Amiloid beta-Protein, Alzheimer hastalığının etkeni Aptamers Seçimi
Summary
Aptamers tarafından seçilen kısa ribo-/deoxyribo-oligonucleotides<em> In-vitro</em> Belirli bir hedef için yakınlığına göre evrim yöntemleri. Aptamers, tedavi, tanı ve araştırma çok yönlü uygulamaları ile moleküler tanıma araçları. Biz amiloid beta protein, Alzheimer hastalığının etkeni aptamers seçimi için yöntemler göstermektedir.
Abstract
Alzheimer hastalığı (AH) 1 presymptomatic tanı zor kılan sinsi bir seyir ile ilerici, yaşa bağlı, nörodejeneratif bir bozukluktur . Kesin MS tanısı, böylece AD presymptomatic, erken tanı, etkin tedaviler 2,3 geliştirmek ve yönetmek için çok önemlidir kurulması, sadece postmortem elde edilir.
Β amiloid protein (Aβ), MS patogenezinde merkezi. Çözünür, oligomerik Aβ meclisleri AD 4,5 nörotoksisite altında yatan sinaptik fonksiyon bozukluğu ve nöron kaybı etkilediğine inanılmaktadır . Çözünür Aβ meclislerinin çeşitli şekillerde tarif edilmiştir, ancak onların ilişkileri ve AD etyolojisi ve patogenezi ile ilgili karmaşık ve iyi 6 anlaşılmış değildir. Spesifik moleküler tanıma araçları Aβ meclisleri arasındaki ilişkiler çözülmeye ve belirtiler ortaya çıkmadan önce erken hastalık seyri bu meclislerin tespiti ve karakterizasyonu kolaylaştırmak. Moleküler tanıma antikorlar genellikle dayanır. Ancak, moleküler tanıma araçları, aptamers, alternatif bir sınıfı antikorların 7,8 göre önemli avantajlar sunuyor. Üstel zenginleştirme (SELEX) 9,10 ligandların sistematik evrim: Aptamers in-vitro seçim tarafından oluşturulan oligonükleotidler. SELEX Darwinci evrim benzer sağlar, iteratif bir süreç seçimi, amplifikasyon, zenginleştirme, ve devamına bir özellik, örneğin, arzulu, özel, ligand bağlanması (aptamers) veya katalitik aktivitesi (ribozimlerle rekabet ederek geçmişlerdir ve DNAzymes).
Modern biyoteknoloji ve tıp 11 aptamers araçları olarak ortaya çıkması rağmen, amiloid alanında atıl olmuştur. Birkaç RNA veya ssDNA aptamers prion proteinlerin (PrP) 12-16 çeşitli biçimlerine karşı seçilmiştir. Rekombinant sığır PrP karşı oluşturulan bir RNA aptamer amiloid fibrillerinin 18 formları tam uzunlukta PrP çözünür, polimerik, β-tabaka zengin konformasyonel varyant, sığır PrP-β 17 tanımayı gösterildi. Aptamers fibriler β 2-mikroglobulin (β 2 m) yanı sıra, diğer bazı amiloidojenik proteinlerin β 2 m fibrillerin 19 fibriller bağlamak bulundu monomerik ve çeşitli formları kullanılarak oluşturulur. Ylera et al. immobilize monomerik Aβ40 20 karşı seçilen RNA aptamers nitelendirdi. Beklenmedik bir şekilde, bu aptamers fibriler Aβ40 bağlı. Toplamda, bu veriler, birçok önemli soruları gündeme. Neden monomerik proteinlere karşı seçilen aptamers polimerik biçimlerini biliyoruz? Amiloidojenik proteinler monomerik ve / veya oligomerik formları karşı aptamers elde edilebilir? Bu sorulara yanıt için, biz, fotoğraf kaynaklı çapraz bağlama (PICUP) 22,23 değiştirilmemiş proteinleri kullanılarak oluşturulan kovalent stabilize oligomerik Aβ40 21 aptamers seçmek için çalıştı . Önceki bulgularla 17,19,20 benzer şekilde, bu aptamers muhtemelen yapısal bir aptatope 21 potansiyel ortak amiloid tanıma Aβ ve diğer bazı amiloidojenik proteinler liflerinde tepki gösterdi. Burada, biz, bu aptamers 21 üretiminde kullanılan SELEX metodoloji mevcut .
