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Article de méthode

Inverser levure système à deux hybrides pour identifier les mammifères Nuclear Receptor résidus qui interagissent avec des ligands et / ou antagonistes

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DOI :

10.3791/51085

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15 novembre 2013

 ,  ,  , 
1Department of Genetics, Albert Einstein College of Medicine , 2Shanghai Key Laboratory of Complex Prescription and MOE Key Laboratory for Standardization of Chinese Medicines, Institute of Chinese Materia Medica, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Kétoconazole se lie à et antagonise Pregnane X Receptor (RPX) activation. Levure haute écrans de débit de mutants PXR définissent une région unique pour la liaison kétoconazole. Cette méthode génétique à base de levure découvre interactions avec les récepteurs nucléaires de nouveaux avec des ligands qui s'associent avec les sites de liaison surface.

Résumé

En tant que régulateur essentiel du métabolisme des médicaments et de l'inflammation, Pregnane X Receptor (PXR), joue un rôle important dans la physiopathologie de la maladie reliant le métabolisme et l'inflammation (par exemple, de la stéatose hépatique) 1,2. Il a eu beaucoup de progrès dans l'identification des ligands agonistes pour PXR, cependant, il ya des descriptions limitées des antagonistes de la drogue comme et leurs sites de liaison sur PXR 3,4,5. Un obstacle majeur a été l'incapacité à purifier efficacement la protéine de longueur totale pour des études structurales avec des antagonistes malgré le fait que PXR a été clonée et caractérisée en 1998. Notre laboratoire a développé une nouvelle levure à haut débit à base de dosage à deux hybrides de définir un antagoniste, le kétoconazole de résidus de liaison sur PXR 6. Notre méthode consiste à créer des bibliothèques de mutation qui sauver l'effet des mutations simples sur la surface AF-2 de PXR prévu pour interagir avec le kétoconazole. Sauvetage ou «gain de fonction» second mutations peuvent être effectuées de telle sorte que des conclusions en ce qui concerne l'interaction génétique du kétoconazole et le résidu (s) de surface sur PXR sont réalisables. Ainsi, nous avons développé un haut débit écran de deux hybrides de levure de mutants PXR interagissant avec son coactivateur SRC-1. En utilisant cette approche, dans laquelle la levure a été modifié pour tenir compte de l'étude de la drogue antifongique, le kétoconazole, nous avons pu démontrer mutations spécifiques sur PXR enrichies en clones incapables de se lier au kétoconazole. Par la logique inverse, nous concluons que les résidus d'origine sont des résidus d'interaction directe avec le kétoconazole. Ce test représente un roman, essai génétique docile à l'écran pour les sites de liaison antagonistes sur les surfaces des récepteurs nucléaires. Cet essai peut être appliqué à n'importe quel médicament, indépendamment de son potentiel cytotoxique de la levure ainsi que de la protéine cellulaire (s) qui ne peut être étudiée en utilisant la biologie structurale standard ou les méthodes à base de protéomiques. Pièges potentiels incluent l'interprétation de données (méthodes complémentaires utiles), reliment sur la méthode unique de Y2H, expertise dans le traitement de levure ou d'effectuer des essais levure à deux hybrides, et l'optimisation des essais.

Introduction

La levure double hybride (Y2H) test est largement utilisé pour découvrir des interactions protéine-protéine et, plus récemment, à la découverte de nouvelles petites molécules qui perturbent les complexes protéine-protéine interaction 7, 8, 9, 10, 11. Cependant, les approches conventionnelles de ce test, utilisé pour la découverte de médicaments ou "hits", ne permettent pas la détection de résidus d'interaction allostériques de composés chimiques dans les surfaces protéine-protéine, que s'il est modifié encore interagir et de permettre l'interrogatoire des résidus modifiés 11 . En effet, un tel procédé (s), si possible de développer, permettrait un système de levure docile pour l'évaluation à haut débit de résidus d'interaction allostériques critiques pour interaction protéine-protéine perturbation. Dans le cadre de la découverte de médicaments, la façon la plus directe d'établir une interaction des composés avec des protéines impliquerait détermination de la structure (par exemple la cristallisation de la protéine complexe inhibiteur). Ces méthodes sont cumbersome, utiliser les ressources élaborées et il n'est pas techniquement possible de réaliser des études structurelles sur chaque protéine.

