Phương pháp liên kết gần để phát hiện protein DUX4 trong cơ bắp FSHD1: một nghiên cứu thí điểm

Springer Science and Business Media LLC - 2022
Jeffrey B. Miller1
1Department of Neurology, Boston University School of Medicine, 700 Albany Street, Room 408K, Boston, MA, 02118, USA. [email protected].

Tóm tắt

Tóm tắt Mục tiêu Sự biểu hiện bất thường của DUX4, một yếu tố phiên mã có hai hộp homeobox, trong cơ vân là nguyên nhân gây ra bệnh loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral (FSHD). Mặc dù các nghiên cứu trước đây về sinh thiết cơ FSHD đã phát hiện mRNA mã hóa DUX4 và các gen mục tiêu của nó, chưa có nghiên cứu nào báo cáo phát hiện protein DUX4. Mục tiêu của chúng tôi là phát triển một phương pháp liên kết gần (PLA) cho DUX4 và xác định xem phương pháp này có thể phát hiện protein DUX4 trong các mảnh cơ FSHD hay không. Kết quả Chúng tôi đã phát triển một giao thức PLA sử dụng hai kháng thể DUX4 đã được báo cáo bởi nhóm của Stephen Tapscott: P2G4, một kháng thể đơn dòng chuột cụ thể cho một epitope trong vùng đầu N, và E5-5, một kháng thể đơn dòng thỏ cụ thể cho một epitope trong vùng đầu C, kết hợp với các thuốc phụ PLA thương mại. Chúng tôi đã xác thực PLA DUX4 bằng cách sử dụng các tế bào cơ người nuôi cấy trong đó DUX4 được biểu hiện một cách ngoại lai trong một phần nhỏ của các nhân. Sử dụng phương pháp mAb PLA với hai kháng thể chính trên một mẫu sinh thiết bắp tay FSHD1, chúng tôi quan sát thấy các nhân có tín hiệu DUX4 PLA rõ ràng liên quan đến một nhóm nhỏ các sợi cơ (~ 0.05–0.1%). Dù là một nghiên cứu thí điểm hạn chế, những kết quả này gợi ý rằng giao thức mAb PLA với hai kháng thể chính có thể hữu ích trong việc phát hiện protein DUX4 trong các sinh thiết cơ FSHD.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Campbell AE, Belleville AE, Resnick R, Shadle SC, Tapscott SJ. Facioscapulohumeral dystrophy: activating an early embryonic transcriptional program in human skeletal muscle. Hum Mol Genet. 2018;27(R2):R153–62.

Himeda CL, Jones PL. The genetics and epigenetics of facioscapulohumeral muscular dystrophy. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2019;20:265–91. https://doi.org/10.1146/annurev-genom-083118-014933.

Greco A, Goossens R, van Engelen B, van der Maarel SM. Consequences of epigenetic derepression in facioscapulohumeral muscular dystrophy. Clin Genet. 2020;97(6):799–814. https://doi.org/10.1111/cge.13726.

Wang LH, Tawil R. Current therapeutic approaches in FSHD. J Neuromuscul Dis. 2021;8(3):441–51. https://doi.org/10.3233/JND-200554.

Banerji CRS, Zammit PS. Pathomechanisms and biomarkers in facioscapulohumeral muscular dystrophy: roles of DUX4 and PAX7. EMBO Mol Med. 2021;13(8): e13695. https://doi.org/10.15252/emmm.202013695.

Lemmers RJ, van der Vliet PJ, Klooster R, Sacconi S, Camaño P, Dauwerse JG, Snider L, Straasheijm KR, van Ommen GJ, Padberg GW, Miller DG, Tapscott SJ, Tawil R, Frants RR, van der Maarel SM. A unifying genetic model for facioscapulohumeral muscular dystrophy. Science. 2010;329(5999):1650–3.

Snider L, Geng LN, Lemmers RJ, Kyba M, Ware CB, Nelson AM, Tawil R, Filippova GN, van der Maarel SM, Tapscott SJ, Miller DG. Facioscapulohumeral dystrophy: incomplete suppression of a retrotransposed gene. PLoS Genet. 2010;6(10):e1001181.

Lemmers RJ, Tawil R, Petek LM, Balog J, Block GJ, Santen GW, Amell AM, van der Vliet PJ, Almomani R, Straasheijm KR, Krom YD, Klooster R, Sun Y, den Dunnen JT, Helmer Q, Donlin-Smith CM, Padberg GW, van Engelen BG, de Greef JC, Aartsma-Rus AM, Frants RR, de Visser M, Desnuelle C, Sacconi S, Filippova GN, Bakker B, Bamshad MJ, Tapscott SJ, Miller DG, van der Maarel SM. Digenic inheritance of an SMCHD1 mutation and an FSHD-permissive D4Z4 allele causes facioscapulohumeral muscular dystrophy type 2. Nat Genet. 2012;44(12):1370–4.

Lemmers RJLF, van der Vliet PJ, Blatnik A, Balog J, Zidar J, Henderson D, Goselink R, Tapscott SJ, Voermans NC, Tawil R, Padberg GWAM, van Engelen BG, van der Maarel SM. Chromosome 10q-linked FSHD identifies DUX4 as principal disease gene. J Med Genet. 2021. https://doi.org/10.1136/jmedgenet-2020-107041.

