Name: transient expression of foreign genes in insect cells (sf9) for protein functional assay
Uploaded: 2018-02-22T13:00:00
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Nous remercions le Dr Jian-khoudja Leu d’Institut de Biologie Marine, National Taiwan Ocean University pour la fourniture de 3 constructions de plasmide. Cette recherche a été financée par Grant 106-2311-B-197-001 - du ministère de la Science et la technologie (MOST).

1. les préparatifs
<ol><li>Culture cellulaire insectes<ol>
<li>Préparer 50 mL de milieu de culture cellulaire. Pour ce faire, ajouter 500 µL d’antibiotiques (amphotéricine B = 0,25 µg/mL, la pénicilline = 100 unités/mL, streptomycine = 100 µg/mL) et 5 mL de sérum bovin fœtal inactivés par la chaleur dans le milieu de culture sans sérum cellulaire (sans antibiotiques ou FBS). Remarque : Faire chauffer le sérum de veau fœtal à 65 ° C pendant 30 min dans un bain d’eau avant utilisa...

<ol>
	<li>Miller, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Baculoviruses+as+gene+expression+vectors.">Baculoviruses as gene expression vectors.</a> Annual Reviews in Microbiology. 42 (1), 177-199 (1988).</li><li>Theilmann, D. A., Fauquet, C. M., Mayo, M. A., Maniloff, J., Desselberger, U., Ball, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Family+Baculoviridae.">Family Baculoviridae.</a> Virus Taxonomy: Eighth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. , 1129-1185 (2005).</li><li>Nai, Y. S., Huang, Y. F., Chen, T. H., Chiu, K. P., Wang, C. H., Shields, V. D. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modifying+the+insect+cell+N-glycosylation+pathway+with+immediate+early+baculovirus+expression+vectors.">Modifying the insect cell N-glycosylation pathway with immediate early baculovirus expression vectors.</a> Nature Biotechnol. 14 (1996), 1288-1292 (1996).</li><li>Clem, R. J., Miller, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+programmed+cell+death+by+the+baculovirus+genes+p35+and+iap.">Control of programmed cell death by the baculovirus genes p35 and iap.</a> Mol. Cell. Biol. 14, 5212-5222 (1994).</li><li>Leu, J. H., Kuo, Y. C., Kou, G. H., Lo, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+cloning+and+characterization+of+an+inhibitor+of+apoptosis+protein+(IAP)+from+the+tiger+shrimp,+Penaeus+monodon.">Molecular cloning and characterization of an inhibitor of apoptosis protein (IAP) from the tiger shrimp, Penaeus monodon.</a> Dev. Comp. Immunol. 32, 121-133 (2008).</li><li>Zhao, Y. G., Eggleston, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+promoters+for+transient+gene+expression+in+cultured+mosquito+cells.">Comparative analysis of promoters for transient gene expression in cultured mosquito cells.</a> Insect Mol. Biol. 8 (1), 31-38 (1999).</li><li>Nai, Y. S., Yang, Y. T., Kim, J. S., Wu, C. Y., Chen, Y. W., Wang, C. 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Separating Protein with SDS-PAGE Available from: <a target="_blank" href="https://www.jove.com/science-education/5058/separating-protein-with-sds-page">https://www.jove.com/science-education/5058/separating-protein-with-sds-page</a> (2017)</li><li>Vucic, D., Kaiser, W. J., Harvey, A. J., Miller, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+reaper-induced+apoptosis+by+interaction+with+inhibitor+of+apoptosis+proteins+(IAPs).">Inhibition of reaper-induced apoptosis by interaction with inhibitor of apoptosis proteins (IAPs).</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94, 10183-10188 (1997).</li></ol>

Le concept de système de pile à pDHsp/V5-His/sf9 axée sur le choc thermique a été décrite par Clem et al. , 1994,8. Comparaison du promoteur du gène baculoviral (IE1) et Drosophila hsp70 a montré que hsp70 avaient une plus grande efficacité en moustique cellules10. En outre, en raison de l’induction de choc thermique, le moment d’expression de la protéine pourrait être contrôlé précisément après le traitement de choc t...

