酵母毒性およびサプレッサースクリーンを用いた細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主経路の同定
Summary
細菌病原体は、重要な生物学的プロセスを標的とする宿主にタンパク質を分泌する。細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主経路を同定することは、分子病因に対処する鍵となる。ここで、毒性細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主経路を解明するために改変酵母サプレッサーおよび毒性スクリーンを用いる方法について説明する。
Abstract
細胞内細菌は、細菌の利益のために宿主タンパク質および/または関連する生物学的経路を覆すために作用する宿主サイトゾルにエフェクタータンパク質と呼ばれる毒性因子を分泌する。細菌ゲノムシーケンシングの進歩や、分泌候補および/または真核様をコードする遺伝子のシリコ同定を可能にするアルゴリズムの出現により、細菌エフェクタータンパク質の同定がより管理しやすくなったドメイン。しかし、これらの重要な毒性因子の同定は、最初のステップに過ぎません。当然のことながら、目的はエフェクタータンパク質の分子機能を決定し、それらが宿主とどのように相互作用するかを解明することです。近年、酵母2ハイブリッドスクリーンや大規模免疫沈降と質量分析を組み合わせた技術が、タンパク質間相互作用の同定に役立っています。宿主結合パートナーの同定は、細菌エフェクタータンパク質の分子機能を解明するための重要な第一歩であるが、宿主タンパク質が複数の生物学的機能(例えば、アクチン、クラトリン、チューブリン)を有することが判明することがある。細菌タンパク質は、ホストタンパク質を物理的に結合させないかもしれないし、操作されている正確な宿主経路に関する重要な情報を研究者から奪う。サプレッサースクリーンと組み合わせた修飾酵母毒性スクリーンは、細菌エフェクタータンパク質の影響を受ける宿主経路を同定するように適合されている。毒性スクリーンは、多くの場合、増殖欠陥として現れる宿主生物学的経路を妨害するエフェクタータンパク質によって引き起こされる酵母の毒性効果に依存する。酵母ゲノムライブラリーの発現は、細菌エフェクタータンパク質の毒性を抑制し、エフェクタータンパク質が標的とする経路内のタンパク質を同定する宿主因子を同定するために使用される。このプロトコルには、毒性画面とサプレッサー画面の両方の詳細な指示が含まれています。これらの技術は、酵母および大腸菌の分子クローニングおよび培養が可能な任意の実験室で行うことができる。
Introduction
ここで提示されたものと同様の手順の最初のレポートは、レジオネラ肺炎球菌型IVエフェクターSidD、Rab11を変質するdeAMPylasを特徴としました。同等の技術は、いくつかのL.肺炎球菌エフェクター1、2、3の特性評価に使用された。アッセイは、コキシエラ・ブルネチーIVエフェクタータンパク質4を特徴付けるために適応され、最近、クラミジア・トラコマティス含有膜タンパク質の特性評価のためにこの技術の有用性が拡張された5.
このプロトコルは、2つの主要な部分に分けることができる:1)目的の細菌エフェクタータンパク質が酵母およびクローンで発現され、成長欠陥によって示される有毒な表現型についてスクリーニングされ、2)酵母サプレッサースクリーン、有毒株中の酵母ゲノムライブラリーの発現により毒性表現型が抑制されるものである。したがって、毒性スクリーンは、目的の細菌エフェクターが過剰発現されたときに増殖欠陥として現れる毒性表現型の画面である。細菌エフェクターで正常に変換され、発現する有毒クローンが選択され、次のステップのために保存されます。第2の主要なステップは、有毒酵母クローン内の部分的に消化された酵母ゲノムライブラリーを過剰発現することを含む。このプロトコルで使用するために提案された酵母ゲノムライブラリを構成するプラスミドは5−20 kbのインサートを運び、通常はすべてのプラスミドにわたって〜1.5kbの平均遺伝子サイズの3−13酵母オープンリーディングフレーム(ORF)に対応し、全酵母ゲノムカバーを表す約10倍。アッセイのこの部分は、細菌エフェクタータンパク質の毒性を抑制することを目的とするように、サプレッサースクリーンと呼ばれる。潜在的なサプレッサープラスミドは、酵母から単離され、配列化され、および同定された抑制ORFである。サプレッサースクリーンの根底にある根拠は、エフェクタータンパク質が標的とする宿主経路の成分に結合し、相互作用し、および/または圧倒される成分を、それらの宿主タンパク質を過剰に戻すことができ、経路に対する毒性効果を救うことができるということです。成長欠陥。したがって、毒性を抑制するORFを同定すると、多くの場合、宿主経路の複数の参加者を表す。次に、直交実験を行い、細菌エフェクターが実際に関連経路と相互作用することを検証します。これは、これらのタンパク質が多数の宿主プロセスに関与しているため、クラトリンやアクチンなどの結合パートナーが同定された場合に特に必要です。さらなる実験は、感染中にエフェクタータンパク質の生理機能を解明することができる。毒性およびサプレッサースクリーンはまた、免疫沈降によって検出するのに十分な親和性を有する宿主タンパク質を物理的に結合しない細菌エフェクタータンパク質の生理機能を解読するための強力なツールであり、酵母2ハイブリッドスクリーンでは検出されない可能性のある酵素的ヒットアンドラン相互作用のホスト。
サプレッサースクリーンは、細菌エフェクタータンパク質と宿主経路との間の潜在的な生理学的相互作用を明らかにする強力な方法であり得るが、細菌エフェクタータンパク質は酵母の増殖欠陥を誘導しなければならない。サプレッサー画面はほとんど役に立ちません。さらに、有毒な表現型は、少なくとも2−3ログ10の成長の欠損をもたらすか、またはサプレッサーを同定することが困難であろう。細胞培養のために実験室が設置されている場合、HeLaなどの一般的な細胞株における毒性のスクリーニングエフェクタータンパク質は、酵母毒性スクリーンを進める努力に値するかどうかについての洞察を与えることができる。HeLa細胞におけるエフェクタータンパク質の湿疹発現は、これらのスクリーン4に用いられる酵母株における毒性と非常に強く相関する毒性をもたらす場合がある。HeLa細胞におけるストレスの観察可能な特徴は、ストレス繊維の喪失、プレートからの細胞剥離、およびアポトーシスを示す核縮合を含む。HeLa細胞におけるストレスの視覚的な徴候は、酵母の増殖欠陥を誘導するための良い候補となるタンパク質を作り、これははるかに迅速に複製し、したがって、本質的な経路の摂動に対してより応答性が高くなります。
