Un método de detección para la identificación de medicamentos que promueven la heterocromatina utilizando Drosophila
Summary
Drosophila es un modelo experimental ampliamente utilizado adecuado para la detección de medicamentos con posibles aplicaciones para la terapia oncológica. Aquí, describimos el uso de fenotipos de color ocular variegados Drosophila como un método para el cribado de compuestos de moléculas pequeñas que promueven la formación de heterocromatina.
Abstract
La drosofilia es un excelente organismo modelo que se puede utilizar para detectar compuestos que podrían ser útiles para la terapia oncológica. El método descrito aquí es un método in vivo rentable para identificar compuestos que promueven la heterocromatina mediante el uso de Drosophila. La cepa DX1 de la Drosophila, con un fenotipo de color de ojos variado que refleja las extensiones de la formación de heterocromatina, proporcionando así una herramienta para una prueba de drogas que promueve la heterocrocina. En este método de cribado, la variegación ocular se cuantifica en función de la superficie de pigmentación roja que ocupa partes del ojo y se puntua en una escala de 1 a 5. El método de cribado es sencillo y sensible y permite probar compuestos in vivo. La detección de medicamentos con este método proporciona una manera rápida y económica de identificar medicamentos que promueven la heterocromatina que podrían tener efectos beneficiosos en las terapias contra el cáncer. La identificación de compuestos que promueven la formación de heterocromatina también podría conducir al descubrimiento de mecanismos epigenéticos del desarrollo del cáncer.
Introduction
La heterocrocritina es una forma condensada de ADN que desempeña un papel central en la expresión génica, en la regulación de la segregación cromosómica durante la división celular y en la protección contra la inestabilidad del genoma1. Se ha considerado que la heterocromía es un regulador de la represión génica y para proteger la integridad cromosómica durante la mitosis celular2,3. Se asocia con la di- y trimetilación de la histona H3 lisina 9 (H3K9me) durante el compromiso de linaje4,5. Además, el reclutamiento de proteínas cromodominio de la proteína 1 de la heterocromía (HP1) también se considera asociado con la heterocromía y la represión epigenética de la expresión génica6. Estas proteínas son componentes esenciales y marcadores de la formación de heterocromatina.
Dado que la inestabilidad genómica permite a las células adquirir alteraciones genéticas que promueven la carcinogénesis, la heterocrocina es cada vez más reconocida en el desarrollo del cáncer y puede ser dirigida para el tratamiento del cáncer7,8. Actualmente, no hay medicamentos que estén bien establecidos para ayudar a la formación de heterocromatina. Aquí, presentamos un método simple y rápido pero eficiente para el cribado de compuestos de moléculas pequeñas que promueven la formación de heterocromatina. El cribado se realiza mediante el tratamiento de Drosophila con una biblioteca de fármacos de moléculas pequeñas. Este método aprovecha un fenotipo de color de ojo variado en la cepaDrosophila DX1que está influenciado por los niveles de heterocromatina. Las moscas DX1 contienen una matriz en tándem de siete transgenes P[lac-w], que tienen la expresión/depresión variada dependiendo de la heterocromatización, por lo tanto, el grado de variegación en el color de los ojos refleja el nivel de heterocrocromatina. Específicamente, el aumento de la heterocromatina podría ser detectado por la creciente proporción de color ocular variado (ojo blanco). Por el contrario, la disminución de la heterocrocina se detectaría por la creciente proporción de la expresión transgénica P[lac-w] (ojo rojo)9,10,11,12.
