Summary

Detectie van alternatieve splicing Tijdens-mesenchymale transitie

Published: October 09, 2014
doi:

Summary

Alternative splicing regulation has been shown to contribute to the epithelial-mesenchymal transition (EMT), an essential cellular program in various physiological and pathological processes. Here we describe a method utilizing an inducible EMT model for the detection of alternative splicing during EMT.

Abstract

Alternative splicing plays a critical role in the epithelial-mesenchymal transition (EMT), an essential cellular program that occurs in various physiological and pathological processes. Here we describe a strategy to detect alternative splicing during EMT using an inducible EMT model by expressing the transcription repressor Twist. EMT is monitored by changes in cell morphology, loss of E-cadherin localization at cell-cell junctions, and the switched expression of EMT markers, such as loss of epithelial markers E-cadherin and γ-catenin and gain of mesenchymal markers N-cadherin and vimentin. Using isoform-specific primer sets, the alternative splicing of interested mRNAs are analyzed by quantitative RT-PCR. The production of corresponding protein isoforms is validated by immunoblotting assays. The method of detecting splice isoforms described here is also suitable for the study of alternative splicing in other biological processes.

Introduction

De epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) is een ontwikkelings-programma dat orgaan morfogenese en weefselremodellering rijdt tijdens de embryogenese. Bij abnormaal geactiveerd, EMT bevordert tumor uitzaaiingen en orgaanfibrose 1,2. Overtuigend studies hebben het belang van transcriptionele regulatie beschreven tijdens het proces van EMT, bepaald door verscheidene transcriptiefactoren, zoals Twist, Slak en ZEB, die de expressie van de adherens junction eiwit E-cadherine onderdrukken, wat resulteert in verlies van klinkers steenachtige epitheliale morfologie en winst van een spoelvormige mesenchymale fenotype 3-8. Recente studies door genoom-brede analyse van RNA bleek dat er een groep genen waarvan splicing patronen tezamen met epitheliale en mesenchymale fenotypen 9,10. Werk van onze labo functioneel verbonden alternatieve splicing en EMT. Door het bestuderen van het celoppervlak adhesie molecuul CD44, we dat CD44 altern aangetoondtieve splicing wordt strak gereguleerd tijdens EMT, en nog belangrijker, dat CD44 splice isovorm causaal schakelen bijdraagt ​​aan EMT 11.

Alternatieve splicing is een wijdverspreide en geconserveerde model van genregulatie, zoals tot 95% van menselijke multi-exon genen alternatief gesplitste 12-14. Door het genereren van meerdere eiwitproducten uit een enkel gen, alternatieve splicing een essentieel mechanisme voor diversiteit eiwit, het toevoegen van een laag van complexiteit aan het menselijk genoom. Als zodanig kan ontregeling van alternatieve splicing kunnen leiden tot ernstige biologische effecten veroorzaken menselijke ziekten. Inderdaad, heeft afwijkende alternatieve splicing in ziekten gedocumenteerd voor meer dan een decennium 15-25, met inbegrip van recente bevindingen dat mutaties in genen die coderen voor de spliceosome machines gewoonlijk worden aangetroffen in myelodysplastisch syndroom 26-28. Derhalve ontwikkeling van betrouwbare methoden voor de detectie van alternatief gesplitste isoforms is van groot belang in de studie van diverse biologische processen zoals EMT.

Hier bieden we een protocol om veranderingen in alternatieve splicing met een induceerbare EMT model detecteren. De werkwijzen voor het ontwerpen van PCR primers en het detecteren splice isovormen zijn niet alleen geschikt voor de studie van alternatieve splicing gedurende EMT, maar ook voor de studie van alternatieve splicing in andere biologische processen. Het onderzoeken van alternatieve splicing tijdens EMT is noodzakelijk met het oog op een beter begrip van de mechanismen van EMT en tumor metastase, waardoor de ontwikkeling van effectieve strategieën om de uitzaaiing van kanker te behandelen vergemakkelijken.

Protocol

1 Cel Cultuur van EMT Inductie Opmerking: EMT kan worden geïnduceerd door behandeling van TGFB of ectopische expressie van transcriptiefactoren Twist, slak of Zeb1 / 2 in epitheelcellen. Beschreven in dit protocol een induceerbare EMT systeem via de expressie van de Twist-ER fusie-eiwit in vereeuwigd menselijke borstklier epitheelcellen (HMLE / Twist-ER, een geschenk van Dr J Yang, UCSD) 9,11,29. Bij 4-hydroxytamoxifen (TAM) behandeling, het fusie-eiwit Twist-ER naar de kern om tra…

Representative Results

De hierboven beschreven werkzaamheden een robuuste methode om alternatieve splicing detecteren tijdens EMT. Representatieve resultaten van CD44 splice isovorm schakelen tijdens-Twist geïnduceerde EMT worden hieronder als voorbeeld gegeven. Twist-geïnduceerde EMT in HMLE / Twist-ER-cellen gekenmerkt door een overgang van een kasseien achtige epitheliale fenotype naar een langwerpige fibroblasten fenotype (Figuur 2A), het ontbreken van epitheliale merkers E-cadherine, γ-cat…

