글루코 코르티코이드 응답 생체 Zebrafish의 루시 페라 제 활동 (GRIZLY) 분석 : 우리는 zebrafish의 애벌레를 사용하여 글루코 코르티코이드 스트레스 호르몬 신호에 대한 화학적 스크리닝 시스템의 절차와 데이터 분석에 대해 설명합니다. 분석은 민감하고 특히의 물질 대사가 필요하거나 내생 글루코 코르티코이드 생산에 영향을 미치는 화합물에 의한 글루코 코르티코이드 신호에 영향을 감지합니다.
글루코 코르티코이드 스트레스 호르몬 및 그 유도체 인공 널리 염증을 치료하는 약물을 사용되지만, 글루코 코르티코이드 장기 치료는 심각한 부작용을 초래할 수있다. 테스트 시스템은 생체 내에서 글루코 코르티코이드 시그널링을 좌우하는 신규 화합물을 검색하거나 코르티코이드 신호 전달 경로의 화합물의 원치 않는 효과를 결정하기 위하여 필요하다. 우리는 생체 내에서 실시간으로 글루코 코르티코이드 활동 신호를 측정 할 수있는 형질 전환 제브라 피쉬 분석을 설립, GRIZLY 분석 (글루코 코르티코이드 생체 Zebrafish의 루시 페라 제 활동에 응답). 루시 페라 기반 분석은의 물질 대사가 필요하거나 내생 글루코 코르티코이드 생산에 영향을 미치는 화합물에 의한 효과를 포함 민감도와 특이도가 높은과 글루코 코르티코이드 신호에 영향을 감지합니다. 우리는 여기에서이 분석과 화학 화면을 수행하기위한 상세한 프로토콜을 제시한다. 우리는 데이터 수집, 정규화 및 설명분석, 품질 제어 및 데이터 가시화에 초점을 배치. 분석은 간단하고, 시간 분해, 정량적 판독을 제공합니다. 그것은 독립 실행 형 플랫폼으로 운영 할 수있다, 또한 쉽게 높은 처리량 검사 워크 플로우에 통합되어 있습니다. 그것은 또한 같은 호르몬이나 스트레스 연구의 환경 모니터링과 같은 화학적 스크리닝 이후 많은 응용 프로그램 수 있습니다.
글루코 코르티코이드 GCS (는) 스트레스 반응 동안 및 하나의 대사 조절에 중요한 역할을 부신 의해 생성 스테로이드 호르몬이다. GC를이 바인딩에, 핵 2로 이동시키다 핵 수용체 슈퍼 패밀리의 세포질 글루코 코르티코이드 수용체 (GRS)를 결합한다. 여기에, 그들은 예를 들어 다른 전사 인자 (transrepression)을 방해하여 전사를 억제 또는 글루코 코르티코이드 반응 요소 (그레, 전이 활성화)을 통해 유전자의 전사를 활성화 할 수 있습니다. 으로 인해 항 염증으로, 자연과 인공 모두 GC를 널리 천식이나 관절염 3과 같은 질병의 숫자의 치료에 약물을 사용합니다. 그러나, GC에 특히 장기간 사용은 당뇨병과 녹내장 4 등의 심각한 부작용을 초래할 수 있습니다. 따라서, 잠재적으로 더 유리한 처리 효율 및 내약성 시그널링 GC 타겟팅 신규 화합물은 적극 후방을 구 아르어. 중요한 것은, 배양 된 세포에서 관찰 리간드 효과는 생체 내 5에서 볼과 다를 수 있습니다. 이러한 효과는 기존의 세포 배양으로 얻은 편견의 결과는 의약품 심사 분석을 기반으로 할 수 있습니다. 이 세포 배양 6,7에서 불검출 효과의 결정을 허용하는 제브라 피쉬 모델에 의해 활성화로 화학 생체 검사는 최근의 초점이되었다.
호르몬 신호 전달 경로는 또한 환경 오염 물질에 의해 영향을받을 수있다. 소위 내분비 교란 화학 물질 (내분비 계 장애 물질)은 다양한 호르몬 조절 과정 8에 영향을 미칩니다. 따라서, 재생 및 수생 생물의 성적 분화는 에스트로겐 등의 활동을 물질에 의해 조절 될 수있다. 최근 우려는 신진 대사 장애는 환경 9 내분비 계 장애 물질에 링크 될 수 있다고 제기되고있다. 예 : "신진 대사 장애"의 대상이 하나의 경로는 이종에 연루되어 글루코 코르티코이드 경로입니다개발 및 면역 기능 10, 11에 바이오 틱 효과. 그러나 성 스테로이드 호르몬의 작용을 방해하는 화합물에 대한 정보 제공의 많은 양에 비해 상대적으로 적은는 GR를 통해 매개 내분비 장애 효과에 대해 잘 알려져 있습니다. 따라서 도구는 생체 내에서 GC 신호에 오염 물질의 효과를 모니터링을 허용하는 필요합니다.
