ルシフェラーゼ活性を介し受容体活性化の測定：哺乳類嗅覚受容体のハイスループット分析
Summary
嗅覚受容体活性化パターンは、臭気の同一性をコードするが、哺乳類の嗅覚受容体に対する臭気物質リガンドを同定公表されたデータの欠如は臭気符号化の総合的なモデルの開発を妨げる。このプロトコルは、嗅覚受容体リガンドおよび受容体活性化の定量化のハイスループット同定を容易にする方法が記載されている。
Abstract
匂い物質は、約千マウスおよび400人の受容体ファミリーは、匂い物質の数千人を認識できるように、嗅覚受容体活性化のユニークで重複パターンを作成します。臭気物質リガンドは、ヒト受容体1から11未満の6％について公表されています。データの欠如は、機能的に異種系でこれらの受容体を発現する困難さに起因する。ここでは、ルシフェラーゼレポーターアッセイを使用して、嗅覚受容体活性化のハイスループット評価に続いHana3A細胞における嗅覚受容体ファミリーの大部分を発現させる方法を記載している。このアッセイは、嗅覚受容体のパネルに対する臭気物質の（1）スクリーンパネルに使用することができ; （2）用量反応曲線を経由して匂い物質/受容体相互作用を確認。および（3）受容体変異体のうち、受容体活性化のレベルを比較する。サンプル·データでは、328嗅覚受容体は、臭気物質26に対してスクリーニングした。様々な応答スコアが匂い物質/受容体ペアは選択範囲だったテッドと用量反応でテスト。これらのデータは、画面が用量反応実験に合格する匂い物質/受容体ペアを濃縮するための効果的な方法、匂い物質に対する善意の応答を持っているすなわち受容体であることを示している。したがって、このハイスループットルシフェラーゼアッセイは、哺乳類の嗅覚系における臭気符号化のモデルへ嗅覚受容体に必須な工程を特徴付けるための効果的な方法である。
Introduction
哺乳類の嗅覚系は、匂い物質の何千もの検出および識別を可能にし、臭気刺激の膨大な数に応答する能力を持っています。嗅覚受容体（ORS）は、嗅上皮12内の嗅細胞によって発現される分子センサーである。哺乳類の匂い認識は匂い物質によるORの差動活性化を介して発生し、または遺伝子ファミリーは、およそ千マウスおよび400ヒト受容体12月16日に、広範囲に及ぶ。嗅覚ニューロンにおける異種細胞でのORの前の機能解析は、さまざまな匂い物質がユニークで認識されていることを示しますが、論理和10,17-20のアンサンブルを重ねてきた。論理和にリガンドを一致させることは嗅覚コードと嗅覚の生のモデルを構築するための不可欠なを理解するために重要です。により、異種システムでの論理和だけでなく、匂い物質と論理和の両方の多数を表現する難しさに、このデータは、Fからのほとんど存在しているield;確かに、人間の論理和未満の6％は、公表リガンド1月11日を持っている。このプロトコルは、付臭剤/ ORの相互作用を特徴づけるルシフェラーゼアッセイの使用が記載されている。このアッセイは、ORのハイスループット特性評価、匂い物質/ ORの相互作用を理解するだけでなく、臭い符号化のモデルを開発するために不可欠であるタスクを可能にします。
ORのハイスループット研究は、三つの主要な課題に直面している。まず、オッズ比は、ERに保持され、その後、プロテアソーム21,22で分解、アッセイ系23〜25内の臭気物質と相互作用するのORを防止し、異種細胞で発現。この問題は、論理和19,26,27の広範囲の安定な細胞表面発現を容易にするアクセサリータンパク質の発見によって対処した。受容体-トランスポータータンパク質1および2（RTP1および2）を促進OR刺激臭剤19に応答して細胞表面発現および活性化。この研究に基づいて、HEK293T細胞であった安定にHana3A細胞株19,27、その結果、長いRTP1（RTP1L）およびRTP2、受容体発現促進タンパク質1、およびGのαolfを発現するように改変された。また、タイプ3ムスカリン性アセチルコリン受容体（M3-R）は、細胞表面での論理和と相互作用し、臭気物質26に反応して活性化を増強する。堅牢でのHana3A細胞の結果にRTP1SとのORとM3-Rの同時トランスフェクション、一貫性があり、細胞表面27でのORの広い範囲の機能的発現。第二に、哺乳類又はレパートリーは非常に大きいです。ヒトでは、例えば、和レパートリーは味覚受容体のレパートリーを超える数々の桁であり、視覚的な受容体のレパートリーを超える数々の2桁。比較的簡単なプロトコルで、単一またはあるのクローンを作成するが、有意なアップフロントの努力は、包括的なライブラリを生成する必要がある。我々は幻の中で、波長は色に変換されることを知っているが、第3、第オーディション周波数がピッチに変換で、臭気の組織はあまりそれが困難な研究者が、臭気物質の代表的なサンプルから補間できるようにすること、理解されている。いくつかの進歩がこのフロント10,28について説明したが、嗅覚風景のマップが不完全なままになります。 ORの数百万の分子に対して、数千の物をスクリーニングすることは困難な作業です。このドメイン内のハイスループットスクリーニングは、慎重に定義のキャンペーンを必要とする。主要な残された課題は、物流とコストではなく、技術に固有の問題点のものです。異種スクリーニングが広く学術基によってリガンドを同定するために使用されていないが、民間企業が100ヒト論理和29に対するリガンドを同定するために同じ技術を使用した。残念ながら、これらのデータは、独自のまま。
ここで概説するハイスループットルシフェラーゼアッセイは、評価OR活性化するために使用される代替方法を超えるいくつかの利点を有する。責任もののネイティブ嗅細胞のSESは電気生理学およびカルシウムイメージングを用いて測定された、これらの技術は、困難なため、嗅覚ニューロンの応答特性の重複にニューロンの応答につながるまたは離れてからかっています。 、GFP標識受容体タイプ30,31にノック32,33嗅覚ニューロンをネズミアデノ経由で特定の受容体を提供するか、17,24,33は単一の受容体の種類に録音をリンクすることができます録音した後、RT-PCRを行うこと、これらの方法ではあるが低スループットと大規模スクリーニングには適していません。異種スクリーニングシステムは、よりスケーラブルであり、2つの主要な形態は、文献で発見されています。cAMP経路の記者やイノシトール三リン酸（IP3）経路の記者。匂い刺激すると、オッズ比は、サイクリックAMP（cAMP）の12の産生をもたらすシグナル伝達カスケードのGαolf伝達を活性化する。交流の制御下にホタルルシフェラーゼレポーター遺伝子を共トランスフェクトすることによりAMP応答エレメント（CRE）、ルシフェラーゼ産生の定量化は、OR活性化を可能にする、匂い応答の関数として測定することができる。または活性化はまた、Gα15/16またはGのα15-OLFキメラ24,25,34などのGタンパク質を共発現によりIP3経路にリンクすることができます。我々は3つの要因に基づいてここで紹介するアッセイを選択している：（1）Rhoのタグを付けた嗅覚受容体とRTP1の共発現は、細胞表面19,27の嗅覚受容体の発現が向上します。 （2）のcAMP応答性レポーター遺伝子の使用は、測定OR標準的なセカンドメッセンジャー経路を介した活性化を可能にする;および（3）アッセイは、ハイスループットスクリーニングに適している。