Protocol
Discussion
SELEX sürecinin başlangıç noktası, genellikle 10 12 -10 15 dizileri içeren bir rasgele oligonükleotid kütüphane sentezi . RNA SELEX, burada gösterdi ise DNA SELEX, bu kütüphane, bir ssDNA havuz oluşturulur sonra doğrudan kullanılır, ssDNA kütüphane in-vitro transkripsiyon tarafından enzimatik bir RNA havuzu ilk dönüştürülür. Sonra her döngü maruz kalma ve amaçlanan hedef için oligonükleotidler bağlayıcı oluşur sayede SELEX bağlayıcı olmayan dizile…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, California Halk Sağlığı Bölümü'nden NIH / NIA ve 07-65798 AG030709 hibe tarafından desteklenmiştir. Peptid sentezi ve amino asit analizi, yardım ve proje destek ve reaktiflerin sağlanması için Dr Chi-Hong B. Chen ilk adımları destekleyen Dr Elizabeth F. Neufeld, ve Dr. Andrew D Margaret M. Condron kabul yararlı tartışmalar için Ellington.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Aβ40 | UCLA Biopolymers Laboratory | Lyophilized powder | ||
| MX5 Automated-S Microbalance | Mettler Toledo | |||
| Silicon-coated, 1.6-ml tubes | Denville Scientific | C19033 or C19035 | ||
| 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) | TCI America | H0424 | Use in a fume hood. | |
| Ammonium persulfate | Sigma | A-7460 | Vortex until the solution is clear. APS is prepared freshly each time and should be used within 48 h. | |
| Tris(2,2-bipridyl)dichlororuthenium(II) hexahydrate | Sigma | 224758-1G | Vortex until the solution is clear. Cover the RuBpy tube with foil to protect the reagent from ambient light. RuBpy is prepared freshly each time and should be used within 48 h. | |
| Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 43815 | ||
| D-Salt™ Excellulose™ desalting columns | Thermo Scientific | 20449 | ||
| Ammonium acetate | Fisher Scientific | A637-500 | ||
| Silicon-coated, 0.6-ml tubes | Denville Scientific | C19063 | ||
| Novex Tricine Gels (10–20%) | Invitrogen | EC6625B0X | 10-well; mini size (8 cm X 8 cm); 25 μl loading volume per well; separation range 5 kDa to 40 kDa | |
| Quartz cuvette | Hellma | 105.250-QS | ||
| Beckman DU 640 spectrophotometer | Beckman | |||
| ssDNA library | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | The library was designed to contain 49 random nucleotides flanked by two constant regions containing primer-binding and cloning sites: 5′-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ATT CCG CGT GTG C (N:25:25:25:25%) (N)49 G TCC GTT CGG GAT CCT C-3′ | |
| Taq DNA polymerase | USB Corporation | 71160 | Recombinant Thermus aquaticus DNA Polymerase supplied with 10× PCR Buffer and a separate tube of 25 mM MgCl2 for routine PCR. | |
| PCR Nucleotide Mix, 10 mM solution | USB Corporation | 77212 | (10 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP) | |
| Forward primer | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | 5′-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ATT CCG CGT GTG C-3′ | |
| Reverse primer | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | 5′-GAG GAT CCC GAA CGG AC-3′ | |
| Thermal cycler | Denville Scientific | Techne TC-312 | ||
| QIAquick PCR Purification Kit (50) | QIAGEN | 28104 | ||
| Agarose | Denville Scientific | CA3510-8 | ||
| Conical, sterile 1.6-ml tubes with caps attached with O-rings | Denville Scientific | C19040-S | ||
