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Aquí se presentan cuatro protocolos para construir y explotar cepas de reporteros de Saccharomyces cerevisiae para estudiar el potencial de transactivación P53 humano, los impactos de sus diversas mutaciones asociadas al cáncer, las proteínas interexpresas que interactúan y las proteínas interexpresas que interactúan, y los efectos de moléculas pequeñas específicas.
La constatación de que la conocida proteína P53 de mamíferopuede actuar como un factor de transcripción (TF) en la levadura S. cerevisiae ha permitido el desarrollo de diferentes ensayos funcionales para estudiar los impactos de 1) sitio de unión [es decir, elemento de respuesta (RE)] variantes de secuencia en la especificidad de la transactivación P53 o 2) mutaciones TP53, cofactores co-expresados o moléculas pequeñas en la actividad de transactivación P53. Se han desarrollado diferentes aplicaciones de investigación básica straslacional. Experimentalmente, estos enfoques aprovechan dos grandes ventajas del modelo de levadura. Por un lado, la facilidad de edición del genoma permite la construcción rápida de sistemas de reporteros cualitativos o cuantitativos mediante la explotación de cepas isogénicas que difieren sólo a nivel de un P53-RE específico para investigar la especificidad de la secuencia de P53 dependiente transactivación. Por otro lado, la disponibilidad de sistemas regulados para la expresión ectópica P53 permite la evaluación de la transactivación en una amplia gama de expresión proteica. En este informe se revisan sistemas ampliamente utilizados que se basan en genes de reporteros de color, luciferasa, y el crecimiento de la levadura para ilustrar sus principales pasos metodológicos y evaluar críticamente su poder predictivo. Además, la versatilidad extrema de estos enfoques se puede explotar fácilmente para estudiar diferentes TF, incluyendo P63 y P73, que son otros miembros de la familia de genes TP53.
La transcripción es un proceso extremadamente complejo que implica la organización dinámica, espacial y temporal de factores de transcripción (TF) y cofactores para el reclutamiento y modulación de arnmerasas en regiones de cromatina en respuesta a estímulos específicos1 . La mayoría de los TF, incluido el supresor de tumores P53 humano, reconocen elementos específicos de acción cis en forma de secuencias de ADN llamadas elementos de respuesta (RE), que consisten en motivos únicos (o múltiples) únicos de 6-10 de largo. Dentro de estos motivos, las posicionesindividuales pueden mostrar varios grados de variabilidad 2, generalmente resumidos por matrices de peso de posición (PWM) o logotipos3,4.
La levadura S. cerevisiae es un sistema modelo adecuado para el estudio de diferentes aspectos de las proteínas humanas a través de ensayos de complementación, expresión ectópica y ensayos funcionales, incluso cuando un gen de levadura ortopélogono no está presente5, 6 , 7. Debido a la conservación evolutivade los componentes basales del sistema transcripcional 8, muchos TF humanos (cuando se expresan ectopticamente en células de levadura) pueden modular la expresión de un gen reportero actuando a través de promotores contienen REE apropiados. El sistema de modelo de transcripción presentado aquí para P53 humano se caracteriza por tres variables principales cuyos efectos pueden ser modulados: 1) la modalidad de expresión y el tipo de P53, 2) la secuencia RE que controla la transcripción dependiente de P53, y 3) el tipo de gen del reportero (Figura1A).
En cuanto a la modalidad de expresión P53, S. cerevisiae permite la elección de promotores inducibles, represibles o constitutivos9,10,11. En particular, el promotor inducible GAL1 permite la expresión basal (usando la rafinosa como fuente de carbono) o variable (cambiando la cantidad de galactosa en los medios) de un TF en la levadura. De hecho, la expresión finamente ajustable representa un desarrollo crítico para el estudio no sólo P53 sí mismo, sino también otras proteínas de la familia P5312,13.
En cuanto al tipo de RE que controlan la expresión dependiente de P53, S. cerevisiae permite la construcción de diferentes cepas de reportero que poseen diferencias únicas en el RE de interés en un fondo isogénico. Este objetivo se alcanza mediante una adaptación de un enfoque de edición del genoma particularmente versátil desarrollado en S. cerevisiae,llamado delitto perfetto12,14,15,16.
