Monitoraggio dell'assemblaggio eIF4F misurando l'interazione eIF4E-eIF4G nelle cellule vive
Summary
Qui presentiamo un protocollo per misurare l’interazione eIF4E-eIF4G nelle cellule vive che consentirebbe all’utente di valutare la perturbazione indotta da farmaci delle dinamiche complesse eIF4F nei formati di screening.
Abstract
La formazione del complesso eIF4F ha dimostrato di essere il nodo chiave a valle per la convergenza delle vie di segnalazione che spesso subiscono l’attivazione oncogenica nell’uomo. eIF4F è un complesso di legame cap coinvolto nella fase di reclutamento mRNA-ribosoma dell’iniziazione alla traduzione. In molti modelli cellulari e precli clinici di tumori, la deregolamentazione dell’eIF4F porta a una maggiore traduzione di specifici sottoinsiemi di mRNA coinvolti nella proliferazione e nella sopravvivenza del cancro. eIF4F è un complesso etero-trimerico costruito dalla subunità eIF4E legante il tappo, dall’elisocca eIF4A e dalla subunità di impalcature eIF4G. Fondamentale per l’assemblaggio di complessi attivi eIF4F è l’interazione proteina-proteina tra proteine eIF4E ed eIF4G. In questo articolo viene descritto un protocollo per misurare l’assembly eIF4F che monitora lo stato dell’interazione eIF4E-eIF4G nelle celle vive. Il saggio di interazione proteina-proteina a base cellulare eIF4e:4G consente inoltre di valutare in modo accurato e affidabile i cambiamenti indotti dai farmaci nell’integrità complessa di eIF4F. Immaginiamo che questo metodo possa essere applicato per verificare l’attività dei composti disponibili in commercio o per un ulteriore screening di nuovi composti o modalità che interrompono in modo efficiente la formazione del complesso eIF4F.
Introduction
Il controllo dell’espressione genica gioca un ruolo fondamentale nella corretta esecuzione di programmi cellulari come la proliferazione e la differenziazione della crescita. Un meccanismo di controllo normativo può essere esercitato sia a livello di trascrizione genica che a livello di traduzione dell’mRNA. Nell’ultimo decennio, è diventato sempre più evidente che il controllo traslazionale per modulazione del processo di iniziazione piuttosto che le fasi successive di allungamento e terminazione possono regolare finemente la sintesi di sottoinsiemi specifici di proteine che svolgono una vasta gamma di funzioni biologiche.
Una maggiore traduzione degli mRNA coinvolti nella sopravvivenza, nelle risposte anti-autofagiche e anti-apoptotiche è stata implicata in diversi tumori e sono state anche causalmente collegate all’attivazione aberrante o all’espressione sovraesperienza dei fattori di iniziazionealla traduzione 1.
Il complesso eIF4F è un regolatore principale dell’avvio della traduzione. Legando la struttura del limite alla fine dei 5′ mRNA, eIF4F sta guidando il reclutamento iniziale di mRNA-ribosoma e, a sua volta, aumentando l’efficienza di traduzione dell’mRNA degli mRNA eucariotidebolmente tradotti 2. La traduzione mediata da eIF4F di mRNA correlati al cancro è stata segnalata per molti modelli di cancro che ospitano l’attivazione aberrante delle vie RAS/MAPK o AKT/TOR, suggerendo che le cellule tumorali upregolano eIF4F per aumentare la propria attività pro-neoplastica. L’interruzione di questo ciclo feed-forward inibendo la formazione complessa eIF4F è quindi una strategia terapeuticamolto promettente 3,4.
Il complesso eIF4F è costituito da (i) eIF4E, la subunità di legame con il tappo di eIF4F che interagisce con la struttura del cappuccio trovata al 5′ UTR di mRNA, (ii) eIF4A, l’RNA elicase e (iii) eIF4G, la proteina dell’impalcatura che interagisce sia con eIF4A che con eIF4E e che alla fine recluta la subunità ribosomiale 40S5. L’associazione eIF4G con eIF4E è il passo limitante della velocità per l’assemblaggio di complessi eIF4F funzionali ed è regolata negativamente dalle proteine leganti eIF4E (4EMP, membri 1, 2 e 3))6. Competendo con l’associazione eIF4G a eIF4E attraverso un’interfaccia costituita da sequenze di associazione eIF4E canoniche e non canoniche7,8,9 (regione compresa tra aa 604-646 sull’eIF4E umano), 4EBP riduce il pool di eIF4E attivamente coinvolti nella traduzione e impedisce la formazione complessa eIF4F. L’interazione di queste interazioni proteina-proteina è regolata principalmente dal bersaglio dei mammiferi della fosforilazione mediata dalla rapamicina (mTOR) di 4EBP. Su stimoli mitogenici, mTOR fosforilati direttamente i membri della famiglia proteica 4E-BP, diminuendo la loro associazione con eIF4E e, quindi, promuovendo l’interazione eif4E-eIF4G e la formazione di complessi funzionali eIF4F10.
