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Method Article
ここでは、ルシフェラーゼベースのレポーターアッセイを半自動のハイスループットスクリーニングフォーマットで使用するための詳細なプロトコルについて説明します。
高いオートファジーフラックスが腫瘍の進行やがん治療抵抗性に関連していることを示す証拠が増えています。個々のオートファジータンパク質のアッセイは、この経路を標的とする治療戦略の前提条件です。オートファジープロテアーゼATG4Bの阻害は全生存期間を延長することが示されており、ATG4Bががん治療の創薬標的となる可能性が示唆されています。当研究室では、細胞内のATG4B活性をモニタリングするための選択的ルシフェラーゼベースのアッセイを開発しました。このアッセイでは、ATG4Bの基質であるLC3Bを、海産カイアシ類Gaussia princeps(GLUC)由来の分泌可能なルシフェラーゼでC末端にタグ付けします。このレポーターはアクチン細胞骨格と結合しているため、アクチンを切断しても細胞の細胞質に留まります。ATG4Bを介した切断により、従来とは異なる分泌によってGLUCが放出され、細胞のATG4B活性の相関関係として細胞培養から上清を採取することで監視できます。このホワイトペーパーでは、このルシフェラーゼベースのアッセイを自動ハイスループットスクリーニングに応用する方法を紹介します。細胞ATG4B活性の例示的なハイスループット解析のためのワークフローと最適化について説明します。
オートファジーは、細胞が細胞内の恒常性を維持し、リソソームを介して老化した、欠陥のある、または不要な細胞内容物を分解することによってストレスに応答できるようにする保存された代謝プロセスです1,2,3。いくつかの病態生理学的条件下では、このプロセスは栄養素と酸素の欠乏に対する重要な細胞応答として機能し、栄養素と脂質がリサイクルされ、細胞が代謝ニーズに適応することを可能にします2,3,4。オートファジーは、神経変性疾患、病原体感染、各種がんなど、いくつかの疾患に関連する細胞ストレス応答としても確認されています。がんにおけるオートファジーの機能は複雑で、腫瘍の種類、病期、状態によって異なります。損傷した細胞のオートファジー分解によって腫瘍形成を抑制することができますが、低酸素、栄養欠乏、細胞傷害性損傷などのストレスの多い条件下での細胞生存を改善することにより、進行性腫瘍の生存を促進することもできます2,4,5,6。
いくつかの研究は、オートファジー阻害が抗がん戦略として有益であることを示しました。したがって、オートファゴソームの形成やリソソームとの融合などの重要なステップの阻害は、がん制御の効果的な方法である可能性があります2,4,5,6。ATG4Bが特定の病態に関与していることが次々と明らかになってきており、抗がん剤の標的として注目されています2,3,4。例えば、大腸がん細胞とヒト上皮成長因子受容体2(HER2)陽性乳がん細胞は、隣接する正常細胞よりもATG4B発現レベルが有意に高いことが観察されました2,4。前立腺癌細胞では、ATG4Bの阻害により、細胞株特異的に化学療法および放射線療法に対する感受性が生じた7。最近、膵管腺癌(PDAC)がATG4B阻害に対して特に脆弱であるという強力な証拠が浮上しています。例えば、遺伝子改変マウスモデルでは、ATG4B機能が断続的に失われると、PDAC腫瘍の増殖が抑制され、生存率が向上することが示されました3,4。全体として、ATG4Bは一部のがん種で高度に過剰発現しており、腫瘍の進行に関連し、がん治療抵抗性に関連しています2,4,8。
哺乳類のATG4システインプロテアーゼには、ATG4A-ATG4Dの4つのファミリーメンバーがあります。これらのタンパク質は、タンパク質のLC3 / GABARAP(ATG8)ファミリーに対していくつかの標的選択性を示し9,10,11、プロテアーゼ活性に関連しない追加の機能を有する可能性があります12,13。さらに、ATG4は、新しいタイプの翻訳後修飾であるタンパク質のATG8-イル化を調節する機能も備えています11,12。ATG4Bとその主要な基質であるLC3Bは最も広く研究されていますが、オートファジープロセスと非オートファジープロセスの制御における各サブファミリーメンバーの複雑な役割を示唆する図式が浮上しています。このことは、リン酸化、アセチル化、グリコシル化、およびニトロシル化を介してATG4B活性を調節する翻訳後修飾の複雑なネットワークによってさらに裏付けられています9,10,11,12,13。