| RiboMAX™ Large Scale RNA Production System–T7 | Promega | P1300 | The kit contains: 120 μl Enzyme Mix (RNA polymerase, recombinant RNasin® ribonuclease inhibitor and recombinant inorganic pyrophosphatase); 240 μl transcription 5 buffer; 100 μl each of 4 rNTPs, 100 mM; 110 U RQ1 RNase-free DNase, 1 U/μl; 10 μl linear control DNA, 1 mg/ml; 1 ml 3M sodium acetate (pH 5.2); 1.25 ml nuclease-Free water | |
| α-32P-cytidine 5′-triphosphate, 250 μCi (9.25 MBq), | Perkin Elmer | BLU008H250UC | Specific Activity: 3000 Ci (111 TBq)/mmol, 50 mM Tricine (pH 7.6) | |
| Citrate-saturated phenol:chloroform:isoamyl alcohol (125:24:1, pH 4.7) | Sigma (Fluka) | 77619 | ||
| Chloroform:Isoamyl alcohol (24:1) | Sigma | C0549 | ||
| Absolute ethanol for molecular biology | Sigma | E7023 | ||
| Z216-MK refrigerated microcentrifuge | Denville Scientific | C0216-MK | ||
| illustra ProbeQuant™ G-50 Micro Columns | GE Healthcare | Obtained from Fisher Scientific (45-001-487) | Prepacked with Sephadex™ G-50 DNA Grade and pre-equilibrated in STE buffer containing 0.15% Kathon as Biocide | |
| Triathler Bench-top Scintillation counter | Hidex Oy, Turku, Finland | Triathler LSC Model: 425-034 | ||
| Novex® TBE-Urea Sample Buffer (2×) | Invitrogen | LC6876 | ||
| 6% TBE-Urea Gels 1.0 mm, 10 wells | Invitrogen | EC6865BOX | ||
| Novex® TBE Running Buffer (5×) | Invitrogen | LC6675 | ||
| Radioactivity decontaminant | Fisher Scientific | 04-355-67 | ||
| Gel-loading tips | Denville Scientific | P3080 | ||
| XCell SureLock Mini-Cell | Invitrogen | EI0001 | XCell SureLock Mini-Cell | |
| Autoradiography film | Denville Scientific | E3018 | Use in complete darkness | |
| Autoradiography film, Hyperfilm™ ECL | Amersham Biosciences | RPN3114K | Can be used under red safe light. | |
| Membrane discs | Millipore | GSWP02500 | Mixed cellulose ester, hydrophilic, 0.22-μm disc membranes | |
| Fritted glass support base for 125-ml flask | VWR | 26316-696 | ||
| Petri dishes | Fisher Scientific | 08-757-11YZ | ||
| Urea | Fisher Scientific | AC32738-0050 | ||
| EDTA | Fisher Scientific | 118430010 | ||
| Glycogen | Sigma | G1767 | ||
| 2-Propanol for molecular biology | Sigma | I9516 | ||
| Recombinant RNase inhibitor | USB Corporation | 71571 | ||
| ImProm-II™Reverse Transcription System | Promega | A3802 | ||
| Recombinant RNase inhibitor | USB Corporation | 71571 | ||
| RapidRun™ Loading Dye | USB Corporation | 77524 |
References
- Monien, B. H., Apostolova, L. G., Bitan, G. Early diagnostics and therapeutics for Alzheimer’s disease-how early can we get there. Expert. Rev. Neurother. 6, 1293-1306 (2006).
- Nestor, P. J., Scheltens, P., Hodges, J. R. Advances in the early detection of Alzheimer’s disease. Nat. Med. 10, S34-S41 (2004).
- Kawas, C. H. Clinical practice. Early Alzheimer’s disease. N. Engl. J. Med. 349, 1056-1063 (2003).
- Haass, C., Selkoe, D. J. Soluble protein oligomers in neurodegeneration: lessons from the Alzheimer’s amyloid β-peptide. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 8, 101-112 (2007).
- Kirkitadze, M. D., Bitan, G., Teplow, D. B. Paradigm shifts in Alzheimer’s disease and other neurodegenerative disorders: the emerging role of oligomeric assemblies. J. Neurosci. Res. 69, 567-577 (2002).
- Rahimi, F., Shanmugam, A., Bitan, G. Structure-function relationships of pre-fibrillar protein assemblies in Alzheimer’s disease and related disorders. Curr. Alzheimer Res. 5, 319-341 (2008).
- Jayasena, S. D. Aptamers: an emerging class of molecules that rival antibodies in diagnostics. Clin. Chem. 45, 1628-1650 (1999).
