Ein High-Throughput Luciferase Assay Proteolyse von Single-Umsatz Protease PCSK9 bewerten
Summary
Dieses Protokoll stellt eine Methode zur Evaluierung der proteolytischen Aktivität eine intrinsisch Niedrige Aktivität, einzelne Umsatz Protease in einem zellulären Kontext. Insbesondere wird diese Methode angewendet, um die proteolytische Aktivität des PCSK9, ein wesentlicher Bestandteil des Fettstoffwechsels zu bewerten, deren proteolytische Aktivität für ihre ultimative normalem Funktion erforderlich ist.
Abstract
Proprotein Konvertase Subtilisin/Kexin Typ 9 (PCSK9) ist ein Single-Umsatz-Protease die Serumspiegel Low density Lipoprotein (LDL) regelt und damit Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Obwohl PCSK9 Proteolyse für seine volle normalem Wirkung erforderlich ist, die Bewertung ihrer proteolytischen Funktion ist anspruchsvoll: PCSK9 ist nur bekannt, sich Spalten, erfährt nur einen einzigen Umsatz und nach Proteolyse, behält seine Substrat in seiner aktiven Seite als ein Auto-Inhibitor. Die hier vorgestellten Methoden beschreiben eine Probe, die diese Herausforderungen überwindet. Der Test konzentriert sich auf intermolekularen Proteolyse in einem Zell-basierte Kontext und Links erfolgreiche Spaltung die sekretierten Luciferase-Aktivität, die leicht im konditionierten Medium gelesen werden können. Über aufeinander folgenden Schritten Mutagenese, Transiente Transfektion und eine Luciferase auslesen, kann der Test PCSK9 Proteolyse unter Bedingungen von genetischen oder Molekulare Störung in gewissem Sinne Hochdurchsatz-Sonde. Dieses System eignet sich gut für beide die biochemische Auswertung der klinisch entdeckte Missense Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs), als auch für das Screening von kleinen Molekül-Inhibitoren des PCSK9 Proteolyse.
Introduction
PCSK9 richtet den LDL-Rezeptor (LDL-R) für den Abbau, Erhöhung von LDL-Cholesterin (LDL-C) und fahren atherosklerotische Herzkrankheit1,2. Therapeutika targeting PCSK9 robust niedrigere LDL-C und Verbesserung der Herz-Kreislauf-Ergebnisse für Patienten, auch wenn eine aggressive lipidsenkenden Therapie mit Statinen3,4hinzugefügt. Derzeit zugelassene Therapien beschränken sich auf Antikörper-basierte Ansätze, und leiden unter mangelnder Wirtschaftlichkeit5,6. Um dieses Problem zu lösen, sind weniger kostspielig therapeutischen Alternativen, ein Mittel zur Identifizierung von Patienten wahrscheinlich größere Vorteile zu erlangen oder beides erforderlich.
Klein-Molekül Ansätze könnten gezielt intrazellulären PCSK9, bieten eine verbesserte Art der Verabreichung und Kosten reduzieren, so dass sie den “Heiligen Gral” in diesem Bereich7. Allerdings ist durch kleine Moleküle PCSK9 schwierig, Drogen nachgewiesen. Als eine Protease ist Ausrichtung PCSK9s proteolytischen Funktion eine attraktive Strategie, wie selbst-Proteolyse der Rate-Begrenzung von PCSK9 Reifung8 ist und für seine maximale Wirkung auf LDL-R9erforderlich ist. Bislang jedoch diese Strategie hat nicht erfolgreich gewesen, wahrscheinlich aufgrund PCSK9s einzigartige Biochemie: PCSK9 spaltet nur selbst10, Durchführung einer Einzel-Umsatz-Reaktion und nach selbst-Spaltung, die PCSK9 prodomain bleibt im aktiven Zentrum als eine Auto-Inhibitor11, verhindert das Auslesen der jede weitere Protease-Aktivität.
Dieser Artikel stellt eine Methode zur Evaluierung PCSK9 proteolytischen Funktion im Hochdurchsatz-Mode8. Durch Site-verwiesene Mutagenese können Ermittler dieser Assay untersuchen die Auswirkungen der Codierung SNPs gefunden in der Klinik, um sie für Auswirkungen auf Proteolyse, die Bandbreitenbegrenzung Schritt des PCSK9 Reifung zu bewerten. Darüber hinaus werden diese Methode nützlich bei der Gestaltung von Hochdurchsatz-Bildschirmen Modulatoren des PCSK9 Proteolyse zu identifizieren, die voraussichtlich letzten Endes stören die Präsentation des PCSK9 auf die LDL-R (und modulieren PCSK9s normalem Effekt) . Zu guter Letzt kann dieses Protokoll andere Proteasen mit intrinsisch geringer Aktivität angepasst werden, vorausgesetzt, dass (i) ein paar spezifische Substrat-Protease gefunden werden kann, und (Ii) ein geeigneter intrazellulärer Anker für das Substrat hergestellt werden kann.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die oben beschriebenen Versuchsverfahren präsentieren eine Methode zum überwinden der intrinsisch niedrigen Aktivität der einzelnen Umsatz Protease PCSK9 und seine proteolytische Funktion in einer robusten Weise zu bewerten. Der Schlüsselbegriff des Assays stützt sich auf ein Single-Umsatz-Ereignis in einer enzymatisch verstärkte Auslesen umzuwandeln. Die Stärken des Assays gehören die relativ kurzen Zeitrahmen und Benutzerfreundlichkeit der Luciferase Reporter, als auch die Skalierbarkeit für Hochdurchsatz-Ans?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken die großzügige finanzielle Unterstützung vom NHLBI/NIH (K08 HL124068 und LRP HMOT1243), NCATS/NIH durch die UCSF klinische und Translationale Wissenschaft Institut Catalyst-Programm (UL1 TR000004), des akademischen Senats von UCSF Hellman-Stiftung, eine Gilead Sciences Research Scholar Award, dem ASPIRE Pfizer Herz-Kreislauf-Award (alle John S. Chorba) und dem Howard Hughes Medical Institute (zum Adri M. Galvan und Kevan M. Shokat).
