通过测量活细胞中的 eIF4E-eIF4G 交互来监控 eIF4F 装配
Summary
在这里，我们提出了一个协议，以测量eIF4E-eIF4G在活细胞中的相互作用，使用户能够评估药物引起的扰动eIF4F复杂动态的筛选格式。
Abstract
eIF4F复合物的形成已被证明是信号通路收敛的关键下游节点，这些信号通路经常在人类中经历致癌活化。eIF4F 是一个上限绑定复合体，涉及翻译启动的 mRNA – 相关招聘阶段。在许多癌症的细胞和临床前模型中，eIF4F 的放松管制导致参与癌症增殖和生存的特定 mRNA 子集的翻译增加。eIF4F 是一个由上限绑定子单位 eIF4E、六角酶 eIF4A 和脚手架子单元 eIF4G 构建的异质三元复合体。活性eIF4F复合物组装的关键在于eIF4E和eIF4G蛋白质之间的蛋白质-蛋白质相互作用。在本文中，我们描述了一个测量 eIF4F 组件的协议，该程序可监控活细胞中的 eIF4E-eIF4G 交互状态。eIF4e：4G 基于细胞的蛋白质-蛋白质相互作用检测还允许准确可靠地评估 eIF4F 复杂完整性的药物诱导变化。我们设想，这种方法可以应用于验证市售化合物的活性，或进一步筛选有效破坏eIF4F复合物形成的新化合物或方式。
Introduction
基因表达控制在正确执行细胞程序（如生长增殖和分化）方面起着至关重要的作用。监管控制机制可以在基因转录水平或mRNA转化水平上进行。在过去十年中，越来越明显的是，通过调节启动过程而不是后来的拉长和终止步骤进行转化控制，可以精细地调节具有广泛生物功能的蛋白质特定子集的合成。
参与生存、抗自噬和抗凋亡反应的 mRNA 的翻译增加与几种癌症有关，并且与异常激活或过度表达翻译启动因子1有因果关系。
eIF4F 综合体是翻译启动的主调节器。通过将上限结构与 mRNA 的 5′ 端绑定，eIF4F 正在推动初始 mRNA-里博索姆的招聘，进而提高翻译不力的真核素 mRNA2的 mRNA 翻译效率。据报道，许多癌症模型都存在异常激活RAS/MAPK或AKT/TOR通路的癌症模型，eIF4F的中介翻译，这表明癌细胞会调节eIF4F，以增强自身的抗肿瘤活性。通过抑制eIF4F复合形成来破坏这个进气回路，因此是一个非常有希望的治疗策略3，4。
eIF4F 综合体由 （i） eIF4E 组成， eIF4F 的帽绑定子单位，与 mRNA 的 5′ UTR、（ii） eIF4A、RNA 六氯酶和 （iii） eIF4G 的上限结构相互作用，后者是与 eIF4A 和 eIF4E 相互作用的脚手架蛋白，最终招募了 40S 核糖核酸亚单位5。eIF4G 与 eIF4E 关联是功能 eIF4F 复合体组装的限速步骤，由 eIF4E 结合蛋白（4EBP、成员 1、2 和3）6负调节。通过由规范和非规范 eIF4E 绑定序列7、8、9（人类 eIF4E 上的 aa 604-646 区域）组成的界面与 eIF4G 绑定竞争，4EBP 可减少积极参与翻译和防止 eIF4F 复杂形成的 eIF4E 池。这些蛋白质-蛋白质相互作用的相互作用主要受4EBP的拉帕霉素（mTOR）介质磷酸化的哺乳动物目标的调节。在偏头痛刺激下，mTOR直接磷酸化4E-BP蛋白家族的成员，减少他们与eIF4E的关联，从而促进eIF4E-eIF4G相互作用和功能eIF4F复合体10的形成。
尽管在开发针对eIF4F复合完整性的化合物方面付出了巨大努力，但缺乏测量活细胞中eIF4E-eIF4G相互作用直接中断的检测结果，限制了对细胞活性命中化合物的搜索。我们应用了基于共聚苯乙烯模拟（例如，基于纳诺鲁克的补充测定）的路西法酶检测，通过 eIF4E-eIF4G 交互实时监控 eIF4F 完整性的状态。路西法酶补充蛋白系统由18kDa蛋白片段（SubA）和11氨基酸肽片段（SubB）组成，优化为最小的自结和稳定性11。一旦表示为与人类全长eIF4E和eIF4E相互作用域从人类eiF4G1（aa 604-646）的融合产品，两种相互作用的蛋白质将把SubA和SubB片段彼此接近，并诱导形成活性荧光酶，当细胞渗透基质存在时，最终将产生明亮的发光信号（图1）。我们已在其他地方报告了eIF4E：eIF4G604-646 补充系统16的建设和验证情况。
在这里，我们描述了如何应用 eIF4E：eIF4G604-646 补充系统（可应要求提供）来准确测量活细胞中 4EBP1 介质的 eIF4E-eIF4G 中断。此外，我们通过测量目前作为潜在的癌症治疗药物12的临床试验中的几种mTOR抑制剂的效果来证明它的效用。由于目标外效应通常掩盖药物特异性活动，我们还描述了如何通过细胞生存能力正交测量来扩展 eIF4E：eIF4G604-646 系统测量的多功能性。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文所述方法采用基于路西法酶的补充测定法，通过直接测量活细胞中的eIF4G-eIF4E相互作用，对eIF4F复合组件进行定量监测。我们提供了使用eIF4E-eIF4G补充系统的详细信息，也表明该系统在测量eIF4E-eIF4G相互作用16的药物诱导4EBP1介导分离方面非常准确。为了便于此检测的吞吐量，本文中描述的实验设置已设计为 96 井微板格式的使用。
为了获得最佳结果，在执?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了p53lab（BMSI、A*STAR）和JCO VIP赠款（A*STAR）的核心预算的支持。
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 |
Referências
- Silvera, D., Formenti, S. C., Schneider, R. J. Translational control in cancer. Nature Reviews Cancer. 10 (4), 254-266 (2010).
