Ici, nous présentons un protocole pour épuiser efficacement et spécifiquement une protéine d’intérêt dans la levure Saccharomyces cerevisiae en utilisant le système aid est.
Le récepteur de liaison des élines de la plante, TIR1, reconnaît les protéines contenant un motif spécifique de degron auxin-inductible (AID) en présence d’auxine, les ciblant pour la dégradation. Ce système est exploité dans de nombreux eucaryotes non-végétaux, de sorte qu’une protéine cible, marquée avec le motif AID, est dégradée à l’addition auxin. Le niveau d’expression TIR1 est critique; l’expression excessive conduit à la dégradation de la protéine AID-étiquetée même en l’absence d’auxin, tandis que la basse expression conduit à l’épuisement lent. Un système d’AID inducible d’estradiol a été créé, avec l’expression de TIR1 sous le contrôle d’un promoteur inductible de l’estradiol. Le niveau de TIR1 est réglable en modifiant l’heure d’incubation avec l’estradiol avant l’ajout d’auxin. Ce protocole décrit comment épuiser rapidement une protéine cible à l’aide du système AID. Le temps d’incubation approprié de l’estradiol dépend de l’abondance de la protéine cible. Par conséquent, l’épuisement efficace dépend du moment optimal qui minimise également l’épuisement auxin-indépendant.
Les mutations conditionnelles, telles que les mutants sensibles à la température, sont un outil puissant pour l’étude des protéines essentielles, permettant la croissance cellulaire dans l’état permissif, mais causant une perte de fonction dans des conditions non permissives. Cependant, le métabolisme cellulaire peut être sérieusement perturbé par le changement des conditions de croissance nécessaires pour induire le défaut et peut également créer des effets hors cible. Plusieurs méthodes ont été développées, dans lesquelles la protéine d’intérêt est conditionnellement séquestrée1 ou son expression est contrôlée2,3 par l’ajout d’une petite molécule. Ce protocole utilise l’auxine et le système de dégron auxin-inductible (AID) pour épuiser efficacement une protéine cible.
Le système AID a son origine dans les plantes, où une auxine (dans ce protocole indole-3-acetic acid (IAA) est utilisé), stimule l’interaction de la protéine Aux/IAA avec TIR1, un membre du complexe de ligase u3 SCF U34. L’interaction complexe de SCF cause la polyubiquitination des protéines de famille D’Aux/IAA, qui a comme conséquence leur dégradation par le protéasome5,6.
Ce système a été précédemment adapté pour une utilisation dans la levure Saccharomyces cerevisiae7,8 en exprimant la protéine TIR1 d’Oriza sativa (osTIR) dans les cellules de levure, où il est capable d’interagir avec la levure endogène Complexe SCF. La protéine d’intérêt a été étiquetée avec un motif de la protéine Aux/IAA IAA17 pour la cibler pour la dégradation. Des troncations fonctionnelles de l’IAA17 ont été développées plus tard, telles que AID8,9,10, contenant le 43 acide aminé auxin-sensible motif de Arabidopsis thaliana IAA17, avec une étiquette d’épitope pour permettre découverte.
Le système initialement adapté pour une utilisation dans la levure en herbe7,8 exprimé la protéine osTIR1 d’un promoteur de levure GAL. L’expression nécessite de passer au milieu de croissance avec le galactose comme seule source de carbone, ce qui, malheureusement, se traduit par un changement diauxic avec des changements de grande envergure au métabolisme cellulaire11. D’autre part, il a été rapporté que l’expression constitutive de TIR1 peut conduire à la dégradation de la protéine cible en l’absence d’auxine / IAA12 si le niveau d’expression est élevé, tandis que faible expression TIR1 provoque un appauvrissement inefficace. Un système aid amélioré nommé ‘est AID’ a été développé dans lequel l’osTIR est sous le contrôle d’un promoteur inductible qui est réglable pour convenir à la protéine cible, avec un effet minimal sur le métabolisme cellulaire. Pour ce faire, un facteur de transcription artificielle (ATF) a été construit dans lequel l’activateur de transcription virale VP16 est fusionné à un récepteur d’œstrogènes et un domaine de liaison d’ADN de quatre doigts de Zn (DBD). Lorsqu’il y a de l’estradiol (œstrogène) est présent, l’ATF peut entrer dans le noyau et induire la transcription osTIR en se liant à son promoteur (Z4EVpr)13,12.
L’expression osTIR est généralement détectable environ 20 min après l’ajout de l’estradiol12. Cependant, la durée optimale de l’expression osTIR pour atteindre l’épuisement efficace de la protéine étiquetée avec des élines, tout en évitant l’épuisement avant l’addition d’auxin, doit être empiriquement déterminée pour chaque protéine cible. Un temps approximatif pour cette pré-incubation peut être estimé à partir des valeurs d’abondance dans la base de données du génome de Saccharomyces (SGD https://www.yeastgenome.org/). Comme on peut le voir à la figure 1, la protéine abondante, Dcp1 (2880 à 4189 molécules/cellules), nécessite 40 min de pré-incubation avec de l’estradiol, sans épuisement indépendant des élins observés. La protéine beaucoup moins abondante, Prp2 (172 à 211 molécules/cellules), est fortement appauvrie après seulement 20 min de pré-incubation. Il est conseillé de tester deux temps de pré-incubation supplémentaires, de 10 à 20 minutes avant ou après ce temps estimé initial (20 min est le temps minimum recommandé). Le temps optimal de pré-incubation est le moment où la protéine cible n’a pas épuisé avant d’ajouter des élines et une fois que l’éplétion est ajoutée l’épuisement est acceptable ou les niveaux de protéines approchent le minimum possible. Ainsi, à partir de la figure 1b, pour Prp22 avec 30 min de pré-incubation, les niveaux n’ont pas diminué beaucoup 10 min après l’ajout d’auxin. En comparant cela avec 40 min de pré-incubation et 15 min avec l’AAI, où il y a peu d’épuisement supplémentaire, il n’y a aucun avantage à couver avec des auxins de plus de 10 min ou à pré-incubation pendant plus de 30 min, d’autant plus qu’il y a des preuves de non-auxine épuisement dépendant à 40 min. Pour Dcp1 avec 40 min de pré-incubation (le dernier point où le niveau de protéine est d’environ 100% avant l’ajout d’auxin), 15 à 20 min d’épuisement avec des élins est acceptable. Il est recommandé de garder le temps d’épuisement aussi court que possible pour réduire les effets secondaires sur le métabolisme cellulaire14.
