ACT1-CUP1アッセイは、出芽酵母におけるスプライソソーム変異体の基質特異的感受性を決定

スプライソソームは、前駆体メッセンジャーRNA(pre-mRNA)のイントロン、非コード領域の除去を触媒する大型の生物学的機械です^1,2。約100のタンパク質と5つのノンコーディングRNAのうちの1つにおけるシングルポイント変異体の効果を特徴付けることは、タンパク質またはRNAを単独で研究する場合、しばしば曖昧です。変異した成分の機能の変化は、完全に機能するスプライソソームとの関連でin vivoで最もよく評価できます。

ここで説明する銅成長アッセイは、 サッカロミセス・セレビシエ または出芽酵母におけるスプライシング効率の迅速な測定です。C.F. LesserとC. Guthrieによって開発され、1993年に発表されたこのアッセイは、単純なモデル生物での作業の容易さと細胞生存率の簡単な読み出しを兼ね備えています³。生存率は、これらの細胞のスプライソソームがレポーター転写物をどれだけうまく認識して接合できるかと相関しています。

この銅成長アッセイは、より一般的にはACT1-CUP1アッセイと呼ばれます。ACT1-CUP1という名前は、スプライシング効率のレポーターを作成するために融合された2つの遺伝子に由来しています。ACT1は酵母のアクチン遺伝子であり、高発現し、効率的にスプライスされたイントロン^4,5を有する。Cup1pは、細胞内の銅を隔離して通常の細胞機能との干渉を防ぐ銅キレート剤^です6,7,8。ACT1-CUP1レポーターには、ACT1のイントロンのプレmRNAスプライシングが発生した場合にのみ、CUP1が適切な読み取りフレームに入るように、これらの遺伝子が順番に含まれています(図1)。得られた融合タンパク質には、アクチンの最初の21アミノ酸と全長Cup1pタンパク質が含まれており、銅が豊富な環境で酵母の生存率を高めます³。したがって、レポーターのスプライシング量の増加は、Cup1pの濃度が高くなり、銅抵抗が高くなります(図1)。他のレポーター遺伝子と比較して、CUP1は低レベルでも細胞生存率に影響を与え、感度範囲が広く、スプライシング変異を直接選択するために使用できます^3,6,7。さらに、CUP1は標準的な酵母の増殖に必須ではないため、このアッセイのセットアップ中に細胞の恒常性は影響を受けません。ACT1-CUP1は、欠失または温度増殖アッセイを補完するもので、最適な酵母増殖条件下でのスプライシングへの影響に関する情報を提供します。

スプライソソームは、5’スプライス部位(5′ SS)、分岐部位(BS)、および3’スプライス部位(3′ SS)の3つのイントロン配列を介してその基質を認識します。これらの部位では、非コンセンサス配列を含む多数のACT1-CUP1レポーターが生成されています。最も一般的なACT1-CUP1レポーターの選択を 図 1と 表1に示します。スプライソソームはスプライシングサイクルの異なる時点で各スプライス部位と一意に相互作用するため、スプライソソームの堅牢性は、どの非コンセンサスレポーターを使用するかに基づいて、異なるステップでテストできます。非コンセンサスレポーターは、イントロン内の突然変異した位置とそれが突然変異した塩基にちなんで名付けられます。例えば、A3cは、5’SS、具体的にはコンセンサスアデノシンからシトシンまでの3位に変異を有するレポーターである。このレポーターは、5′ SSの選択と使用に影響を与えるスプライソソーム変異と強く相互作用します。彼らの最初の研究で、レッサーとガスリーはどの5’SS変異がスプライシングを阻害するかを決定し^ました3。同じ年の後半、3つのスプライスサイトすべての非コンセンサスレポーターが、ATPase Prp16p⁹の突然変異のサプレッサースクリーニングでバージェスとガスリーによって発表されました。コンセンサスを非コンセンサス報告者と比較すると、ACT1-CUP1アッセイは、酵母スプライソソームの堅牢性と選択性を理解し、他の真核生物のスプライソソームの機能を推測するための重要な鍵となっています。

