Usando a ferramenta E1A Minigene para estudar alterações de emenda mRNA
Summary
Este protocolo apresenta uma ferramenta rápida e útil para avaliar o papel de uma proteína com função não caracterizada na regulação alternativa de emenda após o tratamento quimioterápico.
Abstract
O processamento de mRNA envolve múltiplas etapas simultâneas para preparar o mRNA para tradução, como 5’capping, adição poli-A e emenda. Além do emendamento constitutivo, o emendamento alternativo de mRNA permite a expressão de proteínas multifuncionais de um gene. Como os estudos interactome são geralmente a primeira análise para proteínas novas ou desconhecidas, a associação da proteína isca com fatores de emenda é uma indicação de que ela pode participar do processo de emenda mRNA, mas determinar em que contexto ou quais genes são regulados é um processo empírico. Um bom ponto de partida para avaliar esta função é usar a ferramenta minigene clássica. Aqui apresentamos o uso de minigene Adenoviral E1A para avaliar as mudanças alternativas de emenda após diferentes estímulos de estresse celular. Avaliamos o splicing de minigene E1A em HEK293 exprimidamente superexpressando proteína Nek4 após diferentes tratamentos de estresse. O protocolo inclui transfecção de minigene E1A, tratamento celular, extração de RNA e síntese de CDNA, seguido de análise de PCR e gel e quantificação das variantes emendadas E1A. O uso deste método simples e bem estabelecido combinado com tratamentos específicos é um ponto de partida confiável para lançar luz sobre processos celulares ou quais genes podem ser regulados por emendas mRNA.
Introduction
O splicing está entre os passos mais importantes no processamento de mRNA eucariótico que ocorre simultaneamente ao capping de 5’mRNA e à poliadenilação de 3’mRNA, compreendendo a remoção de intron seguido de junção exon. O reconhecimento dos locais de emenda (SS) pelo emendatório, um complexo ribonucleoproteíno contendo pequenas ribonucleoproteínas (snRNP U1, U2, U4 e U6), pequenas RNAs (snRNAs) e várias proteínas regulatórias1 é necessário para emendas.
Além da remoção intron (emendas constitutivas), em eucariotes, os introns podem ser retidos e os exons podem ser excluídos, configurando o processo chamado emenda alternativa mRNA (AS). A emenda pré-mRNA alternativa expande a capacidade de codificação de genomas eucarióticos permitindo a produção de um grande e diversificado número de proteínas de um número relativamente pequeno de genes. Estima-se que 95-100% dos mRNAs humanos que contêm mais de um exon podem passar por emendas alternativas2,3. Isso é fundamental para processos biológicos como desenvolvimento neuronal, ativação da apoptose e resposta ao estresse celular4,fornecendo ao organismo alternativas para regular o funcionamento celular usando o mesmo repertório de genes.
O maquinário necessário para emendas alternativas é o mesmo utilizado para emendas constitutivas e o uso da SS é o principal determinante para a ocorrência alternativa de emendas. O splicing constitutivo está relacionado ao uso de locais de emenda forte, que geralmente são mais semelhantes aos motivos de consenso para o reconhecimento deemendas 5.
Exons alternativos são tipicamente reconhecidos de forma menos eficiente do que os exons constitutivos uma vez que seus elementos cis-regulatórios,as sequências em 5’SS e 3’SS flanqueando esses exons, mostram uma capacidade de ligação inferior ao emendatório. O mRNA também contém regiões denominadas enhancers ou silenciadores localizados em exons (aprimoramentos de emendas exônicas (ESEs) e silenciadores de emenda exônica (ESSs)) e introns (aprimoramentos de emendas intrônicas (ISEs) e silenciadores de emenda intrônica (ISSs)) que melhoram ou reprimem o uso de exon,respectivamente 5. Essas sequências são reconhecidas por elementos trans-regulatórios, ou fatores de emenda (SF). As SFs são representadas principalmente por duas famílias de proteínas, os fatores de emenda rico em serina/arginina (SRSFs) que se ligam aos ESEs e à família de ribonucleoproteínas nucleares heterogêneas (hnRNPs) que se ligam às sequências de ESSs5.