このハイスループットルシフェラーゼアッセイは、嗅覚の分野に貴重な様々な研究にも適用可能である。まず、論理和をとり、多数の種のための受容体活性化パターンを決定するために、単一臭気物質に対してスクリーニングすることができるecific匂い物質。このタイプの研究は、またはステロイド嗅覚アンドロステ8への対応を担当するようにOR7D4を同定した。逆に、あるORは、受容体応答プロファイル10を決定するために、臭気物質のパネルに対してスクリーニングすることができる。候補嗅覚着臭剤/ OR対は、これらの画面を介して確認された場合、相互作用は、臭気物質の濃度の増加にORの応答を検査する用量反応実験を行うことによって確認することができる。用量応答曲線はまた、進化の種および因果的突然変異を横切る受容体の進化の検査を可能にする、ORの変動は、インビトロ臭剤応答8,9,11,35 に影響し、これらの研究は種間OR変動に拡張することができる方法を評価することができる遺伝36,37は 、最終的に、このアッセイは、既知の着臭剤/受容体対38,39のために拮抗OR特定の臭気物質に応答することができる匂いのアンタゴニストをスクリーニングするために使用することができる。要約すると、これは、高スループットルシフェラーゼアッセイを特徴付ける助けるOR活性化パターン及び嗅覚系における臭気符号化のより良い理解を提供する研究の範囲に適用可能である。
Protocol
Representative Results
Discussion
同一性は、付臭剤の嗅覚受容体活性化パターンによって符号化されるが、受容体は活性化され、どの程度にしているなどの受容体の活性化パターンは、ヒト嗅覚受容体1-11未満の6％のために知られている。嗅覚受容体を特徴づけるための努力は、嗅覚受容体ファミリー17,23,24,33,34のサブセットだけに彼らの労働集約的な方法や適用性によって制限されています。 Hana3A異種発現?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品はR01 DC013339、R03 DC011373、ルースL.キルシュシュタイン国立研究サービス賞T32 DC000014によってサポートされていました。作品の一部は、NIH-NIDCDコアグラントをP30 DC011735からの資金によって部分的にサポートされていモネル化学感覚受容体シグナルコアを用いて行った。著者は、データ収集のヘルプのために-80 Sezilleに感謝します。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Hana3A cells | Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request | ||
| RTP1S-pCI | Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request | ||
| M3-R-pCI | Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request | ||
| pCRE-luc | Agilent | 219076 | LUC |
| pSV40-RL | Promega | E2231 | RL |
| Minimum Essential Media, Eagle | Sigma Aldrich | M4655 | MEM |
| FBS | Life Technologies | 16000-044 | FBS |
| PBS (without Ca2+ and Mg2+) | Cellgro | 21-040-CV | PBS |
| Trypsin (0.05% Trypsin EDTA) | Life Technologies | 25300 | Trypsin |
| CD293 | Life Technologies | 11913-019 | CD293 |
| 96 well PDL white/clear plate | BD BioCoat | 356693 | plates |
| Lipid transfection reagent: Lipofectamine 2000 | Life Technologies | 11668-019 | Lipofectamine |
| Firefly luciferase substrate, firefly luciferase quencher/Renilla luciferase substrate: Dual-Glo Assay | Promega | E2980 | dual glo |
| Synergy S2 | BioTek | SLAD | BioTek S2 |
| Microplate reader software: Gen5 Data Analysis Software | BioTek | Gen5 | Gen5 |
| BIOSTACK | BioTek | BIOSTACK2WR | BioStack |
| Multiflo | BioTek | MFP | MultiFlo |
| 300ul GripTips | Integra | 4433 | GripTips |
| 12.5ul GripTips | Integra | 4414 | GripTips |
| 300ul GripTips ViaFlo96 | Integra | 6433 | XYZ tips |
| 12.5ul GripTips 384 XYZ | Integra | 6403 | XYZ tips |
| 384ViaFlo | Integra | 6030 | 384ViaFlo |
| TE buffer | Macherey Nagel | 740797.1 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | D2650-100ML | DMSO |
| forskolin | Enzo Life Sciences | BML-CN100-0010 | FOR |
References
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