非コンセンサスACT1-CUP1レポーターはスプライソソームをさらに摂動させるために感作するため、単一のスプライシング因子変異の影響は、それがプラスまたはマイナスの影響を与えるレポーターを通して特徴付けることができます。これは、さまざまな方法で研究課題のスプライシングに適用されています。まず、ACT1-CUP1アッセイは、スプライシング因子の変異の遺伝子スクリーニングとして使用でき、使用されています。例えば、最大のスプライシングタンパク質であるPrp8pは、スプライソソームのRNAコアがスプライシング反応を触媒するプラットフォームとして機能します。これは、Prp8p変異体が異なるACT1-CUP1レ^{ポーター10、11、12}、13、14、15、^16、17のスプライシングをどのように改善または減少させたかによって部分的に推測されました。スプライソソームの他のタンパク質成分も、Hsh155p、Cwc2p、Cef1p、およびEcm2p¹⁸、¹⁹、20、21、22、²³、^24、25を含むACT1-CUP1を使用して調べられています。スプライソソーム移行に関与するPrp16pおよび他の4つのATPアーゼのエネルギー閾値も、このアッセイ⁹、²⁶、²⁷、^28、29、30で研究されています。低分子核RNA(snRNA)は、ACT1-CUP1を利用して、それらが配位するプレmRNA配列と、スプライシング中にsnRNAが受ける二次構造の変化を特定するために広く研究されています3,31,32,33,34,35,36,37。

ACT1-CUP1アッセイには、CUP1遺伝子のすべてのコピーがノックアウトされた酵母株が必要です。CUP1は高いコピー数^6,38を有する可能性があるため、フルノックアウト株の調製には、複数回のラウンドまたは広範なスクリーニングが必要になる場合があります。その結果、cup1Δ酵母株は、報告者と同様に、ラボ間で共有されることがよくあります。

スプライシング因子の変異がプラスミドコピーから評価されている場合、この因子の野生型遺伝子をノックアウトする必要があります。さらに、酵母のバックグラウンドでは、ACT1-CUP1レポーターを含むプラスミド、歴史的にロイシン栄養選択プラスミドを含むプラスミド、および研究されるスプライシング機構の突然変異または摂動を含むプラスミドの少なくとも2つのプラスミドの選択を可能にする必要があります(図2)。通常、1回のアッセイで、それぞれがクエリスプライシング摂動(QSP)と異なるレポーターを運ぶ複数の酵母株が、スプライシングに対するクエリの影響をテストします。

ACT1-CUP1アッセイの独立変数により、研究者はQSPの重症度を評価することができます。これらの独立変数は、銅の濃度と複数の非コンセンサスプライシングレポーターの選択です。まず、酵母株が銅濃度の範囲を含むプレート上で増殖するため(図2)、アッセイの設定には、使用する濃度の勾配の選択が含まれます。研究では、コース銅濃度勾配を利用して生存率の初期測定値を取得し、次により細かい勾配でアッセイを繰り返して、微妙な生存率の違いを特定できます。2番目の変数は、テスト可能な広範囲のACT1-CUP1レポーターです(図 1および 表1)。QSPが非コンセンサスレポーターの存在下で野生型とで酵母の生存率に異なる影響を与える場合、QSPはスプライシングのステップまたはイントロンのその領域の認識または処理中に重要なスプライソソームの領域に影響を与えるという結論を下すことができます。

酵母ツールボックスは広範であり、ACT1-CUP1アッセイはスプライシング研究の不可欠な部分です。ACT1-CUP1アッセイは、QSPの影響に関するより詳細な遺伝的、構造的、および/または生化学的分析と並行して実行されることがよくあります。これらのより詳細な研究は一般的により長い手順および/またはより高い値札を持っているので、頻繁なアプローチは最初にACT1-CUP1を持つ興味深い変異体をスクリーニングすることです。

ここで提供されるのは、銅板調製を含むACT1-CUP1アッセイプロトコルです。このアッセイは、スプライシングに対するQSPの影響と、摂動の影響を最も受けるイントロニック領域に対する最初の答えを研究者に提供します。