- Gebauer, F., Hentze, M. W. Molecular Mechanism of translational control. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10, 827-835 (2004).
- Bhat, M., et al. Targeting the translation machinery in cancer. Nature Reviews Drug Discovery. 14 (4), 261-278 (2015).
- Pelletier, J., Graff, J., Ruggero, D., Sonenberg, N. Targeting the eIF4F translation initiation complex: a critical nexus for cancer development. Pesquisa do Câncer. 75 (2), 250-263 (2015).
- Montanaro, L., Pandolfi, P. P. Initiation of mRNA translation in oncogenesis: the role of eIF4E. Cell Cycle. 11, 1387-1389 (2004).
- Merrick, W. C. eIF4E: A retrospective. Journal of Biological Chemistry. 290 (40), 24091-24099 (2015).
- Marcotrigiano, J., Gingras, A. C., Sonenberg, N., Burley, S. K. Cap-dependent translation initiation in eukaryotes is regulated by a molecular mimic of eIF4G. Molecular Cell. 3 (6), 707-716 (1999).
- Umenaga, Y., Paku, K. S., In, Y., Ishida, T., Tomoo, K. Identification and function of the second eIF4E-binding region in N-terminal domain of eIF4G: comparison with eIF4E-binding protein. Biochemical and Biophysical Research Communication. 414 (3), 462-467 (2011).
- Grüner, S., et al. The Structures of eIF4E-eIF4G Complexes Reveal an Extended Interface to Regulate Translation Initiation. Molecular Cell. 64 (3), 467-479 (2016).
- Gingras, A. C., et al. Hierarchical phosphorylation of the translation inhibitor 4E-BP1. Genes and Development. 15 (21), 2852-2864 (2001).
- Dixon, A. S., et al. NanoLuc Complementation Reporter Optimized for Accurate Measurement of Protein Interactions in Cells. ACS Chemical Biology. 11 (2), 400-408 (2016).
- Sun, S. Y. mTOR kinase inhibitors as potential cancer therapeutic drugs. Cancer Letters. 340 (1), 1-8 (2013).
- Strober, W. Trypan blue exclusion test of cell viability. Current Protocols in Immunology. , (2001).
- Sekiyama, N., et al. Molecular mechanism of the dual activity of 4EGI-1: Dissociating eIF4G from eIF4E but stabilizing the binding of unphosphorylated 4E-BP1. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 112 (30), e4036-e4045 (2015).
- Muller, D., et al. 4E-BP restrains eIF4E phosphorylation. Translation. 1 (2), e25819 (2013).
- Frosi, Y., Usher, R., Lian, D. T. G., Lane, D. P., Brown, C. J. Monitoring flux in signalling pathways through measurements of 4EBP1-mediated eIF4F complex assembly. BMC Biology. (1), 40 (2019).
- Ran, X., Gestwicki, J. E. Inhibitors of protein-protein interactions (PPIs): An analysis of scaffold choices and buried surface area. Current Opinion in Chemical Biology. 44, 75-86 (2018).