Systèmes de dépistage génétique de la drogue tractables ont été établis dans des bactéries 1, 2 et d'autres systèmes modèles comme mammifère double-hybride. Cependant, ces systèmes doivent optimisation et les systèmes alternatifs comme Y2H sont toujours les plus testés dans la découverte de médicaments. Il ya des limites qui comprennent une faible sensibilité et la fiabilité des interactions à l'aide de méthodes singulières 13, cependant, un essai de Y2H unique peut être modifié pour répondre à des questions spécifiques concernant les résidus d'interaction. Dans le domaine de la recherche sur le récepteur nucléaire, Y2H a été utilisé pour définir des protéines qui interagissent 14, cependant, ces interactions protéiques ont rarement été utilisé pour définir la nature, dans lequel les ligands / antagonistes interagissent avec des complexes récepteur-protéine nucléaire. Ainsi, notre laboratoire a concentré ses efforts sur la définition d'une méthode, en particulier pour les protéines réceptrices qui ne sont pasprête facilement à des méthodes basées protéomique, ce serait déterrer nouveau ligand / antagoniste interaction résidus en utilisant un Y2H à base plate-forme de découverte inversée.

Sur la base de notre conclusion précédente selon laquelle le kétoconazole perturbe PXR et son activateur SRC-1, nous avons développé un nouveau système de Y2H inverse qui nous permettent de définir interroger et résidus de kétoconazole interagir sur PXR 6. Notre procédé est basé sur les propriétés de la protéine GAL4 de levure qui se compose de domaines séparables responsables de l'activation de la liaison à l'ADN et la transcription. La protéine PXR LBD est exprimé comme une fusion au domaine LexA liaison à l'ADN (DNA-BD), tandis que la longueur des co-activateurs pleins SRC-1 (coactivateurs de récepteur de stéroïde 1) les protéines sont exprimées sous forme de fusions au domaine d'activation de GAL4 (AD ). L'interaction entre PXR et SRC-1 des protéines de fusion conduit à l'activation de la transcription GAL4 de sites de liaison contenant gène rapporteur Lac Z-β qui est intégré dans le génome de la levuree. Le kétoconazole, un antagoniste PXR, perturbe PXR et SRC-1 interaction 15, 16, 17 et on peut détecter l'interaction de PXR et SRC-1 en présence ou en l'absence de kétoconazole après coloration des colonies sur des filtres pour l'activité X-gal. Le principe de Y2H est illustré sur la figure 1 et la procédure expérimentale est résumée sur la figure 2.

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Protocole

Une. Construction de PXR et SRC-1 Fusions dans les vecteurs de levure

  1. Amplification par PCR de l'homme PXR LBD (107-434 acides aminés) et Human SRC-1 pleine longueur (1-1401 acides aminés).
    1. Utilisez pSG5-hPXR plasmide 8 comme PXR LBD modèle, utilisez plasmide pCMX-SRC1 que SRC-1 modèles.
    2. SuperMix PCR dégel, des matrices d'ADN et des amorces (voir Matériaux), gardez-les sur de la glace.
    3. Ajouter 0,25 pg / pl matrice d'ADN 1 pi, 10 mM paires d'amorces 2 pi chacun, SuperMix PCR 45 pi et ajouter H 2 O pour porter le volume total à 50 pi.
    4. Set PCR à un cycle de 94 ° C pendant 2 min, 20 cycles de 94 ° C pendant 30 s, 55 ° C pendant 30 sec et 72 ° C pendant 2 min, puis un cycle de 72 ° C pendant 10 minutes pour l'extension. Voir les produits de PCR en exécutant sur gel d'agarose à 1%.
  2. Les produits de PCR clonage dans des vecteurs Y2H.
    1. Purifier les produits de PCR à partir de gel d'agarose à 1%. Digest PXR, LBD, PCR, et Y2H vecteur PSH2-1 avecBamHI et Sali; digérer SRC-1 PCR et Y2H vecteur pGADNOT avec NotΙ et SalΙ. Pour ce faire, ajouter 1 pg d'ADN, 3 ul de tampon de réaction 10 x, 1 ul d'enzymes de restriction et finalement H 2 O pour amener le volume total à 30 ul.
    2. Placer les échantillons dans de digestion à 37 ° C bain d'eau pendant 1 heure. Vérifier la digestion en exécutant sur gel d'agarose à 1%.
    3. Purifier les échantillons de digestion de gel d'agarose à 1%, ligaturer digéré les produits de PCR et des vecteurs Y2H et à transformer des cellules compétentes DH5a.
    4. Choisissez les colonies et isoler l'ADN plasmidique.
  3. Identifier l'ADN plasmidique PSH2-1-PXR par BamHI / Sall digestion, identifier pGADNOT-SRC-1 ADN plasmidique par Notl / Sall digestion. Vérifiez tout l'ADN plasmidique positif par séquençage.