O splicing alternativo pode ser modulado por fosforilação/desfosforilação de trans-fatores que modificam os parceiros de interações e localização celular dos fatores de emenda6,7,8. Identificar novos reguladores de fatores de emenda podem fornecer novas ferramentas para regular o splicing e, consequentemente, alguns tratamentos contra o câncer.
Anufrieva et al.9, em um perfil de expressão genética de microarray mRNA, observaram mudanças consistentes nos níveis de componentes spliceossômicos em 101 linhas celulares e após diferentes condições de estresse (drogas à base de platina, irradiação gama, inibidores de topoisomerase, inibidores de quinase tyrosina e impostos). A relação entre padrão de emenda e eficácia da quimioterapia já foi demonstrada em células cancerígenas de pulmão, que são resistentes à quimioterapia, mostrando alterações na taxa de variantes caspase-910. As células HEK293 tratadas com o painel de quimioterapia mostram mudanças no splicing com um aumento nas variantes pró-apoptóticas. Gabriel et al.11 observaram alterações em pelo menos 700 eventos de emenda após o tratamento de cisplatina em diferentes linhas celulares, apontando que as vias de emenda são afetadas pela cisplatina. Moduladores de emenda já demonstraram atividade anti-tumoral, mostrando que o splicing é importante para o desenvolvimento tumoral e, principalmente, a resposta à quimioterapia12. Por isso, caracterizar novas proteínas que regulam o splicing após agentes estressores celulares, como a quimioterapia, é muito importante para descobrir novas estratégias de tratamento.
As pistas de regulação alternativa de emendas a partir de estudos interactome, particularmente importantes para caracterizar funções de proteínas novas ou não caracterizadas, podem exigir uma abordagem mais geral e simples para verificar o real papel da proteína em AS. Minigenes são ferramentas importantes para a análise do papel geral de uma proteína que afeta a regulação do splicing. Eles contêm segmentos de um gene de interesse contendo regiões genômicas emendadas e flanqueadas13. O uso de uma ferramenta minigene permite a análise do splicing in vivo com diversas vantagens, como o comprimento do minigene que é menor e, portanto, não é uma limitação à reação de amplificação; o mesmo minigene pode ser avaliado em diferentes linhas celulares; todos os componentes celulares, principalmente sua regulação da modificação pós-translacional (fosforilação e alterações nos compartimentos celulares) estão presentes e podem ser abordados13,14. Além disso, mudanças no padrão alternativo de emenda podem ser observadas após o estresse celular e, o uso de um sistema minigene, permitem identificar a via que está sendo modulada por diferentes estímulos.
Existem vários sistemas de minigene já descritos que são específicos para diferentes tipos de eventos de emenda13,14, no entanto, como um ensaio preliminar, o minigene E1A15 é um sistema de repórteres alternativo muito bem estabelecido para o estudo da seleção de 5 SS in vivo. De apenas um gene, E1A, cinco mRNAs são produzidos por emenda alternativa com base na seleção de três diferentes locais de emenda de 5′ e de um local de emenda maior ou um menor de 3′16,17,18. A expressão das variantes E1A muda de acordo com o período de infecção adenoviral19,20.
Já mostramos anteriormente que tanto os isoformes nek4 interagem com fatores de emenda como SRSF1 e hnRNPA1 e, embora a isoforme 2 mude o emendamento alternativo minigene E1A, o isoforme 1 não tem efeito nesse21. Como o isoforme 1 é a isóforme mais abundante e altera a resistência à quimioterapia e a resposta a danos no DNA, avaliamos se ele poderia mudar a emenda alternativa minigene E1A em uma condição de estresse.
