レベルは西部にしみが付くことによって修飾特異抗体で検出されます。
神経変性疾患、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) やパーキンソン病 (PD) などは、毎年の生活の何千もの何百もの損失を引き起こします。病気の進行を停止することができる効果的な治療オプションが不足しています。患者集団における広範なシーケンスの努力にもかかわらずほとんどの ALS と PD の場合単独で遺伝的変異が原因不明のまま。ヒストン蛋白質の翻訳後修飾などのエピジェネティクス機構は、神経変性疾患病因と進展に関与する可能性があり、薬学的介入のための新しいターゲットに 。ALS と PD の哺乳類の生体内および生体外モデルは高価であり、しばしば長引くと面倒な実験的プロトコルを必要とします。ここでは、我々 は出芽酵母をモデル システムとして使用してヒストン修正レベルのゲノム変化を決定する実用的な高速、かつコスト効率の高いアプローチを概説します。このプロトコルは、エピジェネティックな変化の知識を大幅に拡大している間別のモデル システムの前の調査結果を裏付ける神経変性 proteinopathies に接続されている包括的な調査、神経変性疾患エピゲノム。
神経変性疾患は、治療オプションがなしにはほとんどの壊滅的な病気です。これらのうち、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) やパーキンソン病 (PD) は特に恐ろしいです。ALS と PD 症例の約 90% は散発的な残りのケースが家族で実行、一般に特定の遺伝子変異の1,2にリンクされている疾患の家族歴なしで発生すると見なされます。興味深いことに、これらの疾患の両方はタンパク質サッカード定位誤りと集計3,4,5,6に関連付けられます。例えば、肉腫 (FUS) の融合し、43 (TDP-43) のタール DNA 結合タンパク質が RNA 結合蛋白質細胞質に mislocalize、ALS7,8,9,10、集計 11,12, α-シヌクレインは PD5,13,14,15にレビー小体と呼ばれるタンパク質の集合体の主成分。
患者集団における大規模なゲノム広い連合の努力にもかかわらず ALS と PD 症例の大多数は遺伝子説明されていなく残る。エピジェネティクスは、神経変性疾患における役割を再生できますか。エピジェネティクスは、基になる DNA シーケンス16に変更もなしで起こる遺伝子発現の変化を構成されています。主要なエピジェネティックなメカニズムには16ヒストン蛋白質の翻訳後修飾 (Ptm) が含まれます。真核生物の細胞の遺伝物質はしっかりとクロマチンにラップされます。クロマチンの基本単位は、DNA がヒストン 8 量体の周りをラップの 146 の塩基対から成る、ヌクレオソーム ヒストン (2 部各ヒストン H2A、H2B、H3、および H4)17の 4 つのペアから成るです。各ヒストンは N ターミナル尾ヌクレオソームの突き出した、リジンとアルギニン残基18上通常の様々 な化学基の付加によって変更することができます。これらの Ptm は動的なつまり、彼らは、簡単に追加することができます削除とアセチル化、メチル化、リン酸化などのグループが含まれます。Ptm は DNA の転写の機械へのアクセシビリティを制御し、制御遺伝子式18のため。たとえば、ヒストンのアセチル化は、非常に基本的なヒストン蛋白質と負荷電 DNA のバックボーン、充填よりアクセスできるアセチル化されたヒストン遺伝子を許可するとの間の静電相互作用の強さを軽減でき、高19を表明しました。最近では、特定のヒストン Ptm との組み合わせの顕著な生物学的特異性が、ヒストン コード仮説20,21どの蛋白質を書き込み、消去、およびヒストン Ptm のすべての行為にコンサートを読むにつながっています。遺伝子発現を調節します。
酵母は、神経変性疾患の研究に非常に有用なモデルです。重要なは、多くの神経細胞は、酵母から人間22,23,24に保存されます。酵母は、細胞毒性や α-シヌクレイン22,23,24,25,26や TDP-43、FUS の過剰発現タンパク質含有を要約します。実際には、ALS の酵母モデルは人間27遺伝的リスク要因を識別するために使用されています。さらに、酵母の過剰発現ヒト α シヌクレイン ニューロン28,29α シヌクレインの毒性を改善するための Rsp5 ネットワークの特性を druggable ターゲットとしての許可。
ここでは、神経変性 proteinopathies (図 1) に関連付けられているゲノム ヒストン PTM の変更を検出する酵母を利用するプロトコルについて述べる。出芽酵母の使用は、その使いやすさ、低コストと神経変性の他の in vitro および動物モデルと比較して速度のため非常に魅力的です。ALS は、PD モデル22,23,25,26を開発活用以前、我々 人間の FUS、TDP-43、および α-シヌクレイン酵母と覆いを取られた異なるヒストン PTM 変化で過剰に発現認知症予備30との接続。ここで説明されているプロトコルは、データ解析への変換から 2 週間足らずで完了ことができます。
ここで説明したプロトコルでは、神経変性の proteinopathies に関連するゲノム ヒストン PTM 変化を分類する、方便、簡単でコスト効果の高い方法を提供します。ALS は、PD の他のモデルがありますが、体外などひと細胞およびマウス モデル32、出芽酵母のままその使いやすさのために魅力的です。例えば、無菌フードの使用を必要としない酵母モデルも集中的な訓?…
The authors have nothing to disclose.