Deux systèmes d’expression de protéines ont été couramment utilisées pour produire des protéines : systèmes d’expression de protéine procaryote (système d’expression géniqueEscherichia coli ) et des systèmes d’expression protéine eucaryote. Un système d’expression de protéine eucaryote populaire est les baculovirus expression vector system (BEVS)1. Les baculovirus ont été utilisées comme agents de lutte biologique dans le monde entier d’agricoles et sylvicoles nuisibles. Dans les dernières décennies, les baculovirus ont été élaborés comme des outils biotechnologiques pour les vecteurs d’expression protéique ainsi. Le génome des baculovirus composé d’ADN à double brin circulaire et enveloppé de nucléocapsides2. À ce jour, plus de soixante dix-huit baculovirus isolats ont été séquencées3. Se fondant sur la cascade temporelle des baculoviral expressions de gènes dans des cellules d’insecte hôte, la transcription des gènes pouvait être classée dans quatre cascades temporelles, dont précoces immédiats, gènes retardé, début, fin et très fin4.
BEVSs ont été désignées pour que les promoteurs de gènes très fin (c.-à-d.polyèdre ou p10 promoteur) ont été utilisées pour conduire les gènes cibles, tandis que le baculovirus recombinant a été généré par recombinaison homologue. Expression des protéines étrangères dans des cellules d’insecte de baculovirus recombinant est similaire à celle des protéines de mammifères aux modifications post-traductionnelles (adaptées pour la production de glycoprotéines). Ainsi, le baculovirus a été largement utilisé5,6,7. Toutefois, l’une des limites sont la présence de différentes voies de la N-glycosylation dans des cellules d’insecte7.
Par conséquent, un nouveau système d’expression baculovirus, le système d’expression génétique transitoire, a été développé. Ce système exprime des gènes étrangers dans le lecteur de baculoviral promoteurs précoces immédiats (c’est à dire 1 promoteur) dans des cellules d’insecte. En utilisant ce système, la protéine-cible peut être exprimée immédiatement sous le contrôle du promoteur c’est à dire 1 tout en modifiant la voie N-glycosylation dans des cellules d’insecte, résultant en une meilleure oligosaccharides liés à N7. En outre, baculoviral gènes précoces immédiats sont transcrits par l’ARN polymérase II la cellule-hôte et ne nécessitent pas de n’importe quel facteur viral pour activation4. Par conséquent, protéines étrangères peuvent être exprimées dans des cellules d’insecte dans de brefs délais. À ce jour, le transitoire, système d’expression génique est une des technologies plus importantes permettant d’effectuer des tests fonctionnels de protéine dans le baculovirus in vitro système de culture cellulaire. Le système peut être appliqué pour analyser la fonction de baculovirus ou de protéines étrangères. Parmi les systèmes d’expression génétique transitoire disponibles dans le commerce repose sur les promoteurs de gènes précoces immédiats (IE) de Orgyia pseudotsugata pourcentage nucleopolyhedrovirus (OpMNPV) (promoteurs de OpIE2 et OpIE1).
Cependant, le plus faible niveau d’expression de gènes étrangers dans des cellules d’insecte était toujours un problème lorsque le système d’expression de gène transitoire axée sur le promoteur OpIE a été utilisé8,9,10. Ainsi, un autre système d’expression de gène transitoire a été construit selon le promoteur de la drosophile chaleur choc protéine 70 (hsp70) gène8,9. Le promoteur de hsp70 fonctionne plus efficacement que le promoteur baculoviral IE lorsque induite par choc thermique dans des cellules d’insecte10. Dans ce système, les gènes cibles ont été exprimés dans le lecteur de 70 (Dhsp70) promoteur de Drosophila chaleur choc. Des gènes étrangers peuvent être facilement clonés dans le plasmide d’expression génétique transitoire par clonage des méthodes basées sur la PCR. En outre, le contrôle du moment pour l’expression des gènes peut être effectué par induction de choc thermique.
Dans ce rapport, nous suivons la démarche et exprimer trois troncatures différentes du gène baculoviral (inhibiteur de l’apoptose 3, iap3 de Lymantria xylina MNPV) en utilisant le système d’expression de protéine transitoire axée sur le choc thermique et d’appliquer ces protéines exprimées sur l’analyse de l’activité anti-apoptotique. Ce système peut exprimer soit rapidement de protéines étrangères ou être davantage appliqué à l’évaluation de l’activité de la protéine anti-apoptotique dans les cellules sf9, tout en ayant le potentiel pour être appliquée à d’autres tests d’activité protéine.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Antibiotic-Antimycotic, 100X</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15240-062</td>
			<td>for insect cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Certified Foetal Bovine Serum</td>
			<td>Bioind</td>
			<td>04-001-1A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sf-900 II SFM</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>10902096</td>
			<td>serum-free cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sf9 cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25cm2 cell culture flask</td>
			<td>Nunc, Thermo Fisher</td>
			<td>156340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted light microscopy</td>
			<td>WHITED</td>
			<td>WHITED WI-400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RBC HIT Competent Cell</td>
			<td>Bioman</td>
			<td>RH618-J80</td>
			<td>Escherichia coli (DH5&#945;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L.B. Broth (Miller)</td>
			<td>Bioman</td>
			<td>LBL407</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar, Bacteriological Grade</td>
			<td>Bioman</td>
			<td>AGR001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zeocin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>ant-zn-1</td>
			<td>selection antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR Master Mix (2X)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>K0171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geneaid Midi Plasmid Kit (Endotoxin Free)</td>
			<td>Geneaid</td>
			<td>PIE25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Actinomycin D</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>A9415</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning 50 mL centrifuge tubes</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>CLS430829-500EA</td>
			<td>50 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Gizmo Supply Co</td>
			<td>B-CNT-SLDE-V2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-Well Multidish</td>
			<td>Nunc, Thermo Fisher</td>
			<td>142475</td>
			<td>24-well plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellfectin II Reagent</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>10362100</td>
			<td>cell transfectin reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS-Phosphate-Buffered Saline (10X) pH 7.4</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>AM9624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#215;SDS Loading Dye</td>
			<td>Bioman</td>
			<td>P1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immobilon-P (PVDF Blotting Membranes)</td>
			<td>Merck Milipore</td>
			<td>IPVH00010</td>
			<td>PVDF membranes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Trans-Blot Cell system</td>
			<td>BIO-RED</td>
			<td>1703930</td>
			<td>Blotting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ponceau S solution</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>6226-79-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-V5</td>
			<td>SIGMA</td>
			<td>V8137</td>
			<td>rabbit anti-V5 antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG-horseradish peroxidase (HRP)</td>
			<td>Jackson</td>
			<td>111-035-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 20</td>
			<td>Merck</td>
			<td>817072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-Well Multidish</td>
			<td>Nunc, Thermo Fisher</td>
			<td>145380</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.4 % trypan blue solution</td>
			<td>AMRESCO</td>
			<td>K940-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P10 pipetman</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>F144802</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P1000 pipetman</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>F123602</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tape</td>
			<td>Symbio</td>
			<td>PPS7</td>
			<td>24 well tape ( 19 mm&#215;36 M)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