サプレッサー画面は、必ずしもホスト・バインディング・パートナーをサプレッサーとして識別するとは限りませんが、ターゲットとするホスト経路の重要なコンポーネントに影響を与える可能性があり、それによってハイジャックされる生物学的プロセスの全体像が得られます。細菌エフェクタータンパク質。表面上、エフェクタータンパク質の結合パートナーを過剰に提供することは、成長欠陥を救出することが期待されるため、これは直感的ではないようです。感染5時に少なくとも10種類のRab GTPアーゼに結合するC.トラコマティスエフェクタープロテインCT229(CpoS)の標的となる経路を同定する取り組みにおいて、Rab結合パートナーのいずれもCT229の毒性を抑制しなかった。しかし、クラトリン被覆小胞(CCV)の密売に関与する多数のサプレッサーが同定され、CT229がRab依存型CCVの密売を特異的に転覆していることを示すさらなる作業につながった。同様に、酵母増殖欠陥を救出したC.ブルネティエフェクタープロテインCbu0041(CirA)を調べたところ、その後、RhoA4に対するGTPアーゼ活性化タンパク質(GAP)としてCirAが機能することが判明した。
細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主経路を解明するための酵母サプレッサースクリーンの有用性はいくら強調してもしすぎることはできず、細胞内細菌エフェクタータンパク質を特徴付けようとする他の研究者は、大きな利益を得ることができます。これらの技術。これらのアッセイは、免疫沈降および/または酵母2つのハイブリッドスクリーンが結合パートナーを見つけることができず、どの経路が細菌エフェクタータンパク質によって標的にされているかを解明できる場合に価値があります。ここでは、細胞内細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主生物学的経路を同定するための毒性およびサプレッサースクリーンの詳細なプロトコルと、これらのアッセイを使用する際に経験した一般的な障害のいくつかおよび対応するソリューション。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、修飾酵母毒性およびサプレッサースクリーンを用いて細菌エフェクタータンパク質を標的とする宿主生物学的経路を同定するためのステップバイステップの手順を概説する。使用される酵母株としては、S.セレビシエW303が、ウラシルおよびロイシンの両方に対する栄養補助である。株のウラシル栄養萎縮は、pYesNTA-Kanベクター上で目的のタンパク質を運ぶ酵母を選?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
シェルビー・アンダーセン、アビー・マッカロー、ローレル・ウッズの支援に感謝します。この研究は、アイオワ大学微生物学・免疫学科からメアリー・M・ウェーバーに資金を提供しました。
Materials
| Agar | Fisher Scientific | BP2641500 | |
| Galactose | MilliporeSigma | G0750-1KG | |
| GeneJet Gel extraction kit | ThermoFisher Scientific | K0691 | |
| GeneJet PCR purification kit | ThermoFisher Scientific | K0701 | |
| GeneJet plasmid miniprep kit | Thermo | K0503 | |
| Glucose | MilliporeSigma | G8270-1KG | |
| Herring Sperm DNA | Promega | D1811 | |
| KpnI-HF | New England Biolabs | R3142S | |
| Lithium acetate dihydrate | MilliporeSigma | L6883-250G | |
| Peptone | Fisher Scientific | ||
| Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs | M0530 | |
| Poly(ethylene glycol) 3350 | MilliporeSigma | 1546547-1G | |
| pYep13 | ATCC | 37323 | |
| T4 DNA ligase | New England Biolabs | M0202S | |
| Tryptophan | MilliporeSigma | 470031-1G | |
| XhoI-HF | New England Biolabs | R0146S | |
| Yeast extract | Fisher Scientific | BP1422-500 | |
| Yeast miniprep kit | Zymo | D2001 | |
| Yeast nitrogen base without amino acids | MilliporeSigma | Y0626-250G | |
| Yeast Synthetic Drop-out Medium Supplements | MilliporeSigma | Y1501-20G | without uracil |
| Yeast Synthetic Drop-out Medium Supplements | MilliporeSigma | Y1771-20G | without uracil, leucine, tryptophan |
References
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