Además, se pueden utilizar diferentes genes de reportero (es decir, URA3, HIS3 y ADE2) para evaluar cualitativa y cuantitativamente las actividades transcripcionales de los FE humanos en S. cerevisiae,cada uno con características específicas que pueden adaptarse a las necesidades experimentales17,18,19,20,21. La expresión de estos genes reportero confiere uracilo, histidina y protrotrofia de adenina, respectivamente. El reportero de URA3 no permite el crecimiento de células en presencia de 5-FOA también, y por lo tanto puede ser contraseleccionado. El sistema de reporteros ADE2 tiene la ventaja de que, además de la selección nutricional, permite la identificación de células de levadura que expresan tipo salvaje (es decir, funcional en expresión ADE2) o mutantes (es decir,no funcionales en ADE2 ) P53 del color de la colonia.
Por ejemplo, las células de levadura que expresan el gen ADE2 generan colonias blancas de tamaño normal en placas que contienen cantidades limitantes de adenina (2,5-5,0 mg/L), mientras que las que pobremente o no transcriben aparecen en la misma placa que el rojo más pequeño (o rosa) Colonias. Esto se debe a la acumulación de un intermedio en la vía biosintética de adenina (es decir, P-ribosylamino-imidazol, que anteriormente se ha llamado amino-imidazol ribotida o AIR), que se convierte para formar un pigmento rojo. El gen cualitativo reportero ADE2 basado en color ha sido reemplazado por el cuantitativo Firefly Photinus pyralis (LUC1)12,22. Más recientemente, el reportero de ADE2 se ha combinado con el reportero de lacZ en un ensayo de reportero doble, semicuantitativo y fácil de obtener que puede ser explotado para subclasificar mutantes P53 de acuerdo con su nivel residual de funcionalidad 23.
También se han utilizado reporteros fluorescentes como EGFP (proteína fluorescente verde mejorada) o DsRed (Discosoma sp. proteína fluorescente roja) para la evaluación cuantitativa de la actividad de transactivación asociada con todas las posibles mutaciones de SECUENCIA de codificación TP5324. Por último, la posibilidad de combinar promotores ajustables para la expresión de alelo P53 con cepas de levadura isogénicas diferentes para el gen RE y/o reportero ha llevado al desarrollo de una matriz de datos que genera una clasificación refinada de las cepas de mutantes P53 alelos25,26,27.
Los enfoques descritos anteriormente se utilizan para medir la actividad transcripcional de la proteína P53. Sin embargo, la expresión de tipo salvaje P53 en la levadura S. cerevisiae28 y Schizosaccharomyces pombe29 puede causar retraso en el crecimiento, que se ha asociado con la detención del ciclo celular28,30 o muerte celular31. En ambos casos, la inhibición del crecimiento de la levadura se desencadena por una alta expresión de P53 y se ha correlacionado con la posible modulación transcripcional de genes de levadura endógenos implicados en el crecimiento celular. Apoyando esta hipótesis, el mutante de pérdida de función P53 R273H no interfirió con el crecimiento de las células de levadura cuando se expresa en niveles similares a P5332de tipo salvaje. Por el contrario, la expresión en levadura del mutante tóxico P53 V122A (conocido por una mayor actividad transcripcional en comparación con el tipo salvaje P53) causó un efecto inhibidor del crecimiento más fuerte que el tipo salvaje P5332.
Además, se demostró que el MDM2 humano fue capaz de inhibir la actividad transcripcional humana P53 en la levadura, promoviendo su ubiquitinación y posterior degradación33. En consecuencia, se demostró la capacidad de MDM2 humano y MDMX para inhibir la inhibición del crecimiento de levadura inducida por P5332,34. En un estudio adicional, se estableció una correlación entre la actividad transcripcional P53 y los niveles de expresión de actina, con la identificación de un putativo P53 RE aguas arriba en el gen ACT1 en la levadura32. Consistentemente, la expresión de actina fue mejorada por P53 de tipo salvaje y aún más por P53 V122A, pero no por el mutante P53 R273H. Por el contrario, la expresión de actina por P53 disminuyó en la copresencia de inhibidores de P53 MDM2, MDMX o pifithrin-o (un inhibidor de molécula pequeña de la actividad transcripcional P53), consistente con resultados basados en el ensayo de crecimiento de levadura. Es importante destacar que estos resultados establecieron una correlación entre la inhibición del crecimiento inducida por P53 y el grado de su actividad en la levadura, que también ha sido explotada para identificar y estudiar moléculas pequeñas que modulan las funciones P5328,34 , 35.
