Quantitative Messung der γ-Sekretase-vermittelten Amyloid-Precursor-Protein und Notch Spaltung in zellbasierten Luciferase Reporter Assay Plattformen
Summary
Wir haben erfolgreich zwei Substrat-spezifische γ-Sekretase Assays generiert. Beiden zellbasierte Assays, die hier vorgestellten sollen γ-Sekretase enzymatischen Aktivitäten über den Ausgang des Firefly Luciferase Reporter zu quantifizieren.
Abstract
Wir haben ein paar zellbasierte Reporter-gen Assays zur Messung quantitativ γ-Sekretase Spaltung von unterschiedlichen Substraten entwickelt. Dieses Manuskript beschreibt Verfahren, die verwendet werden, um die γ-Sekretase-vermittelte Spaltung des APP-C99 oder Kerbe, mit einem Gal4 Projektträger-gesteuerte Firefly Luciferase Reporter System zu überwachen. Diese Tests wurden festgelegten stabil Co transfecting HEK293 Zellen mit Gal4-driven Luciferase Reporter-gen und entweder das Gal4/VP16-Tags C-terminale Fragment App (APP-C99; CG-Zellen), oder die Gal4/VP16-Tags Kerbe-ΔE (NΔE; NG-Zellen). Parallele Nutzung dieser Reporter-Assays, wir haben gezeigt, dass ein ErbB2-Inhibitor, CL-387.785, bevorzugt γ-Sekretase Spaltung des APP-C99 in CG Zellen, aber nicht NΔE in NG Zellen unterdrücken können. Die differenzierten Antworten, ausgestellt durch die CG und NG Zellen, wenn Sie mit CL-387.785, behandelt eine bevorzugte charakteristisch für γ-Sekretase Modulatoren, dar, die diese Antworten stehen in krassem Gegensatz zu der Pan-Hemmung der γ-Sekretase induziert durch DAPT. Unsere Studien bieten direkte Beweise dass γ-Sekretase Tätigkeiten auf verschiedenen Substraten in einem zellulären Kontext unterschieden werden können. Diese neue Assays kann daher nützliche Werkzeuge in der Drogeentdeckung für verbesserte AD-Therapien.
Introduction
Oligomere Formen von Amyloid-β (Aβ) sind vermutlich die Hauptursache für Neurodegeneration in den Gehirnen von Patienten mit Alzheimer-Krankheit (AD)1. Aβ-Peptide werden durch die schrittweise Spaltung des Amyloid-Precursor-Protein (APP), zuerst durch β-Sekretase und dann durch γ-Sekretase2produziert. In den letzten zehn Jahren haben therapeutische Ansätze zur Behandlung der AD zur Verhinderung der Aβ Produktion3konzentriert. Die meisten Studien konzentrierten sich auf entweder die Vermehrung der α-Sekretase Aktivität, die γ-Sekretase Spaltung des APP schließt und dadurch verringern die Produktion von Aβ oder die Hemmung der β-und/oder γ-Sekretase Aktivitäten4. Leider sind nichtselektiven Hemmung β oder γ-Secretases führt zu unvermeidbaren Nebenwirkungen, die durch Störung der Tätigkeit der anderen physiologischen Substraten von β und γ-Sekretase5,6. Neuere Studien haben im Hinblick auf γ-Sekretase-Inhibitoren die Entdeckung einer Reihe von chemischen und genetischen Modulatoren berichtet, die Aβ-Produktion beim ausüben vernachlässigbarer Auswirkungen auf die wesentlichen γ-Sekretase-vermittelten Verarbeitung von Notch7 regulieren können ,8,9,10,11,12, jedoch erfolgreiche Therapie noch nicht entwickelt worden. So sind weitere systematische Bildschirme gerechtfertigt, um neuartige chemische und genetische Modifikatoren zu entdecken, die selektiv γ-Sekretase-vermittelten APP Verarbeitung modulieren kann.
Γ-Sekretase ist bekannt, mehr als 90 verschiedene Membran verankerte Proteine zu Spalten. Unter diesen Substraten ist Kerbe, deren Tätigkeit für Zelle Schicksal Entschlossenheit und Differenzierung während der Entwicklung13entscheidend. Selektiv modulierende γ-Sekretase-katalysierte APP Verarbeitung ohne wird Kerbe zu beeinträchtigen Verarbeitung wesentlich zur Minimierung Kerbe-bezogene Nebenwirkungen von γ-Sekretase-Inhibitoren, und diese Selektivität wird angenommen, dass ein primärer Faktor ist, dass die biologische Wirksamkeit von potenziellen γ-Sekretase Modulatoren für die chronische Behandlung von AD zu diktieren. Es wurden eine Reihe von Arylsulfonamide-Derivaten, wie GSI-953 (Begacestat) und BMS-708163 (Avagacestat), die gefunden wurden, potent und selektive Hemmung der γ-Sekretase14,15auszustellen. Eine frühere Studie hat gezeigt, dass die differenzielle Hemmung der γ-Sekretase Spaltung der APP und Kerbe mit einer quantitativen ELISA-basierten Test in Kombination mit in Vivo Validierung mithilfe von Zebrafisch16beobachtet werden kann. Darüber hinaus wurden zellbasierte Assays Paradigmen eingerichtet, an die potentielle Substrat Selektivität der γ-Sekretase in Richtung APP und Kerbe17,18. Unter Verwendung von Protokollen zu den beschriebenen ähnlich hierin, wir haben vor kurzem entdeckt eine neuartige Klasse von (D)-Leucinamides, die γ-Sekretase Spaltung des APP mit Notch-schonende Selektivität19potent modulieren. Diese Sammlung von Studien bilden zusammen ein Proof-of-Concept unterstützt die Vorstellung, die die Substrat Selektivität/Verfügbarkeit der γ-Sekretase chemische Modulation und experimentelle Verifikation unterworfen werden können. Dieser Assay-Plattformen setzen jedoch häufig auf relativ niedrigen Durchsatz auslesen und arbeitsintensive Ansätze, die industriellen Standards für Drug Discovery-Programme nicht erfüllen könnte.
