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Method Article
Pour étudier les interactions chaperon-chaperon et chaperone-substrat, nous effectuons des écrans d’interaction synthétique chez Caenorhabditis elegans en utilisant l’interférence ARN en combinaison avec des mutations légères ou une sur-expression des chaperons et surveillons le dysfonctionnement protéique spécifique des tissus au niveau de l’organisme.
Le repliement et l’assemblage corrects des protéines et des complexes protéiques sont essentiels à la fonction cellulaire. Les cellules utilisent des voies de contrôle de la qualité qui corrigent, séquestrent ou éliminent les protéines endommagées pour maintenir un protéome sain, assurant ainsi la protéostasie cellulaire et prévenant d’autres dommages aux protéines. En raison de fonctions redondantes au sein du réseau de protéostasie, le dépistage des phénotypes détectables à l’aide de knockdown ou de mutations dans des gènes codant pour chaperon dans l’organisme multicellulaire Caenorhabditis elegans entraîne la détection de phénotypes mineurs ou nuls dans la plupart des cas. Nous avons développé une stratégie de dépistage ciblée pour identifier les accompagnateurs nécessaires à une fonction spécifique et ainsi combler le fossé entre le phénotype et la fonction. Plus précisément, nous surveillons de nouvelles interactions de chaperon à l’aide d’écrans d’interaction synthétiques de l’ARNi, renversant l’expression du chaperon, un chaperon à la fois, chez les animaux porteurs d’une mutation dans un gène codant pour chaperon ou surexprimant un chaperon d’intérêt. En perturbant deux chaperons qui ne présentent individuellement aucun phénotype brut, nous pouvons identifier les chaperons qui aggravent ou exposent un phénotype spécifique lorsque les deux sont perturbés. Nous démontrons que cette approche permet d’identifier des ensembles spécifiques d’accompagnateurs qui fonctionnent ensemble pour moduler le repliement d’une protéine ou de complexes protéiques associés à un phénotype donné.
Les cellules font face aux dommages causés par les protéines en utilisant des machines de contrôle de la qualité qui réparent, séquestrent ou éliminent toutes les protéines endommagées1,2. Le repliement et l’assemblage des complexes protéiques sont soutenus par des chaperons moléculaires, un groupe diversifié de protéines hautement conservées qui peuvent réparer ou séquestrer les protéines endommagées3,4,5,6,7. L’élimination des protéines endommagées est médiée par le système ubiquitine-protéasome (UPS)8 ou par la machinerie d’autophagie9 en collaboration avec les chaperons10,11,12. L’homéostasie protéique (protéostasie) est donc maintenue par des réseaux de contrôle de la qualité composés de machines de repliement et de dégradation3,13. Cependant, comprendre les interactions entre les différentes composantes du réseau de protéostasie in vivo est un défi majeur. Alors que les écrans d’interaction protéine-protéine fournissent des informations importantes sur les interactions physiques et les complexes chaperons14,15, la compréhension de l’organisation et des mécanismes compensatoires au sein des réseaux de chaperons spécifiques aux tissus in vivo fait défaut.
Les interactions génétiques sont souvent utilisées comme un outil puissant pour examiner la relation entre les paires de gènes impliqués dans les voies biologiques communes ou compensatoires16,17,18. De telles relations peuvent être mesurées en combinant des paires de mutations et en quantifiant l’impact d’une mutation dans un gène sur la gravité phénotypique causée par une mutation dans le second gène16. Bien que la plupart de ces combinaisons ne montrent aucun effet en termes de phénotype, certaines interactions génétiques peuvent aggraver ou atténuer la gravité du phénotype mesuré. Des mutations aggravantes sont observées lorsque le phénotype du mutant à double délétion est plus grave que le phénotype attendu observé lors de la combinaison des mutants de délétion unique, ce qui implique que les deux gènes fonctionnent dans des voies parallèles, affectant ensemble une fonction donnée. En revanche, des mutations atténuantes sont observées lorsque le phénotype du mutant à double délétion est moins sévère que le phénotype observé avec les mutants à délétion simple, ce qui implique que les deux gènes agissent ensemble comme un complexe ou participent à la même voie16,18. En conséquence, divers phénotypes qui peuvent être quantifiés, y compris des phénotypes larges, tels que la létalité, les taux de croissance et la taille du couvain, ainsi que des phénotypes spécifiques, tels que les rapporteurs transcriptionnels, ont été utilisés pour identifier les interactions génétiques. Par exemple, Jonikas et al. se sont appuyés sur un rapporteur de stress ER pour examiner les interactions du réseau de protéostasie de réponse protéique déployée par ER à l’aide d’analyses de délétion de gènes par paires19.