O ensaio minigene é um método simples, de baixo custo e rápido, uma vez que só precisa de extração de RNA, síntese de CDNA, amplificação e análises de gel de agarose, e pode ser uma ferramenta útil para avaliar, uma vez que um possível efeito sobre a emenda alternativa por uma proteína de interesses até o efeito de diferentes tratamentos no padrão de emenda alternativa celular.
Protocol
Representative Results
Discussion
Minigenes são ferramentas importantes para determinar os efeitos no splicing alternativo global in vivo. O minigene adenoviral E1A tem sido usado com sucesso há décadas para avaliar o papel das proteínas, aumentando a quantidade delas na célula13,14. Aqui, propomos o uso de minigene E1A para avaliar emendas alternativas após exposição quimioterápica. Uma linha de célula estável expressando isoforme Nek4 1 foi usada, evitando os artefatos de superexpres…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), por meio do Grant Temático 2017/03489-1 ao JK e à bolsa da FLB 2018/05350-3) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) para financiar essa pesquisa. Gostaríamos de agradecer ao Dr. Adrian Krainer por fornecer o plasmídeo pMTE1A e Zerler e colegas por seu trabalho na clonagem E1A. Agradecemos também ao Prof. Dr. Patrícia Moriel, Prof. Dr. Wanda Pereira Almeida, Prof. Dr. Marcelo Lancellotti e Prof. Dr. Karina Kogo Cogo Müller para permitir que usem seu espaço de laboratório e equipamentos.
Materials
| 100 pb DNA Ladder | Invitrogen | 15628-050 | |
| 6 wells plate | Sarstedt | 833920 | |
| Agarose | Sigma | A9539-250G | |
| Cisplatin | Sigma | P4394 | |
| DEPC water | ThermoFisher | AM9920 | |
| DMEM | ThermoFisher | 11965118 | |
| dNTP mix | ThermoFisher | 10297-018 | |
| Fetal Bovine Serum – FBS | ThermoFisher | 12657029 | |
| Fluorescent Microscope | Leica | DMIL LED FLUO | |
| Gel imaging acquisition system – ChemiDoc Gel Imagin System | Bio-Rad | ||
| GFP – pEGFPC3 | Clontech | ||
| HEK293 stable cells – HEK293 Flp-In | Generated from Flp-In™ T-REx™ 293 – Invitrogen and described in ref 21 | ||
| Hygromycin B | ThermoFisher | 10687010 | Used for Flp-In cells maintenemant |
| Image processing and analysis software – FIJI software | ref. 32 | ||
| Lipid- based transfection reagent – jetOPTIMUS Polyplus Reagent | Polyplus | 117-07 | |
| Oligo DT | ThermoFisher | 18418020 | |
| Paclitxel | Invitrogen | P3456 | |
| Plate Reader/ UV absorbance | Biotech | Epoch Biotek/ Take3 adapter | |
| pMTE1A plasmid | Provided by Dr. Adrian Krainer | ||
| pMTE1A F | Invitrogen | 5’ -ATTATCTGCCACGGAGGTGT-3 | |
| pMTE1A R | Invitrogen | 5’ -GGATAGCAGGCGCCATTTTA-3’ | |
| Refrigerated centrifuge | Eppendorf | F5810R | |
| Reverse Transcriptase – M-MLV | ThermoFisher | 28025013 | |
| Reverse transcriptase – Superscript IV | ThermoFisher | 18090050 | |
| Ribunuclease inhibitor RNAse OUT | ThermoFisher | 10777-019 | |
| RNA extraction phenol-chloroform based reagent – Trizol | ThermoFisher | 15596018 | |
| SybrSafe DNA gel stain | ThermoFisher | S33102 | |
| Taq Platinum | Thermo | 10966026 | |
| Tetracyclin | Sigma | T3383 | Used for Flag empty or Nek4- Flag expression induction |
| Thermocycler Bio-Rad | Bio-Rad | T100 | |
| Trypsin | Sigma | T4799 |
References
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