Discussion

De hier beschreven werkwijze maakt de detectie van alternatieve splicing van een induceerbare EMT model. Als zodanig dynamische veranderingen van splice isovorm expressie kan worden ingenomen gedurende het tijdsverloop van EMT. Deze werkwijze heeft voordelen boven het gebruik van verschillende epithelial- of mesenchymale cellijnen die voor vergelijking van alternatieve splicing omdat verschillende genetische achtergronden van un-gerelateerde cellijnen onrechtmatig kunnen beïnvloeden alternatieve splicing. Wel moet de s…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge Wensheng Liu for invaluable help with cell imaging. This work was supported by grants from the US National Institutes of Health (R01 CA182467), American Cancer Society (RSG-09-252-01-RMC), Lynn Sage Foundation, and A Sister’s Hope Foundation.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
4-hydroxytamoxifen Sigma H7904 Make stock solution by dissolving in ethanol to 200μM, and keep at -20℃ protected from light. 
E.Z.N.A. Total RNA Isolation kit Omega Bio-Tek R6731 Total RNA isolation kit
GoScript Reverse Transcription System Promega A5001 Reagent for qRT-PCR assay
GoTaq qPCR Master Mix Promega A6002 Reagent for qRT-PCR assay
LightCycler 480 Real-Time PCR System Roche Equipment for qRT-PCR assay
CD44 antibody R&D Systems BBA10 1:1000 dilution
E-cadherin antibody Cell Signaling Technology 4065 1:2500 dilution for immunoblotting; 1:50 dilution for immunofluorescence
γ-catenin antibody Cell Signaling Technology 2309 1:1000 dilution
occludin antibody Santa Cruz Biotechnology Inc. sc-5562 1:500 dilution
fibronectin antibody BD Transduction Laboratories 610077 1:5000 dilution
N-cadherin antibody BD Transduction Laboratories 610920 1:2000 dilution
vimentin antibody NeoMarkers MS-129-p1 1:500 dilution
GAPDH antibody Millipore Corporation MAB374 1:10000 dilution
Amasham ECL Western blotting detection reagent GE Health Life Science RPN2209 Chemiluminescence system