transient expression of foreign genes in insect cells (sf9) for protein functional assay

Le système d’expression de gène transitoire est une des technologies plus importantes permettant d’effectuer l’analyse fonctionnelle de protéines dans le baculovirus in vitro système de culture cellulaire. Ce système a été développé pour des gènes étrangers expriment sous le contrôle du promoteur baculoviral dans les plasmides d’expression transitoire. En outre, ce système peut être appliqué à un test fonctionnel du baculovirus lui-même ou des protéines étrangères. Le système d’expression génétique transitoire plus largement et commercialement disponible est développé basé sur le promoteur du gène précoce immédiat (IE) de Orgyia pseudotsugata pourcentage nucleopolyhedrovirus (OpMNPV). Cependant, un niveau faible expression de gènes étrangers dans des cellules d’insectes a été observé. Par conséquent, un système d’expression de gène transitoire a été construit pour améliorer l’expression de la protéine. Dans ce système, les plasmides recombinants furent construits pour contenir la séquence cible sous le contrôle du Drosophila chaleur choc 70 (Dhsp70) promoteur. Ce protocole présente l’application de cette chaleur axée sur le choc pDHsp/V5-His (épitope V5 avec 6 histidine) /Spodoptera frugiperda cellule système (cellules sf9) ; ce système est disponible non seulement pour l’expression des gènes mais aussi pour évaluer l’activité anti-apoptotique des protéines de candidat dans des cellules d’insecte. En outre, ce système peut être soit transfecté avec un plasmide recombinant ou transfectées conjointement deux plasmides recombinants potentiellement fonctionnellement antagonistes dans des cellules d’insecte. Le protocole montre l’efficacité de ce système et fournit un cas pratique de cette technique.