1. Construcción de cepas de levadura de reportero ADE2 o LUC1 que contengan un RE específico (yAFM-RE o yLFM-RE)
2. Evaluación de la capacidad de transactivación de proteínas P53 utilizando el ensayo cualitativo de levadura ADE2 basado en color
3. Evaluación de la capacidad de transactivación de proteínas P53 utilizando el ensayo cuantitativo de levadura LUC1 basado en luminiscencia
4. Evaluación de la inhibición del crecimiento de proteínas P53 utilizando el ensayo fenotípico de levadura
Construcción de ADE2 o LUC1 reportero tensións de levadura
Eldelitto perfettoapproach12,14,15,16 ha sido adaptado para permitir la construcción de cepas de levadura de reportero P53 (Figur...
Los ensayos a base de levadura han demostrado ser útiles para investigar varios aspectos de las funciones de la proteína P53. Estos ensayos son particularmente sensibles para evaluar el potencial de transactivación De53 hacia variantes de sitios objetivo RE, incluida la evaluación de polimorfismos funcionales. El uso de reporteros de color, así como la miniaturización del ensayo de luciferasa resultan en ensayos rentables y relativamente escalables. Además, la prueba de inhibición del crecimiento es potencialment...
Los autores no declaran conflicto de intereses.
Agradecemos a la Unión Europea (Fondos FEDER POCI/01/0145/FEDER/007728 a través del Programa Operacion Factores de Competitividade - COMPETE) y fondos nacionales (FCT/MEC, Fundación para la Ciencia y la Tecnología y El Ministério de la Educación y la Ciencia) en el marco de la Fundación para la Ciencia y la Tecnología y el Ministério de la Educación y la Ciencia) en el marco de la Fundación para la Ciencia y la Tecnología y el Ministério da Educación y La Ciéncia) en el marco de la Fundación para la Ciencia y la Tecnología y el Ministério de la Educación y la Ciencia) en el marco de la Fundación para la Ciencia y la Tecnología y el Ministério de la Educación y la Ciencia) en el marco de la Acuerdo de Asociación PT2020 UID/QUI/50006/2019 y los proyectos (3599-PPCDT) PTDC/DTP-FTO/1981/2014 - POCI-01-0145-FEDER-016581. Becas FCT: SFRH/BD/96189/2013 (S. Gomes). Este trabajo fue apoyado por la Compagnia S. Paolo, Turín, Italia (Proyecto 2017.0526) y el Ministerio de Salud, (Proyecto 5x1000, 2015 y 2016; investigación actual 2016). Agradecemos profundamente a la Dra. Teresa López-Arias Montenegro (Universidad de Trento, laboratorios de enseñanza de ciencias experimentales) por su ayuda con la grabación de vídeo.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
L-Aspartic acid | SIGMA | 11189 | |
QIAquick PCR Purification Kit | QIAGEN | 28104 | |
L-Phenylalanine | SIGMA | 78019 | |
Peptone | BD Bacto | 211677 | |
Yeast ex+A2:C26tract | BD Bacto | 212750 | |
Difco Yeast Nitrogen Base w/o Amino Acids and Ammonium Sulfate | BDTM | 233520 | |
Lithium Acetate Dihydrate | SIGMA | 517992 | |
Bacteriological Agar Type A | Biokar Diagnostics | A1010 HA | |
G418 disulfate salt | SIGMA | A1720 | |
Ammonium Sulfate | SIGMA | A2939 | |
L-Arginine Monohydro-chloride | SIGMA | A5131 | |
Adenine Hemisulfate Salt | SIGMA | A9126 | |
Passive Lysis Buffer 5x | PROMEGA | E1941 | |
Bright-Glo Luciferase Assay System | PROMEGA | E2620 | |
5-FOA | Zymo Research | F9001 | |
D-(+)-Galactose | SIGMA | G0750 | |
L-Glutamic acid | SIGMA | G1251 | |
Dextrose | SIGMA | G7021 | |
L-Histidine | SIGMA | H8125 | |
L-Isoleucine | SIGMA | I2752 | |
L-Lysine | SIGMA | L1262 | |
L-Leucine | SIGMA | L8000 | |
L-Methionine | SIGMA | M2893 | |
PEG | SIGMA | P3640 | |
D-(+)-Raffinose Pentahydrate | SIGMA | R0250 | |
L-Serine | SIGMA | S4500 | |
L-Tryptophan | SIGMA | T0271 | |
L-Threonine | SIGMA | T8625 | |
Uracil | SIGMA | U0750 | |
L-Valine | SIGMA | V0500 |
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