技術的なヘルプ、Royena Tanaz、Huda ユーサフと Sadiqa Taasen に感謝します。試薬およびスクロース チューニング実験の設計における知的支援の寛大な提供のため教授ジェームズ ・ ショーターに非常に感謝しております。酵母プラスミドだった (; 303 Gal FUS を含む教授アーロン ワシントンからの寛大な贈り物Addgene プラスミド # 29614)。ブルックリン大学、高度の科学研究センター (CUNY)、NIH NINDS 高度なポスドク遷移賞 (K22NS09131401) は郵政省をサポート
-His DO Supplement | Clontech | 630415 | |
10x Running Buffer | Mix: 141.65 g glycine (ThermoFisher BP381-1), 30.3 g Tizma base (Sigma-Aldrich T6066), 10 g sodium dodecyl sulfate (Sigma-Aldrich L3771), and 1 L deionized water, pH 8.8. | ||
12% Polyacrylamide Gels | BIO-RAD | 456-1041 | |
2-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | |
Anti-acetyl-Histone H3 (Lys14) Primary Antibody | MilliporeSigma | 07-353 (Lot No. 2762291) | Dilution: 1/1000 |
Anti-acetyl-Histone H4 (Lys 16) Primary Antibody | Abcam | ab109463 (Lot No. GR187780) | Dilution: 1/2000 |
Anti-acetyl-Histone H4 (Lys12) Primary Antibody | Abcam | ab46983 (Lot No. GR71882) | Dilution: 1/5000 |
Anti-dimethyl-Histone H3 (Lys36) Primary Antibody | Abcam | ab9049 (Lot No. GR266894, GR3236147) | Dilution: 1/1000 |
Anti-Histone H3 Primary Antibody | Abcam | ab24834 (Lot No. GR236539, GR174196, GR3194335) | Nuclear Loading Control; Dilution: 1/2000 |
Anti-phospho-Histone H2B (Thr129) Primary Antibody | Abcam | ab188292 (Lot No. GR211874) | Dilution: 1/1000 |
Anti-phospho-Histone H3 (Ser10) Primary Antibody | Abcam | ab5176 (Lot No. GR264582, GR192662, GR3217296) | Dilution: 1/1000 |
BioPhotometer D30 | Eppendorf | 6133000010 | |
Cell Culture Dish (100 x 20 mm) | Eppendorf | 30702118 | |
Cell Culture Plate, 96 well | Eppendorf | 30730011 | |
Centrifuge 5804/5804 R/5810/5810 R | Eppendorf | 22625501 | |
Donkey Anti-Mouse IRDye 800 CW | LI-COR | 926-32212 (Lot No. C60301-05, C61116-02, C80108-05) | Dilution: 1/5000 |
Donkey Anti-Rabbit IRDye 860 RD | LI-COR | 926-68073 (Lot No. C60217-06, C70323-06, C70601-05, C80116-07) | Dilution: 1/2500 |
Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
Extra thick blot paper (filter paper) | BIO-RAD | 1703968 | |
Galactose | Sigma-Aldrich | G0750 | Prepare 20% w/v stock solution. |
Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Prepare 20% w/v stock solution. |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | Prepare 50 % w/v solution. |
Immobilon-FL Transfer Membranes | MilliporeSigma | IPFL00010 | |
Lithium acetate dihydrate (LiAc) | Sigma-Aldrich | L4158 | Prepare a 1 M solution. |
Loading Dye | Mix: 1.2 g sodium dodecyl sulfate, 6 mg bromophenol blue (Sigma-Aldrich B8026), 4.7 mL glycerol, 1.2 mL 0.5M Trizma base pH 6.8, 0.93 g DL-Dithiothreitol (Sigma-Aldrich D0632), and 2.1 mL deionized water. | ||