Referências

  1. Thiery, J. P., Sleeman, J. P. Complex networks orchestrate epithelial-mesenchymal transitions. Nat Rev Mol Cell Biol. 7, 131-142 (2006).
  2. Yang, J., Weinberg, R. A. Epithelial-mesenchymal transition at the crossroads of development and tumor metastasis. Dev Cell. 14, 818-829 (2008).
  3. Yang, J., et al. a master regulator of morphogenesis, plays an essential role in tumor metastasis. Cell. 117, 927-939 (2004).
  4. Batlle, E., et al. The transcription factor snail is a repressor of E-cadherin gene expression in epithelial tumour cells. Nat Cell Biol. 2, 84-89 (2000).
  5. Cano, A., et al. The transcription factor snail controls epithelial-mesenchymal transitions by repressing E-cadherin expression. Nat Cell Biol. 2, 76-83 (2000).
  6. Comijn, J., et al. The two-handed E box binding zinc finger protein SIP1 downregulates E-cadherin and induces invasion. Mol Cell. 7, 1267-1278 (2001).
  7. Bolos, V., et al. The transcription factor Slug represses E-cadherin expression and induces epithelial to mesenchymal transitions: a comparison with Snail and E47 repressors. J Cell Sci. 116, 499-511 (2003).
  8. Eger, A., et al. DeltaEF1 is a transcriptional repressor of E-cadherin and regulates epithelial plasticity in breast cancer cells. Oncogene. 24, 2375-2385 (2005).
  9. Shapiro, I. M., et al. An EMT-driven alternative splicing program occurs in human breast cancer and modulates cellular phenotype. PLoS Genet. 7, e1002218 (2011).
  10. Warzecha, C. C., et al. An ESRP-regulated splicing programme is abrogated during the epithelial-mesenchymal transition. EMBO J. 29, 3286-3300 (2010).
  11. Brown, R. L., et al. CD44 splice isoform switching in human and mouse epithelium is essential for epithelial-mesenchymal transition and breast cancer progression. J Clin Invest. 121, 1064-1074 (2011).
  12. Wang, E. T., et al. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes. Nature. 456, 470-476 (2008).
  13. Pan, Q., Shai, O., Lee, L. J., Frey, B. J., Blencowe, B. J. Deep surveying of alternative splicing complexity in the human transcriptome by high-throughput sequencing. Nat Genet. 40, 1413-1415 (2008).
  14. Liu, S., Cheng, C. Alternative RNA splicing and cancer. Wiley Interdiscip Rev RNA. 4, 547-566 (2013).
  15. Shtivelman, E., Lifshitz, B., Gale, R. P., Roe, B. A., Canaani, E. Alternative splicing of RNAs transcribed from the human abl gene and from the bcr-abl fused gene. Cell. 47, 277-284 (1986).
  16. Krangel, M. S. Secretion of HLA-A and -B antigens via an alternative RNA splicing pathway. J Exp Med. 163, 1173-1190 (1986).
  17. Brickell, P. M., Latchman, D. S., Murphy, D., Willison, K., Rigby, P. W. Activation of a Qa/Tla class I major histocompatibility antigen gene is a general feature of oncogenesis in the mouse. Nature. 306, 756-760 (1983).
  18. Barbaux, S., et al. Donor splice-site mutations in WT1 are responsible for Frasier syndrome. Nat Genet. 17, 467-470 (1997).
  19. Charlet, B. N., et al. Loss of the muscle-specific chloride channel in type 1 myotonic dystrophy due to misregulated alternative splicing. Mol Cell. 10, 45-53 (2002).
  20. Hutton, M., et al. Association of missense and 5′-splice-site mutations in tau with the inherited dementia FTDP-17. Nature. 393, 702-705 (1998).
  21. Kohsaka, T., et al. Exon 9 mutations in the WT1 gene, without influencing KTS splice isoforms, are also responsible for Frasier syndrome. Hum Mutat. 14, 466-470 (1999).
  22. Philips, A. V., Timchenko, L. T., Cooper, T. A. Disruption of splicing regulated by a CUG-binding protein in myotonic dystrophy. Science. 280, 737-741 (1998).
  23. Savkur, R. S., Philips, A. V., Cooper, T. A. Aberrant regulation of insulin receptor alternative splicing is associated with insulin resistance in myotonic dystrophy. Nat Genet. 29, 40-47 (2001).
  24. Spillantini, M. G., et al. Mutation in the tau gene in familial multiple system tauopathy with presenile dementia. Proc Natl Acad Sci USA. 95, 7737-7741 (1998).
  25. Wang, J., et al. Myotonic dystrophy evidence for a possible dominant-negative RNA mutation. Hum Mol Genet. 4, 599-606 (1995).
  26. Graubert, T. A., et al. Recurrent mutations in the U2AF1 splicing factor in myelodysplastic syndromes. Nat Genet. 44, 53-57 (2012).
  27. Papaemmanuil, E., et al. Somatic SF3B1 mutation in myelodysplasia with ring sideroblasts. N Engl J Med. 365, 1384-1395 (2011).
  28. Yoshida, K., et al. Frequent pathway mutations of splicing machinery in myelodysplasia. Nature. 478, 64-69 (2011).
  29. Mani, S. A., et al. The epithelial-mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells. Cell. 133, 704-715 (2008).
  30. Reinke, L. M., Xu, Y., Cheng, C. Snail represses the splicing regulator epithelial splicing regulatory protein 1 to promote epithelial-mesenchymal transition. J Biol Chem. 287, 36435-36442 (2012).
  31. Serini, G., Gabbiani, G. Mechanisms of myofibroblast activity and phenotypic modulation. Exp Cell Res. 250, 273-283 (1999).
  32. Zavadil, J., Bottinger, E. P. TGF-beta and epithelial-to-mesenchymal transitions. Oncogene. 24, 5764-5774 (2005).
  33. Pfaffl, M. W. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR. Nucleic Acids Res. 29, e45 (2001).
  34. Hellemans, J., Mortier, G., De Paepe, A., Speleman, F., Vandesompele, J. qBase relative quantification framework and software for management and automated analysis of real-time quantitative PCR data. Genome Biol. 8, R19 (2007).
  35. Boutz, P. L., et al. A post-transcriptional regulatory switch in polypyrimidine tract-binding proteins reprograms alternative splicing in developing neurons. Genes Dev. 21, 1636-1652 (2007).
  36. Salomonis, N., et al. Alternative splicing regulates mouse embryonic stem cell pluripotency and differentiation. Proc Natl Acad Sci USA. 107, 10514-10519 (2010).
  37. Calarco, J. A., et al. Regulation of vertebrate nervous system alternative splicing and development by an SR-related protein. Cell. 138, 898-910 (2009).
  38. Grabowski, P. Alternative splicing takes shape during neuronal development. Curr Opin Genet Dev. 21, 388-394 (2011).
  39. Seol, D. W., Billiar, T. R. A caspase-9 variant missing the catalytic site is an endogenous inhibitor of apoptosis. J Biol Chem. 274, 2072-2076 (1999).
  40. Srinivasula, S. M., et al. Identification of an endogenous dominant-negative short isoform of caspase-9 that can regulate apoptosis. Cancer Res. 59, 999-1002 (1999).
  41. Akgul, C., Moulding, D. A., Edwards, S. W. Alternative splicing of Bcl-2-related genes functional consequences and potential therapeutic applications. Cell Mol Life Sci. 61, 2189-2199 (2004).
  42. Cooper, T. A. Use of minigene systems to dissect alternative splicing elements. Methods. 37, 331-340 (2005).
  43. Cheng, C., Sharp, P. A. Regulation of CD44 alternative splicing by SRm160 and its potential role in tumor cell invasion. Mol Cell Biol. 26, 362-370 (2006).
check_url/pt/51845?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Huang, H., Xu, Y., Cheng, C. Detection of Alternative Splicing During Epithelial-Mesenchymal Transition. J. Vis. Exp. (92), e51845, doi:10.3791/51845 (2014).

View Video