Cet article montre comment utiliser le système aid de l’EST en optimisant le moment de l’incubation de l’estradiol pour l’expression osTIR afin d’atteindre l’épuisement rapide des protéines cibles lors de l’ajout de l’IAA sans épuisement avant d’ajouter des élines.
Un protocole bien optimisé peut produire un appauvrissement rapide et efficace de la protéine cible. Il est important de déterminer le temps de pré-incubation approximatif avec l’estradiol, car cela augmente la reproductibilité de l’épuisement, mais de petites variations dans le temps de pré-incubation peuvent être tolérées. D’autre part, le soin doit être pris avec le calendrier après l’addition d’auxin, car le niveau de protéine diminue très rapidement.
Un avantage de cette approche est que l’épuisement accordé peut être atteint par des combinaisons variables de temps de pré-incubation avec le temps d’incubation de l’estradiol et de l’IAA. Par exemple, si désiré, la protéine cible peut être plus lentement épuisée en réduisant le temps de pré-incubation.
Le système aid est offre certains avantages par rapport aux systèmes où OsTIR est exprimé de façon constitutive. Par exemple, si la protéine cible est essentielle à la viabilité, l’expression réglementée de l’osTIR peut éviter l’épuisement prématuré de la protéine cible. En outre, l’expression de l’osTIR peut être accordée en fonction de l’abondance de la protéine cible et de sa susceptibilité à la dégradation, et l’épuisement peut être rapide ou lent. Les deux petits effecteurs de molécules, l’estradiol et l’auxine, ne perturbent pas le métabolisme de la levure dans les conditions utilisées ici, contrairement à la rapamycine, utilisée dans le système d’ancrage1.
Il convient de noter que le marquage de certaines protéines perturbe leur fonction, ce qui est un problème avec tout système d’épuisement ciblé. Dans ce cas, une balise N-terminal peut fonctionner lorsqu’une balise C-terminal ne fonctionne pas. De plus, toutes les protéines ne seront pas épuisées efficacement; par exemple, l’étiquette AID sur la protéine cible peut être inaccessible à la protéine osTIR. Par conséquent, après le marquage de l’AID, chaque protéine cible doit être testée pour tout effet de l’étiquette sur la croissance, et pour déterminer si l’épuisement est efficace, avant que les dates de pré-incubation et de traitement auxéinoïdes de l’estradiol ne soient optimisées.
Ce système AID Est très simple et compatible avec toute procédure expérimentale ultérieure qui n’implique pas de croissance ultérieure, comme l’analyse des protéines, de l’ADN ou de l’ARN ou la microscopie. En outre, le système fonctionne bien lorsqu’il est combiné avec le thiolant pour purifier l’ARN naissant20.
Ce système fournit un moyen rapide, spécifique et reproductible d’épuiser une protéine sans affecter autrement le métabolisme de la cellule de levure.
The authors have nothing to disclose.
Merci à Jane Reid pour le lancement de ce programme, Barbara Terlouw pour le développement, Vahid Aslanzadeh pour le “ura looper” construit sais et Susana de Lucas pour de nombreuses discussions utiles. Ce travail a été soutenu par une bourse d’études à GIMO du Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa, Mexique (CONACYT) et l’Université d’Édimbourg School of Biological Sciences, un doctorat Wellcome à l’IEM [105256] et par Wellcome funding [104648] à JD Beggs . Les travaux du Wellcome Centre for Cell Biology sont appuyés par le financement de base de Wellcome [092076].
Adenine sulphate | Formedium | DOC0230 | |
Agar | Formedium | AGA03 | |
Β-estradiol | Sigma Aldrich | E2758-1G | 10mM solution in ethanol. Store at -20 oC |
DMSO | Alfa Aesar | 42780 | DMSO should be solid at 4 oC |
Glucose | Fisher Scientific | G/0500/60 | |
IAA 1H-Indole-3-acetic acid | Across Orgainics | 122150100 | Auxin analogue. 1.5 M in DMSO. The solution will be a russet colour and darken as time goes on; a deep red solution should be discarded and a new one made. Store at -20 oC. |
Methanol | Fisher Scientific | M/4000/PC17 | CAUTION Toxic and flammable |
Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | NEB | M0530 | |
Peptone | Formedium | PEP03 | |
SCSM single drop-out –ura | Formedium | DSCS101 | |
Yeast Extract | Formedium | YEA03 | |
Yeast nitrogen base without amino acids with amonium sulphate | Formedium | CYN0410 |