Toute la longueur et autres deux troncatures (domaines BIR et anneau) de Ly-IAP3 de LyxyMNPV étaient surexprimés dans les cellules sf9, basée sur la chaleur axée sur le choc pDHsp/V5-His /Spodoptera frugiperda cellulaire (cellules sf9). Le pDHsp/V5-His contenait un drosophile chaleur choc promoteur de la protéine, qui entraîne l’expression des gènes en aval à une température de 42 ° C condition en utilisant des facteurs de transcriptionnelles cellulaires et l...

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Transient Expression of Foreign Genes in Insect Cells sf9 for Protein Functional Assay

Ce protocole décrit un système d’expression de protéine induite par le choc de chaleur (système de pile à pDHsp/V5-His/sf9), qui peut être utilisé pour exprimant des protéines étrangères ou évaluation de l’activité anti-apoptotique de protéines étrangères potentiels et leur tronqué amine acides dans les cellules d’insectes.

Expression transitoire de gènes étrangers dans des cellules d’insecte (sf9) pour l’analyse fonctionnelle de la protéine

The transient gene expression system is one of the most important technologies for performing protein functional analysis in the baculovirus in vitro cell ...

The overall goal of this heat shock-induced protein expression system is to evaluate protein anti-apoptotic activity in two potentially functionally antagonistic proteins in insect cells. This method can help answer key questions about the functions and activities of candidate proteins in biotechnology and proteomics, such as their anti-apoptotic activities and protein interactions. The main advantage of this technique is that the timing of gene expression is controlled by heat shock induction.So this method can provide insight into protein functional status. It can also be applied to other systems, such as mammalian protein expression. The Spodoptera frugiperda, or Sf9, insect cells used in this protocol are grown in cell culture medium in 25 square centimeter cell culture flasks at 28 degrees Celsius.Shake the cell culture flask to detach the cells from the flask. Then check under a light microscope to make sure that about 80%of the cells are detached. Transfer 50%of the cell suspension to a new 25 square centimeter cell culture flask, and allow the cells to attach at room temperature for 15 minutes.After 15 minutes, replace the medium with five milliliters of fresh culture medium, and grow in an incubator at 28 degrees Celsius. Depending on the cell growth, passage the cells every two to three days. Prior to harvesting the Sf9 cells, it is important to check the cells under the light microscope to make sure that there is no contamination by bacteria or other microorganisms.To harvest the Sf9 cells, shake the culture flask to detach the cells, and then transfer the cell suspension to a 15-milliliter tube. Using a P10 pipette, transfer 10 microliters of the cell suspension to a hemacytometer, and count the cell number under the light microscope. Plate three times 10 to the fifth cells into each well of a 24-well plate, and leave at room temperature for 15 minutes.After 15 minutes, replace the medium with 0.5 milliliters of plating medium. Prepare the cell transfection regent. For each transfection, dilute eight microliters of cell transfection reagent with 100 microliters of serum-free cell culture medium, and vortex for one second to mix.In this study, three different truncations of the baculoviral gene, inhibitor of apoptosis 3, or IAP3, will be expressed under the control of the Drosophila heat shock 70 promoter, the full-length IAP3, a truncation lacking the RING domain, and a truncation lacking the BIR domain. Add two micrograms of each plasmid DNA into 100 microliters of serum-free cell culture medium, and mix by vortexing for one second. Prepare a positive control as well.Combine the diluted plasmid DNA and diluted cell transfection reagent, and mix by vortexing. Incubate at room temperature for 30 minutes. Using a P1000 pipette, add 210 microliters of each DNA transfection reagent mixture dropwise onto the cells.Incubate at 28 degrees Celsius for five hours. After five hours, replace the plating medium with 0.5 milliliters of cell culture medium, and then seal the 24-well plate with tape. Incubate at 28 degrees.On the following day, heat shock to induce protein expression by floating the plate in a 42 degree Celsius water bath for 30 minutes. After 30 minutes, return the 24-well plate to the 28 degree Celsius incubator. Protein expression is subsequently confirmed by Western blot as described in the text protocol.To examine gene-induced cell apoptosis, first prepare Sf9 cells as demonstrated