Methanol | ThermoFisher | A412-4 | |
Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoeresis Cell | BIO-RAD | 1658004 | |
Multichannel pipet | Eppendorf | 2231300045 | |
NEB Restriction Enzyme Buffer 2.1, 10x | New England Bio Labs | 102855-152 | |
Nhe I Restriction Enzyme | New England Bio Labs | 101228-710 | |
Nuclease Free Water | Qiagen | 129114 | |
Odyssey Fc Imaging System | LI-COR Biosciences | 2800-03 | |
OmniTray Cell Culture Treated w/Lid Sterile, PS (86 x 128 mm) | ThermoFisher | 165218 | |
pAG303GAL-a-synuclein-GFP | Gift from A. Gitler | ||
pAG303GAL-ccdB | Addgene | 14133 | |
pAG303Gal-FUS | Addgene | 29614 | |
pAG303GAL-TDP-43 | Gift from A. Gitler | ||
Poly(ethylene glycol) (PEG) | Sigma-Aldrich | P4338 | Prepare a 50% w/v solution. |
Ponceau S Stain | Sigma-Aldrich | P3504 | Mix: 0.5 g 0.1% w/w Ponceau S dye, 5 mL 1% v/v acetic acid (Sigma-Aldrich 320099), and 500 mL deionized water. |
PowerPac Basic Power Supply | BIO-RAD | 164-5050 | |
Raffinose pentahydrate | Sigma-Aldrich | R7630 | Prepare 10% w/v stock solution. |
Salmon Sperm DNA | Agilent Tech | 201190 | |
SD-His plates | Mix: 20 g Agar (Sigma-Aldrich A1296), 0.77 g -His DO supplement, 6.7 g yeast Nitrogen Base w/o amino acids (ThermoFisher 291920), and 900 mL deionized water. | ||
SGal-His plates | Mix: 20 g Agar, 0.77 g -His DO supplement, 6.7 g yeast Nitrogen Base w/o amino acids, 100 mL galactose solution, and 900 mL deionized water. | ||
Sodium dodecyl sulfate Loading Buffer | Store at -20 oC. 6X, Mix: 1.2 g sodium dodecyl sulfate, 6 mg bromophenol blue, 0.93 g DL-Dithiothreitol, 2.1 mL deionized water, 4.7 mL glycerol, and 1.2 mL 0.5 M Trizma base, pH 6.8. | ||
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465 | Prepare 0.2 M solution. |
Sucrose | Sigma-Aldrich | 84097 | Prepare 20% w/v stock solution. |
TBS + 0.1% Tween 20 (TBST) | Mix: 100 mL 10X TBS, 1 mL Tween 20 (Sigma-Aldrich P7949), and 900 mL deionized water. | ||
TBS Blocking Buffer | LI-COR | 927-5000 | |
Trans-Blot SD Semi-Dry Electrophoretic Transfer Cell | BIO-RAD | 170-3940 | |
Transfer Buffer | Mix: 22.5 g glycine, 4.84 g Tizma base, 400 mL methanol, 1 g sodium dodecyl sulfate, and 1.6 L deionized water. | ||
Tris-Buffered Saline (TBS) | 10X, 7.6 pH, Solution: Mix 24 g Trizma base, and 88 g sodium chloride (Sigma-Aldrich S7653). Fill to 1 L with deionized water. | ||
WT 303 S. cerevisiae yeast | Gift from J. Shorter | ||
Yeast Extract Peptone Dextrose (YPD) | Sigma-Aldrich | Y1375 |