いくつかの既知のATG4B阻害剤が発表されています2,4,14,15。これらは研究ツールとして適していますが、その薬力学的プロファイル、選択性、または効力は、前臨床候補としての開発をまだ排除しています4,16。全体として、より強力で選択的な化合物を同定することが急務となっています。多くの場合、これらの化合物はタンパク質機能の優れた生化学的阻害剤ですが、細胞ベースのアッセイにおける有効性は低いです。ATG4B活性をモニターするためのアッセイには、生化学的方法や細胞ベースのアッセイなど、複数のアッセイがあります4。我々は以前、細胞内のATG4B活性をモニタリングするためのシンプルな発光ベースのハイスループットアッセイを開発した8,17。このアッセイは、細胞外環境で安定して活性であり、ATG4Bタンパク質分解活性に応答して細胞から誘導的に放出できるGaussia princeps(GLUC)由来のルシフェラーゼタンパク質を利用します18,19。
このレポーターコンストラクトでは、dNGLUCは細胞のアクチン細胞骨格に結合しています。プロテアーゼ特異的リンカーは、β-アクチンアンカーとdNGLUCの間に導入され、分泌物がリンカーの切断に依存するようになります。LC3Bの切断をモニターするために、β-アクチンとdNGLUCの間のLC3Bの全長オープンリーディングフレームを使用しました17,18,19。dNGLUCの分泌機構はよくわかっていませんが、ATG4B活性のモニタリングに特異的であり、ATG5ノックアウト細胞で発生するオートファジー全体に依存せず、古典的なシグナルペプチドを必要としない非従来型のメカニズムによって媒介されます4,18,19。このレポーターを使用して低分子やsiRNAライブラリーをスクリーニングすることに成功し、Aktプロテインキナーゼ8などのATG4B活性の新規制御因子を同定しました。この論文では、このルシフェラーゼレポーターを半自動のハイスループットスクリーニングフォーマットで使用するための詳細なプロトコルについて説明します。
注:アッセイプロセスの概要を 図1に示します。このプロトコルで使用されるすべての材料、試薬、および機器に関連する詳細については、 材料表 を参照してください。
1. レトロウイルス産生
注:ActinLC3dNGLUCをコードするプラスミドはpMOWS-ActinLC3dNGLUC20です。高力価のウイルス産生には、継代数の少ない細胞を使用します(理想的にはP20未満)。
2. レトロウイルスの形質導入
3. プールされた個体群の選択と維持
4. 化合物添加
注:Selleckchem 低分子ライブラリーは、ジメチルスルホキシド(DMSO)中のストック濃度 10 mM の 50 個の 96 ウェルプレートに 8 行 10 列に配置された約 4,000 の化合物で構成されています。
5. 細胞播種
6. 細胞上清の採取
注:ここで使用されているリキッドハンドリングロボットプラットフォームは、96チップのマルチチャンネルアームでリキッドハンドリングを行います。リキッドハンドリングの自動化が利用できない場合は、マルチチャンネルピペットを使用してプロトコルをロースループットフォーマットに適合させることができます。
7. ルシフェラーゼアッセイ
注:レポーターで使用されているdNGLUCは、急速な信号減衰を伴うフラッシュキネティクスを示します。基質(セレンテラジン)を添加した後は発光が急速に減衰するため、上清の発光信号を測定するようにプレートリーダーを設定する必要があります。基板をウェルに注入し、数秒後にそれをよく読み取ります。このため、発光をモニタリングでき、基質インジェクターを備えたプレートリーダーを使用して、注入ステップと読み取りステップの間の時間がすべてのサンプルで均一になるようにします。プレートリーダーで使用される設定を 図4に示します。
8. 細胞の固定と染色
注意: このステップは、マルチチャンネルピペットを使用して手動で実行するか、バルクディスペンサーを使用して実行できます。
9. 画像取得
注:自動顕微鏡を使用して画像取得を実行します。細胞数を決定するための画像取得の代替として、細胞内のルシフェラーゼ活性も決定できます。細胞数と細胞内ルシフェラーゼ活性のどちらを正常化するかについては、後述するように長所と短所があります。細胞数の決定は、細胞内ルシフェラーゼ値の決定よりも侵襲性が低く、変動性が低いことがわかりました。
10. 画像解析
注:任意の画像解析ソフトウェアを使用して、取得した画像から細胞核をセグメント化してカウントできます。ここでは、複数の自動顕微鏡ファイルと互換性のある特定のオンラインソフトウェアを使用する手順について説明します。
以前の論文8では、このアッセイを使用して低分子およびsiRNAライブラリーをスクリーニングし、ATG4Bの新規制御因子を同定することに成功しました。ここでは、このルシフェラーゼレポーターのプロトコールと代表的な結果を、半自動のハイスループットスクリーニングフォーマットで説明します。 図8 は、細胞核と発光の両方の生データ解析の例を?...