Materials
| PCR Tubes | USA Scientific | 1402-2900 | For PCR |
| Q5 Hot Start | New England Biolabs | M0493L | High-fidelity DNA Polymerase |
| Deoxynucleotide Solution Mix | New England Biolabs | N0447L | dNTPs (for PCR) |
| pPCSK9-NLucProteaseAssay-WT | Auteurs | n/a | Available from authors |
| pPCSK9-NLucProteaseAssay-S386A | Auteurs | n/a | Available from authors |
| Agarose LE | Gold Biotechnology | A-201-100 | For DNA gels |
| E-Gel Imager System with Blue Light Base | ThermoFisher Scientific | 4466612 | For imaging DNA gels |
| SYBR Safe DNA Gel Stain | ThermoFisher Scientific | S33102 | For DNA gels |
| Tris Base | ThermoFisher Scientific | BP152-1 | For DNA gel running buffer |
| Glacial acetic acid | ThermoFisher Scientific | A38-500 | For DNA gel running buffer |
| Ethylenediaminetetraacetic acid solution | Millipore Sigma | 3690 | EDTA, for DNA gel running buffer |
| 1 kb DNA ladder | Gold Biotechnology | D010 | DNA ladder |
| DpnI | New England Biolabs | R0176S | Restriction enzyme |
| LB Agar plates with 100 µg/mL carbenicillin | Teknova | L1010 | LB-Carb plates |
| One Shot Mach1 T Phage-Resistent Chemically Competent E. coli | ThermoFisher Scientific | C862003 | Chemically competent cells |
| LB Broth, Miller | ThermoFisher Scientific | BP1426-2 | LB |
| Carbenicillin | Gold Biotechnology | C-103-5 | Selective antibiotic |
| E.Z.N.A. Plasmid Mini Kit I | Omega BioTek | D6942-02 | DNA Purification Miniprep kit |
| NanoDrop 2000 Spectrophotomer | ThermoFisher Scientific | ND-2000C | Spectrophotometer |
| 293T Cells | American Tissue Culture Collection (ATCC) | CRL-3216 | HEK 293T cells |
| DMEM, high glucose, pyruvate | ThermoFisher Scientific | 11995065 | DMEM, mammalian cell media |
| Fetal Bovine Sera | Axenia Biologix | F001 | FBS |
| Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | ThermoFisher Scientific | 25300062 | Trypsin, for cell dissociation |
| Phosphate buffered saline (PBS) | ThermoFisher Scientific | 10010023 | PBS |
| Countess automated cell counter | ThermoFisher Scientific | C10227 | Automated cell counting |
| Countess cell counting chamber slides | ThermoFisher Scientific | C10228 | Slides for cell counting |
| CELLSTAR Tissue Culture Plates, White, White-Bottom, with Lid | Grenier Bio-One | 655083 | White, white-bottom 96 well plate |
| TempPlate non-skirted 96-well PCR plate, natural | USA Scientific | 1402-9596 | 96 well plate for master plasmid plate |
| Nunc 2.0mL DeepWell Plates | ThermoFisher Scientific | 278743 | 96 well deep well plate |
| Lipofectamine 3000 | ThermoFisher Scientific | L3000008 | Lipid transfection reagent, Lf3K |
| P3000 Reagent | ThermoFisher Scientific | L3000008 | DNA pre-complexation reagent, provided with Lf3K |
| OptiMEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985062 | Reduced serum medium for transfection |
| (+)-Sodium L-ascorbate | Millipore Sigma | A4034 | Sodium ascorbate |
| Sodium chloride | Millipore Sigma | S9888 | NaCl |
| Albumin, Bovine Serum, Fraction V, Low Heavy Metals | Millipore Sigma | 12659 | BSA |
| Methanol (HPLC) | ThermoFisher Scientific | A4524 | MeOH |
| Hydrochloric acid | VWR | JT9535-2 | Concentrated HCl |
| Coelenterazine | Gold Biotechnology | CZ2.5 | Luciferase substrate |
| Syringe Filter, Sterile | ThermoFisher Scientific | 09-720-3 | Sterile filter, PVDF, 0.22 µm pore |
| Pipet-Lite Multi Pipette L12-200XLS+ | Rainin | 17013810 | Multichannel pipette |
| Pipet-Lite Multi Pipette L12-20XLS+ | Rainin | 17013808 | Multichannel pipette |
| Pipet-Lite Multi Pipette L12-10XLS+ | Rainin | 17013807 | Multichannel pipette |
| Reagent reservoir | Corning | 4870 | Trough for reagents |
| Centrifuge tubes, 15 mL | ThermoFisher Scientific | 05-539-12 | 15 mL tubes |
| Centrifuge tubes, 50 mL | Corning | 430829 | 50 mL tubes |
| Spark Microplate Reader | Tecan | N/a | Plate Reader |
| Excel | Microsoft | 2016 for Mac | Spreadsheet software |
| Prism | GraphPad Software | v7 | Scientific data analysis software |
References
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