earlier. Next, transfect the cells in the same manner as before, but include one microgram of a plasmid containing an apoptosis inducer gene in each transfection reaction. Incubate at 28 degrees Celsius for five hours, replace the medium, and incubate for 16 hours.Heat shock the transfected cells at 42 degrees Celsius for 30 minutes. Incubate the cells at 28 degrees Celsius for five hours before conducting the cell viability assay. For chemical-induced cell apoptosis, plate one times 10 to the six Sf9 cells into each well of a six-well plate.Leave at room temperature for 15 minutes, and then replace the medium with one milliliter of plating medium. Transfect the cells with four micrograms of each plasmid DNA. After five hours, replace the plating medium with one milliliter of cell culture medium, and incubate the cells at 28 degrees Celsius for 16 hours.Then heat shock at 42 degrees Celsius for 30 minutes. Incubate the cells at 28 degrees Celsius for five hours post-heat shock. Then treat the transfected cells with actinomycin D to induce apoptosis.Incubate at 28 degrees Celsius for 16 hours before conducting the cell viability assay. Begin this procedure by washing the treated cells. Remove the medium from each well, add one milliliter of PBS, and leave for one minute.Wash the cells three times with PBS in this manner. Resuspend the cells in each well with one milliliter of PBS containing 04%trypan blue, and stain at room temperature for three minutes. Transfer the cell suspension into a 1.5 milliliter microfuge tube.Transfer 10 microliters of the trypan blue-stained cell suspension to a hemacytometer, and count the viable intact cells under a light microscope. Finally, perform statistical analysis as described in the text protocol. The full length and two truncations of IAP3 from Lymantria xylina MNPV were overexpressed in Sf9 cells, and Western blot was performed on cell lysates to confirm protein expression.The anti-apoptotic protein Ac-P35 was included as a positive control. All proteins could be detected in transfected cells at either one hour or five hours post-heat shock, with a higher expression at five hours. This system can be adapted to evaluate anti-apoptotic activity.For gene-induced cell apoptosis, the apoptosis inducer Drosophila Reaper was co-transfected with target gene plasmid constructs into Sf9 cells, which were subsequently heat shocked to activate gene expression. Compared to the vector Drosophila Reaper, the positive control showed high anti-apoptotic activity, reaching up to 80%of the viability rate. The other constructs showed various effects on anti-apoptotic activity.For chemical-induced cell apoptosis, only one construct was transfected into Sf9 cells, and actinomycin D was added five hours post-heat shock. Compared to the positive control or the negative control, the other constructs showed various effects on anti-apoptotic activity. Once mastered, this technique can be done in two to three days if it is performed properly.While attempting this procedure, it's important to remember to obey the operation rules of cell culture in laminar flow and check the status of cells diligently. Following this procedure, other methods, such as co-immunoprecipitation, can be performed to answer additional questions, like whether there is any interaction between the two proteins co-expressed in the insect cells. After its development, this technique paved the way for researchers in the field of biotechnology to explore protein functions in animal or microorganisms.After watching this video, you should have a good understanding of how to use this system to express foreign protein or evaluate potentially functionally antagonistic proteins in insect cells. Don't forget that working with some chemicals, like actinomycin D, can be extremely hazardous, and precautions, such as wearing gloves, should always be taken while performing this procedure.

Research

JoVE Journal

Genetics

Transient Expression of Foreign Genes in Insect Cells (sf9) for Protein Functional Assay

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In the initiation step of protein translation, the ribosome binds to the initiation region of the mRNA. Translation initiation can be blocked by binding ...

An In Vitro Protocol for Evaluating MicroRNA Levels, Functions, and Associated Target Genes in Tumor Cells

Un protocole in vitro pour évaluer les niveaux de microARN, les fonctions et les gènes cibles associés dans les cellules tumorales

MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory RNAs which are recognized to modulate numerous intracellular signaling pathways in several diseases including ...