このプロトコルはATG4Bの抑制剤の同一証明のためのセルベースのレポーター遺伝子の試金を記述する。一次ヒットの同定は、β-アクチンとdNGLUCの間のLC3Bの全長オープンリーディングフレームを発現する細胞の処理時のルシフェラーゼ活性に基づいています。このアッセイの利点は、細胞を溶解せずにdNGLUCを検出できるため、感度が高く、定量性が高く、非侵襲的であることです。この論文で?...
著者には開示すべき利益相反はありません。
この研究は、MRC-UCL University Unit Grant Ref MC_U12266B、MRC Dementia Platform Grant UK MR/M02492X/1、Pancreatic Cancer UK(助成金参照2018RIF_15)、およびUCL Therapeutic Acceleration Supportスキームへの英国医学研究評議会のコア資金によって支援され、MRC Confidence in Concept 2020 UCL MC/PC/19054からの資金提供によって支援されました。ActinLC3dNGLUC(pMOWS-ActinLC3dNGLUC)をコードするプラスミドは、Dr. Robin Ketteler(Department of Human Medicine, Medical School Berlin)から入手しました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
50 µL Disposable Tips - Non-filtered, Pure, Nested 8 Stack (Passive Stack) | Tecan | 30038609 | Disposable 96-tip rack |
BioTek MultiFlo | BioTek | bulk dispenser | |
Coelenterazine | Santa Cruz Biotechnology | sc-205904 | substrate |
Columbus Image analysis software | Perkin Elmer | Version 2.9.1 | image analysis software |
DPBS (1x) | Gibco | 14190-144 | |
Echo Qualified 384-Well Polypropylene Microplate, Clear, Non-sterile | Beckman Coulter | 001-14555 | 384PP plate |
EnVision II | Perkin Elmer | luminescence plate reader | |
Express pick Library (96-well)-L3600-Z369949-100µL | Selleckchem | L3600 | Selleckchem |
FMK9A | MedChemExpress | HY-100522 | |
Greiner FLUOTRAC 200 384 well plates | Greiner Bio-One | 781076 | solid-black 384-well plates |
Harmony Imaging software | Perkin Elmer | Version 5.1 | imaging software |
Hoechst 33342, Trihydrochloride, Trihydrate - 10 mg/mL Solution in Water | ThermoFisher | H3570 | Hoechst 33342 |
Labcyte Echo 550 series with Echo Cherry Pick software | Labcyte/Beckman Coulter | nanoscale acoustic liquid dispenser | |
Milli-Q water | deionized water | ||
Opera Phenix High-Content Screening System | Perkin Elmer | automated microscope | |
Paraformaldehyde solution 4% in PBS | Santa Cruz Biotechnology | sc-281692 | |
PhenoPlate 384-well, black, optically clear flat-bottom, tissue-culture treated, lids | Perkin Elmer | 6057300 | CellCarrier-384 Ultra PN |
pMOWS-ActinLC3dNGLUC | Obtained from Dr. Robin Ketteler (Department of Human Medicine, Medical School Berlin) | ||
Polybrene Infection / Transfection Reagent | Merck | TR-1003-G | polybrene |
Puromycin dihydrochloride, 98%, Thermo Scientific Chemicals | ThermoFisher | J61278.ME | Puromycin |
Tecan Freedom EVO 200 robot | Tecan | liquid handling robotic platform | |
X-tremeGENE HP DNA Transfection Reagent Roche | Merck | 6366244001 | DNA transfection reagent |
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