Les tests d’interaction génétique impliquent de croiser systématiquement les mutations de délétion par paires pour générer un ensemble complet de doubles mutants20. Cependant, dans les modèles animaux, et en particulier chez C. elegans,cette approche à grande échelle n’est pas réalisable. Au lieu de cela, les souches mutantes peuvent être testées pour leurs modèles d’interaction génétique en régulant à la baisse l’expression des gènes à l’aide de l’interférence ARN (ARNi)21. C. elegans est un système puissant pour les écrans basé sur l’ARNi22,23. Chez C. elegans,l’administration d’ARN double brin (ARNds) est obtenue par alimentation bactérienne, ce qui conduit à la propagation des molécules d’ARNds à de nombreux tissus. De cette manière, les molécules d’ARNd introduites impactent l’animal via une procédure rapide et simple21. Un criblage d’interaction génétique utilisant l’ARNi peut donc révéler l’impact de la régulation à la baisse d’un ensemble de gènes ou de la plupart des gènes codant pour C. elegans à l’aide de bibliothèques d’ARNi24. Dans un tel écran, les hits qui impactent le comportement du mutant d’intérêt mais pas la souche de type sauvage sont des modificateurs potentiels du phénotype surveillé25. Ici, nous appliquons une combinaison de mutations et de dépistage de l’ARNi pour cartographier systématiquement les interactions de chaperon spécifiques aux tissus chez C. elegans.
1. Préparation de plaques de milieux de croissance de nématodes pour l’ARNi
2. Cultiver des bactéries ARNi et ensemencer les plaques
3. Synchronisation non stressante des embryons
4. Essais phénotypiques courants
5. Validation de l’élimination des protéines
Utilisation de mutations sensibles à la température dans l’UNC-45 pour dépister les interactions aggravantes ou atténuantes dans des conditions permissives ou restrictives, respectivement
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous remercions le Caenorhabditis Genetics Center, financé par le NIH National Center for Research Resources (NCRR), pour certaines des souches de nématodes. Les anticorps monoclonaux développés par H.F. Epstein ont été obtenus à partir de la Developmental Studies Hybridoma Bank développée sous les auspices du NICHD et maintenue par le Département de biologie de l’Université de l’Iowa. Cette recherche a été soutenue par une subvention de la Fondation israélienne pour la science (subvention n° 278/18) et par une subvention du ministère israélien de la Science et de la Technologie et du ministère des Affaires étrangères et de la Coopération internationale, Direction générale de la promotion des pays, République italienne (subvention n° 3-14337). Nous remercions les membres du laboratoire Ben-Zvi pour leur aide dans la préparation de ce manuscrit.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
12-well-plates | SPL | BA3D16B | |
40 mm plates | Greiner Bio-one | 627160 | |
60 mm plates | Greiner Bio-one | 628102 | |
6-well plates | Thermo Scientific | 140675 | |
96 well 2 mL 128.0/85mm | Greiner Bio-one | 780278 | |
Agar | Formedium | AGA03 | |
Ampicillin | Formedium | 69-52-3 | |
bromophenol blue | Sigma | BO126-25G | |
CaCl2 | Merck | 1.02382.0500 | |
Camera | Qimaging | q30548 | |
Cholesterol | Amresco | 0433-250G | |
Confocal | Leica | DM5500 | |
Filter (0.22 µm) | Sigma | SCGPUO2RE | |
Fluorescent stereomicroscope | Leica | MZ165FC | |
Glycerol | Frutarom | 2355519000024 | |
IPTG | Formedium | 367-93-1 | |
KCl | Merck | 104936 | |
KH2PO4 | Merck | 1.04873.1000 | |
KOH | Bio-Lab | 001649029100 | |
MgSO4 | Fisher | 22189-08-8 | Gift from the Morimoto laboratory |
Myosin MHC A (MYO-3) antibody | Hybridoma Bank | 5-6 | |
Na2HPO4·7H2O | Sigma | s-0751 | |
NaCl | Bio-Lab | 001903029100 | |
Peptone | Merck | 61930705001730 | |
Plate pouring pump | Integra | does it p920 | |
RNAi Chaperone library | NA | NA | |
SDS | VWR Life Science | 0837-500 | |
ß-mercaptoethanol | Bio world | 41300000-1 | |
stereomicroscope | Leica | MZ6 | |
Tetracycline | Duchefa Biochemie | 64-75-5 | |
Tris | Bio-Lab | 002009239100 | |
Tween-20 | Fisher | BP337-500 |
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