2. Yeast Two-hybrid dosages

  1. Inoculer la souche de levure dans 5 ml YPAD et incuber pendant une nuit par une agitation constante (220 rpm à 30 ° C). Remarque: La souche Saccharomyces cerevisiae était CTY10-5d(MAT une ade2 trp 1-901 leu2-3, 112 his3-200 ga l4 - GAL80 - URA3 :: lexA-lacZ) qui contient un gène intégré GAL1-lacZ avec lexA opérateur 10. Pour obtenir des cellules de levure viables résistantes au kétoconazole, mais ceux qui ne portent pas des altérations de transporteur en tant que cause de la résistance azole 18 à 20, de nouvelles souches de levure CTY10-5d ont été obtenus selon la première erg 3 de suppression (erg 3 de Δ) et en introduisant ensuite la suppression supplémentaire en ERG11 (erg 3 Δ / erg11 Δ) gènes par recombinaison homologue. Les détails de construction ont été décrits dans un manuscrit déjà publié 6.
  2. Le lendemain (le matin), ensemencer la levure (01h20) dans 5 ml YAPD et incuber à obtenir une DO 600 ~ 0,2 par agitation constante (220 rpm à 30 ° C).
  3. Sédimenter les cellules à 2.000 tours par minute dans une microcentrifugeuse pendant 2 minutes et éliminer le surnageant. Laver ensuite la pellet deux fois avec de l'eau autoclave et une fois avec 0,1 M LiAc.
  4. Après le dernier lavage, éliminer le surnageant et ajouter les réactifs suivants au culot cellulaire: 240 ul de PEG 3500 à 50% p / v, 36 pi de 1 M de LiAc, 50 pi de 2 mg / ml de bouillie ADNsb de sperme de saumon, H 2 O 34 ul. Vortex à mélanger, ajouter 1 pg PSH-PXR et 1 pg pGADNOT-SRC-1 ADN et mélanger.
  5. Transférer le mélange de polystyrène tube rond-bas, agiter la transformation, mélanger (220 rpm à 30 ° C) pendant 30 min. Déplacer le tube à 42 ° C bain d'eau et incuber pendant 30 min supplémentaires.
  6. Centrifuger le tube à 2000 tours par minute pendant 2 min et éliminer le surnageant. Laver culot fois à l'eau autoclave.
  7. Ajouter 100 pi d'eau stérile dans le tube, remettre en suspension les cellules par le doigt doux tapant et pipetage, puis la plaque sur des plaques de -His/-Leu Dropout moyen (Formulation par litre -His/-Leu Dropout moyen: 20 g de dextrose, YNB 1,7 g, 0,67 g CSM-His/-Leu, 5 g de sulfate d'ammonium, 1,5% de gélose) et incUbate à 30 ° C pendant 3-4 jours pour isoler les transformants.

3. X-gal Filtre Assay

  1. Couper une membrane de nitrocellulose à la taille d'une partie de boîte de Pétri. Étiqueter la membrane de nitrocellulose pour marquer l'orientation.
  2. Placer une membrane de nitrocellulose de rupture en colonies de levure, de s'assurer que la membrane est en contact avec la surface du support de plaque.
  3. Retirer la membrane, le placer côté colonie vers le haut sur un papier filtre de 3 mm, et placer la membrane et le papier-filtre à -80 ° C pendant 15 min.
  4. Préparer une solution X-gal. Ajouter 50 ul de 20 mg / ml de X-gal et 15 ul de β-mercaptoéthanol à 5 ml de tampon Z (1 L de tampon contient 16,1 g de Na 2 HPO 4, 7H 2 O, 5,5 g de NaH 2 PO 4 H 2 O, 0,75 g KCl, 0,25 g MgSO 4 7H 2 O •). Si Z tampon a été maintenu à 4 ° C, l'amener à la température ambiante avant l'addition de ces réactifs.
  5. Placer deux cercles de papier filtre de 3 mmdans une boîte de Pétri et les faire tremper avec 5 ml de solution X-gal. Drainer l'excès de tampon à partir de la boîte de Pétri et placer la membrane de nitrocellulose avec la colonie côté vers le haut.
  6. Fermez le couvercle, s'assurer que la membrane est en contact avec le papier filtre et il est complètement humide. Enveloppez la boîte de Petri dans une feuille et incuber à 37 ° C pendant 30 min à la nuit.