Nonostante il grande sforzo nello sviluppo di composti mirati all’integrità complessa di eIF4F, la mancanza di saggi che misurano l’interruzione diretta dell’interazione eIF4E-eIF4G nelle cellule vive ha limitato la ricerca di composti colpiti attivi cellulari. Abbiamo applicato un saggio di luciferasi basato su un analogo coelenterazina (ad esempio, test di complementazione basato su Nanoluc) per monitorare in tempo reale lo stato dell’integrità eIF4F attraverso l’interazione eIF4E-eIF4G. Il sistema proteico di complementazione della luciferasi è costituito da un frammento proteico da 18 kDa (SubA) e 11 frammenti di peptide amminoacido (SubB) ottimizzati per un’auto-associazione minimae stabilità 11. Una volta espresse come prodotto di fusione con l’eIF4E a figura intera umana e il dominio di interazione eIF4E di eiF4G1 umano (aa 604-646), le due proteine interagenti porteranno il frammento SubA e SubB in prossimità l’una dell’altra e indurranno la formazione della luciferasi attiva che, in presenza di un substrato permeabile cellulare, alla fine genererà un segnale luminoso luminescente (Figura 1). Abbiamo segnalato altrove la costruzione e la convalida del sistema di complemento eIF4E:eIF4G604-646 16.
Qui descriviamo come il sistema di complementazione eIF4E:eIF4G604-646 (disponibile su richiesta) può essere applicato per misurare con precisione l’interruzione eIF4E-eIF4G mediata da 4EBP1 nelle cellule vive. Inoltre, dimostriamo la sua utilità misurando gli effetti di diversi inibitori mTOR che sono attualmente in fase di sperimentazione clinica come potenziali farmaci terapeutici contro ilcancro 12. Poiché gli effetti off-target spesso mascherano l’attività specifica del farmaco, descriviamo anche come la versatilità della misurazione del sistema eIF4E:eIF4G604-646 può essere estesa con misurazioni ortogonali della vitalità cellulare per tenerne conto.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il metodo descritto in questo articolo utilizza un saggio di complementazione basato sulla luciferasi per monitorare quantitativamente l’assemblaggio complesso eIF4F attraverso la misurazione diretta dell’interazione eIF4G-eIF4E nelle cellule vive. Abbiamo fornito dettagli per l’uso del sistema di completamento eIF4E-eIF4G e abbiamo anche dimostrato che il sistema è estremamente accurato nella misurazione della dissociazione mediata da 4EBP1 indotta da farmaci dell’interazione eIF4E-eIF4G16. Al f…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal budget principale del p53lab (BMSI, A*STAR) e dalla sovvenzione VIP JCO (A*STAR).
Materials
| 293FT cells | Thermo Fisher Scientific | R70007 | |
| Cell culture microplate 96 well, F-Bottom | greiner bio-one | 655083 | |
| Cell titer Glo 2.0 | PROMEGA | G9241 | |
| Envision Multilabel Reader | PerkinElmer | not applcable | |
| Finnpipette F2 Multichannel Pipettes 12-channels 30-300 ml | Thermo Fisher Scientific | 4662070 | |
| Finnpipette F2 Multichannel Pipettes 12-channels 5-50 ml | Thermo Fisher Scientific | 4662050 | |
| FUGENE6 | PROMEGA | E2692 | |
| Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher Scientific | L3000015 | |
| NanoBiT PPI Starter Systems | PROMEGA | N2014 | |
| Optimem I Reduced Serum Mediun, no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 11058021 | |
| Orbital shaker | Eppendorf | not appicable | |
| γ-Aminophenyl-m7GTP (C10-spacer)-Agarose | Jena Bioscience | AC-155S |
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