- Bunka, D. H., Stockley, P. G. Aptamers come of age – at last. Nat. Rev. Microbiol. 4, 588-596 (2006).
- Ellington, A. D., Szostak, J. W. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature. 346, 818-822 (1990).
- Tuerk, C., Gold, L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase. Science. 249, 505-510 (1990).
- Lee, J. F., Stovall, G. M., Ellington, A. D. Aptamer therapeutics advance. Curr. Opin. Chem. Biol. 10, 282-289 (2006).
- Weiss, S. RNA aptamers specifically interact with the prion protein PrP. J. Virol. 71, 8790-8797 (1997).
- Bibby, D. F. Application of a novel in vitro selection technique to isolate and characterise high affinity DNA aptamers binding mammalian prion proteins. J. Virol. Methods. 151, 107-115 (2008).
- Rhie, A. Characterization of 2′-fluoro-RNA aptamers that bind preferentially to disease-associated conformations of prion protein and inhibit conversion. J. Biol. Chem. 278, 39697-39705 (2003).
- King, D. J., Safar, J. G., Legname, G., Prusiner, S. B. Thioaptamer interactions with prion proteins: sequence-specific and non-specific binding sites. J. Mol. Biol. 369, 1001-1014 (2007).
- Proske, D. Prion-protein-specific aptamer reduces PrPSc formation. ChemBioChem. 3, 717-725 (2002).
- Murakami, K., Nishikawa, F., Noda, K., Yokoyama, T., Nishikawa, S. Anti-bovine prion protein RNA aptamer containing tandem GGA repeat interacts both with recombinant bovine prion protein and its β isoform with high affinity. Prion. 2, 73-80 (2008).
- Luhrs, T., Zahn, R., Wuthrich, K. Amyloid formation by recombinant full-length prion proteins in phospholipid bicelle solutions. J. Mol. Biol. 357, 833-841 (2006).
- Bunka, D. H. Production and characterization of RNA aptamers specific for amyloid fibril epitopes. J. Biol. Chem. 282, 34500-34509 (2007).
- Ylera, F., Lurz, R., Erdmann, V. A., Furste, J. P. Selection of RNA aptamers to the Alzheimer’s disease amyloid peptide. Biochem. Biophys. Res. Commun. 290, 1583-1588 (2002).
- Rahimi, F., Murakami, K., Summers, J. L., Chen, C. H., Bitan, G. RNA aptamers generated against oligomeric Aβ40 recognize common amyloid aptatopes with low specificity but high sensitivity. PLoS ONE. 4, e7694-e7694 (2009).
- Bitan, G., Lomakin, A., Teplow, D. B. Amyloid β-protein oligomerization: prenucleation interactions revealed by photo-induced cross-linking of unmodified proteins. J. Biol. Chem. 276, 35176-35184 (2001).
- Rahimi, F., Maiti, P., Bitan, G. Photo-induced cross-linking of unmodified proteins (PICUP) applied to amyloidogenic peptides. J. Vis. Exp. , (2009).
- Bitan, G., Fradinger, E. A., Spring, S. M., Teplow, D. B. Neurotoxic protein oligomers-what you see is not always what you get. Amyloid. 12, 88-95 (2005).
- Bitan, G. Structural study of metastable amyloidogenic protein oligomers by photo-induced cross-linking of unmodified proteins. Methods Enzymol. 413, 217-236 (2006).
- Chen, C. H., Chernis, G. A., Hoang, V. Q., Landgraf, R. Inhibition of heregulin signaling by an aptamer that preferentially binds to the oligomeric form of human epidermal growth factor receptor-3. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 9226-9231 (2003).
- Adams, D. S. . Lab math: a handbook of measurements, calculations, and other quantitative skills for use at the bench. , (2003).
- Gopinath, S. C. Methods developed for SELEX. Anal. Bioanal. Chem. 387, 171-182 (2007).
- Takahashi, T., Tada, K., Mihara, H. RNA aptamers selected against amyloid β-peptide (Aβ) inhibit the aggregation of Aβ. Mol. Biosyst. 5, 986-991 (2009).