4. Liquide β-gal Assay

  1. Cultivez levure dans un milieu liquide -His/-Leu Dropout à DO 600 de 0,7.
  2. Transférer 1 ml de milieu dans un tube de 1,5 ml et centrifuger à 3000 rpm pendant 2 min. Jeter le surnageant.
  3. Ajouter 1 ml de tampon Z à remettre le culot, centrifuger à 3000 rpm à nouveau pendant 2 min. Jeter le surnageant.
  4. Ajouter 150 ul de tampon Z avec 2ME pour remettre en suspension le culot cellulaire, mélanger puis ajouter 50 ul de chloroforme et 20 pi de 0,1% de SDS. Vigoureusement vortex l'échantillon pendant 15 secondes.
  5. Ajouter 700 ul de solution ONPG (1 mg / ml dans Z buffer). Réglez la minuterie, incuber à 30 ° C assez longtemps pour permettre à la couleur jaune de développer et de noter le temps de réaction total.
  6. Ajouter 500 ul de 1 M de Na 2 CO 3 pour arrêter la réaction et déterminer l'absorbance à 420 nm. Le flan est une solution de 700 ul d'ONPG plus 500 ul de 1 M de Na 2 CO 3.

Calculer unités Miller comme suit: Miller Unités = (A420 * 1000) / (A600 * min * ml)

A420: unités d'absorbance à 420 nanomètres; A600: unités d'absorbance à 600 nanomètres; min: le temps de réaction en minutes; ml: le volume en ml de la réaction

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Résultats

Nous avons effectué un test pour voir si nous pouvions détecter une lecture colorimétrique de l'association de PXR et récepteur des stéroïdes coactivateur-1 (SRC-1). Etant donné que la levure a une production importante de stérol, il a été montré précédemment que l'expression de lacZ dans la levure peut être induite sans la nécessité d'un ligand exogène supplémentaire. Nous avons trouvé que l'expression de lacZ (colonies bleues) est également induite dans la souche de levure transformée avec PXR et SRC-1...

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Discussion

Dans notre analyse de Y2H modifié, nous avons identifié des résidus importants pour les interactions de kétoconazole sur PXR 6. Etant donné que SRC-1 est un co-activateur (et a été clone dans le vecteur d'pGADNot), nous avons également testé si SRC-1 pouvait activer l'expression de lacZ lorsque clone dans le système de vecteur PSH et si cela modifie le profil d'activation et / ou affecter la perméabilité de la levure de dosage à deux hybrides. Grâce à nos plasmides redessinés nous avons effectué d...

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Déclarations de divulgation

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par les Instituts nationaux de la santé (NIH) Subventions CA127231 et la Fondation Damon Runyon Clinical Investigator Award (CI 1502) (SM). Nous tenons à remercier le professeur Zdenek Dvorak de Palacky University Olomouc, République tchèque pour ses renseignements utiles sur la portabilité discuter de cette technique à leur institution et standardisation du protocole.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
souche de levure CTY10-5d erg3&delta ;/erg11&delta ;Notrelevure CTY10-5d de laboratoire a été doublement éliminée ERG3 et ERG11 (erg3&Delta ;/erg11&Delta ;) gènes6 .
Milieu de croissance YPDBD Biosciences630409
Difco Levure Azote Base (YNB) sans acides aminés et sulfate d’ammoniumBD Biosciences233520
Bacto AgarBD Biosciences214010
CSM-His/-Leu Mélange complet de supplémentsMP Biomedicals4250-412
ONPG (o-nitrophényle &bêta ;-D-galactopyranoside).Sigma-AldrichN1127
2-MercaptoethanolSigma-AldrichM6250
Bouillon Luria (LB)Sigma-AldrichL3022
X-GalFisherBP-1615
Saumon sonique ADN spermatozoïde bouilli (10 mg/ml)Life Technology156-017
AmpicillineAcros Organics61177
KétoconazoleSigma-AldrichK1003
N,N-diméthylformamideAcros Organics326871000
Acétate de lithiumSigma-AldrichL4158
50 % PEG-3350 solution, stérilisé par filtreSigma-AldrichP-3640
Membrane nitrocellulosiqueWhatman10402091
10 cm Boîte de PétriFisher875712
5'-ACCGGATCCCGATGAAGA AGGAGATGATCATGTCC-3'ourlabPXR LBD amorce avant pour pSH2-1
5'-AGAGTCGACTCAGCTA CCTGTGATGCC -3'ourlabPXR LBD amorce inverse pour pSH2-1
5'-TATAGC GGCCGCATGAGTG GCCTCGGGGACAGTTCATCC -3'ourlabSRC-1 amorce avant pour pGADNOT
5'-GCGGTCGACTTATTCAGTCA GTAGCTG -3'ourlabSRC-1 amorce inverse pour pGADNOT
Platinum PCR SupermixInvitrogen11306-016
BamHInotre laboR0136
SalInotre laboR0138
NotInotre laboR0189

Références

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