제브라 피쉬는 긴 발달 생물학의 인기 모델 왔으며 최근에는 또한 내분비학 (12) 등 다른 분야의 연구자를 모으고있다. 많은 다른 물고기 종 13-15에서 중복 수용체에 반대 제브라 게놈 하나만 GR 유전자를 포함하기 때문에, 다른 teleosts와 비교해, 제브라 피쉬의 GC 시그널링 시스템은 포유 동물의 것과 더 유사하다. 또한, 시상 하부 – 뇌하수체 – 부신 축이 스트레스에 대한 응답으로 내생 GC의 생산을 증가하는 5 일 된 제브라 피쉬의 유충에 이미있는 기능입니다 14,16-18.
루크, 생체 내에서 실시간 18 GC 신호 활동을 모니터링 할 수 있습니다 : 우리는 최근 형질 전환 제브라 피쉬 라인, GRE를 생성 한. 라인은 최소한의 TATA 상자 프로모터와 네 concatemerized 그레 (그림 1a)의 제어하에 루시퍼 라제 리포터 유전자 구조를 전달합니다. GC에 의한 생물 발광은 하나의 GRE에서 측정 할 수있다 : 시간의 연장 기간 동안 생체 내에서 96 웰 마이크로 플레이트에 루크 애벌레. ( "글루코 코르티코이드 응답 생체 Zebrafish의 루시 페라 제 활동"에 대한)이 GRIZLY 분석은 스트레스 연구, 환경 모니터링 및 약물 스크린 18 등 다양한 연구 분야의 숫자에서 사용할 수 있습니다. 우리는 단 하나의 유충에서 삼투 스트레스 후 코르티솔의 내생 적 상승을 감지 할 수 있었고, 개발하는 동안 응답의 성숙을 수행 할 수 있습니다. 또한, 우리는 유기 주석의 GC 신호에 미치는 영향을 모니터링 할 수유충으로의 물질 대사를 필요로의. 중요한 사실은, 라인은 환경 관련 농도에서 이러한 효과를 검출 할 수 있었다. 마지막으로, 파일럿 화면 상 분석은 민감하고 특이 유충에서 내인성 코르티솔의 생산을 자극 한 화합물을 포함하여, 화학적 라이브러리에서 GC 활성을 갖는 화합물을 발견. 여기에서, 우리는 GRIZLY 분석을 사용하여 화학 화면에 대한 자세한 프로토콜을 설명합니다.
우리는 여기서 GRIZLY 분석법을 사용하여 18에서 GC 생체 활성을 측정 화학적 화면 흐름 및 데이터 분석을 제시한다. 분석은 품질 관리의 특성과, 높은 처리량 설정에서의 사용을위한 중요한 장점 기존의 셀 기반의 화면과 대등 성과 측정이있다. 또한, 그러나, 생체 내 분석은 또한 시험 관내 스크린에 액세스되지 않는 화합물을 검출한다. 이는 히트 사이 프로 호르몬의 pregnenolone의 존재에 의해 예시된다. 따라서, GRIZLY 분석은 GC 시그널링 활동 목표 화면의 범위를 확장한다.
우리의 분석과 생체 내 효과의 검출의 중요성은 또한 우리가 유기 주석 오염 물질 DBT 및 TBT (18)로 얻어진 결과에 의해 도시된다. DBT,하지만 TBT는 포유 동물 세포 배양에서 GC 신호를 억제하기 위해 표시되었습니다, 우리는 표현 제브라 피쉬의 세포 배양에서 같은 관측GRE를 보내고 : 루크 기자. 이 유충 대사 DBT에 의해 변환 될 수있는 중요한 그러나 GRIZLY 검정법에서 TBT는 GC 통로에서 저해 활성을 나타내었다. 이 억제는 TBT의 환경 관련 농도에서 이미 관찰되었다. 이러한 결과는 더 살아있는 동물의 화합물의 간 장기 누화 및 대사 변형에 계 화합물의 효과를 검출하기에 GRIZLY 분석의 가능성을 예시한다. 또한 환경 모니터링을위한 GRIZLY 분석의 응용 가능성을 강조. 따라서, 환경 호르몬의 효과는 장애 물질이 덱사메타손과 같은 GR 작용 물질에 의해 유도 된 GC 신호 활동을 방해하는 수용체 신호의 수준에서 공부하실 수 있습니다. 또 다른 가능성은 pregnenolone 자극 GC 합성에 화합물의 효과를 연구하는 것입니다. 분석의 높은 처리량 품질 환경 샘플 라이브러리의 신속한 선별을 허용한다.