Wir haben vor kurzem zellbasierte Luciferase Reporter-gen Assays generiert, die quantitativ, die katalytische Aktivität der γ-Sekretase gegenüber zwei unterschiedliche Substrate, die 99-amino Acid C-terminale Fragment der APP (APP-C99) und der extrazellulären bestimmen Domain gelöscht Kerbe Peptid (NΔE). APP-C99 und NΔE haben weithin als direkte Substrate der γ-Sekretase in verschiedenen Tests eingesetzt. Homogen und konsistent Luciferase Reporter-gen Assays für die γ-Sekretase Spaltung des APP-C99 oder NΔE generieren, erzielten wir ein HEK abgeleitet stabile Zelllinie (CG), die konstitutiv eine Gal4 Projektträger-gesteuerte Firefly Luciferase Reporter (ausdrückt Gal4-Luc) und Gal4/VP16-Tags APP-C99 Schmelzverfahren Protein (C99-GV). Darüber hinaus erzielten wir ein weiteres HEK abgeleitet stabile Zelllinie (NG), die konstitutiv Gal4-Luc und Gal4/VP16-markierten NΔE (NΔE-GV) ausdrückt. Mit dieser neuartigen Substrat-spezifische γ-Sekretase-Assays, bieten wir jetzt eine Methode zu quantifizieren und die katalytische Aktivität der γ-Sekretase auf unterschiedlichen Substraten (APP-C99 in CG-Zellen) oder NΔE in NG Zellen zu unterscheiden. Darüber hinaus wurden die Substrat-spezifische γ-Sekretase-Assays entwickelt, um High-Content-Screening Plattformen förderlich sein. Diese neu erzeugten γ-Sekretase-Assays könnte den Weg für die Entdeckung des neuartigen γ-Sekretase Modulatoren ebnen, die kognitive Funktion zu verbessern könnte, durch die Unterdrückung von Aβ-Produktion ohne unerwünschte Kerbe Hemmung für die Behandlung der nächsten Generation zu entlocken der AD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die vielversprechenden Ergebnisse aus Phase 1 b-Studie von Aducanumab Immuntherapie für AD haben die kritische Rolle von Aβ in der Pathogenese der AD22 fest etabliert und legen nahe, dass Anti-Aβ Ansätze noch eine tragfähige Strategie für die Entwicklung von Anti-AD Drogen sind. Hier beschreiben wir zellbasierte Assays für die Quantifizierung der γ-Sekretase-katalysierte Proteolyse von APP-C99 und NΔE mit Firefly Luciferase Reporter Systemen. APP-C99 und NΔE sind die zwei am meisten gut …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken den Core Facility der Institute der zellulären und Organismische Biologie, Academia Sinica, für technischen Support. Diese Studie wurde unterstützt durch das Ministerium für Wissenschaft und Technologie, Taiwan (die meisten 103-2320-B-001-016-MY3, Y.-F. L.), das Programm für Translationale Innovation der biopharmazeutischen Entwicklung – Technologie unterstützt Plattform Achse Schema (NP7, Y. v.l.), und Academia Sinica (, Y.-v.l.).
Materials
| VictorLight luminescence plate reader | PerkinElmer | 2030-0010 | |
| Class II, Type 2 Biological Safety Cabinet | Thermo Scientific | 1300 Series A2 | |
| CL-387,785 | EMD Calbiochem | 233100-1MG | |
| DAPT | Merck | 565770 | |
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher | 12100046 | main compnent of growth medium |
| Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher | 16000044 | |
| Blasticidin | Thermo Fisher | A1113903 | |
| Zeocin | Thermo Fisher | R25005 | |
| Hygromycin B | Gibco | 10687010 | |
| Hemocytomer | Sigma-Aldrich | BR717805 Aldrich | |
| 96-well microplate | Nunc | 156545 | |
| Tetracycline | Sigma | T7660 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | D2650 | |
| Steady-Glo luciferase assay reagent | Promega | E2510 | |
| Humidified CO2 incubator | Revco | Ultima II | |
| T-REx293 cell line | Invitrogen | R71007 | |
| Wallac 1420 software version 3.0 | PerkinElmer | instrument control software of the luminescence microplate reader |
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