Por lo tanto, aprovechamos este sistema de transgénesis Drosophila que produce un fenotipo de color ocular variado ya que su expresión está directamente correlacionada con la cantidad de heterocrocina presente. Tras el descubrimiento de compuestos que se sospecha que promueven la formación de heterocromatina, podemos confirmar esta sospecha utilizando otros métodos como la mancha occidental. Estas sustancias promotoras de heterocromatina pueden desarrollarse aún más para ensayos clínicos en pacientes en el futuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
La heterocrocrotina es una forma condensada de ADN que desempeña un papel central en la regulación de la expresión génica. Cada vez es más reconocido en el cáncer y puede servir como un objetivo potencial para la terapia oncológica15,16,17,18. Compuestos de molécula pequeña se utilizan comúnmente en el desarrollo de fármacos debido a las ventajas en la fabricación, preservación, y …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a J. Birchler, E. Bach y el Bloomington Drosophila Stock Center por varias cepas drosophila; el Programa de Terapéutica del Desarrollo del Instituto Nacional del Cáncer (NCI) para la Biblioteca de fármacos de moléculas pequeñas; Estudiantes de pregrado de la UCSD incluyendo Amy Chang, Taesik You, Jessica Singh-Banga, Rachel Meza y Alex Chávez. La investigación reportada en esta publicación fue apoyada por una beca de investigación de la American Thoracic Society a J.L. y financiación de NIH: R01GM131044 a W.X.L.
Materials
| Drosophila | DX1 strain | DX1 flies were kindly provided by James Birchler (University of Missouri) | |
| Drosophila food media | UCSD fly kitchen | ||
| Methotrexate | NCI drug library | ||
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | D2650 | |
| Ethyl alcohol | Sigma | E7023-500ML |
References
- Morgan, M. A., Shilatifard, A. Chromatin signatures of cancer. Genes Development. 29 (3), 238-249 (2015).
- Saksouk, N., Simboeck, E., Dejardin, J. Constitutive heterochromatin formation and transcription in mammals. Epigenetics Chromatin. 8, 3 (2015).
- Allshire, R. C., Madhani, H. D. Ten principles of heterochromatin formation and function. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 19 (4), 229-244 (2018).
- Jenuwein, T., Allis, C. D. Translating the histone code. Science. 293 (5532), 1074-1080 (2001).
- Grewal, S. I., Moazed, D. Heterochromatin and epigenetic control of gene expression. Science. 301 (5634), 798-802 (2003).
- Heard, E. Delving into the diversity of facultative heterochromatin: the epigenetics of the inactive X chromosome. Current Opinion in Genetics & Development. 15 (5), 482-489 (2005).
- Ci, X., et al. Heterochromatin Protein 1alpha Mediates Development and Aggressiveness of Neuroendocrine Prostate Cancer. 암 연구학. 78 (10), 2691-2704 (2018).
- Zhu, Q., et al. Heterochromatin-Encoded Satellite RNAs Induce Breast Cancer. Molecular Cell. 70 (5), 842-853 (2018).
- Dorer, D. R., Henikoff, S. Expansions of transgene repeats cause heterochromatin formation and gene silencing in Drosophila. Cell. 77 (7), 993-1002 (1994).
- Fanti, L., Dorer, D. R., Berloco, M., Henikoff, S., Pimpinelli, S. Heterochromatin protein 1 binds transgene arrays. Chromosoma. 107 (5), 286-292 (1998).
- Shi, S., et al. JAK signaling globally counteracts heterochromatic gene silencing. Nature Genetics. 38 (9), 1071-1076 (2006).
- Shi, S., et al. Drosophila STAT is required for directly maintaining HP1 localization and heterochromatin stability. Nature Cell Biology. 10 (4), 489-496 (2008).
- Ronsseray, S., Boivin, A., Anxolabehere, D. P-Element repression in Drosophila melanogaster by variegating clusters of P-lacZ-white transgenes. 유전학. 159 (4), 1631-1642 (2001).
- Loyola, A. C., et al. Identification of methotrexate as a heterochromatin-promoting drug. Scientific Reports. 9 (1), 11673 (2019).
- Dialynas, G. K., Vitalini, M. W., Wallrath, L. L. Linking Heterochromatin Protein 1 (HP1) to cancer progression. Mutation Research. 647 (1-2), 13-20 (2008).
- Janssen, A., Colmenares, S. U., Karpen, G. H. Heterochromatin: Guardian of the Genome. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 34, 265-288 (2018).
- Zhu, Q., et al. BRCA1 tumour suppression occurs via heterochromatin-mediated silencing. Nature. 477 (7363), 179-184 (2011).
- Hu, X., et al. Unphosphorylated STAT5A stabilizes heterochromatin and suppresses tumor growth. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (25), 10213-10218 (2013).