AR로서 루시퍼 라제의 사용eporter 유전자 활성 (23) 신호의 검출의 높은 동적 범위를 허용한다. 실제로, 분석의 감도는 가능한 한 유충 (18)로부터 삼투 스트레스 – 유도 GC 생산을 검출 할 수있다. 루시 페라 제 기자 달성 높은 시간 해상도는 우리가 그것을 가능 또한 데이터의 반응 속도를 분석 할 수 있습니다 시간에 신호 활동을 수행 할 수 있습니다.
일부 응용 프로그램에 대한 잠재적 인 단점은이 기자 시스템의 공간 모니터링에 대한 제한의 적합성이다. 형광 기자 시스템은 유충의 특정 영역의 모니터링을 필요로 분석에 더 적합 할 수 있습니다. 그러나, 이러한 분석법 인해 또한 형광 화합물의 검출 한계치를 포즈 여기 광에 의해 발생 배경 효과 낮은 민감도 고통 수있다. 또한, 그들은 때문에 형광 단백질 (23)의 일반적으로 높은 안정성이 적은 운동 해상도를 제공 할 수 있습니다.게다가, 그들은 작은 연구소위한 그들의 사용을 제한 할 수 촬영 장비, 데이터 분석 및 데이터 저장의 관점에서 문제를 제시한다.
마이크로 플레이트 기반 분석과 GRIZLY 분석의 셋업은 일반적인 검사 워크 플로에 쉽게 통합 할 수 있습니다. 분석은 단순 처리 및 데이터 분석에 의한 작은 연구 실험실에서 쉽게 적용 할 수있다. 동시에, 그것은 예를 들어, 로봇을 피펫 또는 배아 선별 장치 (24, 25)에 의해 배아의 자동 분배하여 약 응용을 자동화 자동화 상당한 정도 허용한다. 간단한 판독 자동 검사 현미경 또는 정교한 이미지 분석 소프트웨어가 필요합니다, 아직 공부 신호 전달 경로의 시간적, 양적 측면에 대한 풍부한 데이터 세트를 제공하지 않습니다.
요약하면, 우리는 GC에 대한 상대적으로 저렴 강력하고 사용하기 쉬운 핸들 화학적 스크리닝 검사에 대한 단계별 프로토콜을 제시한다생체 내에서 실시간으로 신호 활동. 분석은 GC에 화합물의 생체 내 효과의 결정이 분석을 기반으로 세포 배양에서 검출되지 신호 수 있습니다. 분석에 대한 많은 응용 프로그램 사이에서 글루코 코르티코이드 신호, 스테로이드 합성 및 신호 활동에 환경 호르몬의 영향, 환경 모니터링, GC 신호 또는이 생체 변조기의 소설에 대한 원치 않는 효과에 대한 화합물의 심사에 대한 유전 적 영향의 결정 예이다 중요한 신호 전달 경로.
The authors have nothing to disclose.
우리는 우수한 기술 지원을 S. Burkhart의, C. 호프만과 시몬 Gräßle 감사 및 데이터 분석에 대한 도움말 M. Ferg에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 또한 원고에 중요한 코멘트 S. Rastegar 감사합니다. 우리는 Studienstiftung 데 deutschen Volkes 살 (MW로), DFG (DI913/4-1)와 KIT의 헬름홀츠 프로그램 BioInterfaces에 의한 자금 조달을 인정합니다.
Name | Company | Catalog Number | コメント |
Buffer composition + reagents | |||
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Carl Roth GmbH & Co KG | A994.2 | |
FDA approved drug library | Enzo Life Sciences | BML-2841-0100 | |
Luciferin | Biosynth | L-8220 | |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D4902 | |
Methylene Blue | Sigma-Aldrich | M9140 | |
E3 | N/A | N/A | 5 mM NaCl, 0.17 mM KCl, 0.33 mM CaCl2 |
Instruments | |||
Multiprobe II | PerkinElmer | 8 channel, equipped with disposable tip adaptor | |
Liquidator 96 | Steinbrenner Laborsysteme | hand-operated 96-channel pipette | |
EnVision XCite Multilabel Plate Reader | PerkinElmer | Equipped with stacker automation, temperature control, barcode reader and enhanced luminescence detector | |
Plasticware + consumables | |||
96-Well Storage Plate | ABgene | AB-0765 | round well, 0.8 ml |
Cover films, | ratiolab | 6018412 | self adhesive, DMSO resistent |
Pipette tips | Steinbrenner Laborsysteme | LRF-200L | for liquidator 96, 200 μl, low retention |
TopSeal-A | PerkinElmer | 6005185 | |
OptiPlate-96 | PerkinElmer | 6005299 | white opaque 96-well microplate |
Barcode Labels | PerkinElmer | 1608182 | |
filtered polypropylene IsoTip pipette tips | Corning | S058.4809 | |
Animals | |||
GRE:Luc fish | N/A | ZDB-TGCONSTRCT-120920-1 | available at the European Zebrafish Resource Centre EZRC, Karlsruhe |