Tassin A, Laoudj-Chenivesse D, Vanderplanck C, Barro M, Charron S, Ansseau E, Chen YW, Mercier J, Coppée F, Belayew A. DUX4 expression in FSHD muscle cells: how could such a rare protein cause a myopathy? J Cell Mol Med. 2012;17:76–89.

Jones TI, Chen JC, Rahimov F, Homma S, Arashiro P, Beermann ML, King OD, Miller JB, Kunkel LM, Emerson CP Jr, Wagner KR, Jones PL. Facioscapulohumeral muscular dystrophy family studies of DUX4 expression: evidence for disease modifiers and a quantitative model of pathogenesis. Hum Mol Genet. 2012;21:4419–30.

Himeda CL, Debarnot C, Homma S, Beermann ML, Miller JB, Jones PL, Jones TI. Myogenic enhancers regulate expression of the facioscapulohumeral muscular dystrophy-associated DUX4 gene. Mol Cell Biol. 2014;34(11):1942–55.

Homma S, Beermann ML, Boyce FM, Miller JB. Expression of FSHD-related DUX4-FL alters proteostasis and induced TDP-43 aggregation. Ann Clin Transl Neurol. 2015;2(2):151–66.

Rickard AM, Petek LM, Miller DG. Endogenous DUX4 expression in FSHD myotubes is sufficient to cause cell death and disrupts RNA splicing and cell migration pathways. Hum Mol Genet. 2015;24(20):5901–14.

Homma S, Beermann ML, Yu B, Boyce FM, Miller JB. Nuclear bodies reorganize during myogenesis in vitro and are differentially disrupted by expression of FSHD-associated DUX4. Skelet Muscle. 2016;6(1):42.

Wong CJ, Wang LH, Friedman SD, Shaw D, Campbell AE, Budech CB, Lewis LM, Lemmers RJFL, Statland JM, van der Maarel SM, Tawil RN, Tapscott SJ. Longitudinal measures of RNA expression and disease activity in FSHD muscle biopsies. Hum Mol Genet. 2020;29(6):1030–43.

Söderberg O, Leuchowius KJ, Gullberg M, Jarvius M, Weibrecht I, Larsson LG, Landegren U. Characterizing proteins and their interactions in cells and tissues using the. Methods. 2008;45(3):227–32.

Greenwood C, Ruff D, Kirvell S, Johnson G, Dhillon HS, Bustin SA. Proximity assays for sensitive quantification of proteins. Biomol Detect Quantif. 2015;4:10–6.

Raykova D, Koos B, Asplund A, Gelléri M, Ivarsson Y, Danielson UH, Söderberg O. Let there be light! Proteomes. 2016;4(4):36.

Homma S, Chen JC, Rahimov F, Beermann ML, Hanger K, Bibat GM, Wagner KR, Kunkel LM, Emerson CP, Miller JB. A unique library of myogenic cells from facioscapulohumeral muscular dystrophy subjects and unaffected relatives: family, disease and cell function. Eur J Hum Genet. 2012;20(4):404–10.

Mitsuhashi H, Ishimaru S, Homma S, Yu B, Honma Y, Beermann ML, Miller JB. Functional domains of the FSHD-associated DUX4 protein. Biol Open. 2018;7(4):bio033977.

Mitsuhashi H, Homma S, Beermann ML, Ishimaru S, Takeda H, Yu BK, Liu K, Duraiswamy S, Boyce FM, Miller JB. Efficient system for upstream mRNA trans-splicing to generate covalent, head-to-tail, protein multimers. Sci Rep. 2019;9(1):2274.

Geng LN, Tyler AE, Tapscott SJ. Immunodetection of human double homeobox 4. Hybridoma. 2011;30(2):125–30.

Masteika IF, Sathya A, Homma S, Miller BM, Boyce FM, Miller JB. Downstream events initiated by expression of FSHD-associated DUX4: studies of nucleocytoplasmic transport, γH2AX accumulation, and Bax/Bak-dependence. Biol Open. 2022. https://doi.org/10.1242/bio.059145.

Sigma-Aldrich Duolink user manual. https://www.sigmaaldrich.com/US/en/technical-documents/protocol/protein-biology/protein-and-nucleic-acid-interactions/duolink-fluorescence-user-manual. Accessed 7 Feb 2022.

Sigma-Aldrich Duolink short protocol. https://www.sigmaaldrich.com/US/en/technical-documents/protocol/protein-biology/protein-expression/duolink-short-protocol. Accessed 7 Feb 2022.

Wang LH, Tawil R. Facioscapulohumeral dystrophy. Curr Neurol Neurosci Rep. 2016;16(7):66.

Nunes AM, Ramirez M, Jones TI, Jones PL. Identification of candidate miRNA biomarkers for facioscapulohumeral muscular dystrophy using DUX4-based mouse models. Dise Models Mech. 2021;14(8):dmm049016.

Flores P, Schreier S, Ramirez M, Wuebbles RD, Burkin DJ, Bradley RK, Jones PL. Transgenic mice expressing tunable levels of DUX4 develop characteristic facioscapulohumeral muscular dystrophy-like pathophysiology ranging in severity. Skelet Muscle. 2020;10(1):8.

Bosnakovski D, Shams AS, Yuan C, da Silva MT, Ener ET, Baumann CW, Lindsay AJ, Verma M, Asakura A, Lowe DA, Kyba M. Transcriptional and cytopathological hallmarks of FSHD in chronic DUX4-expressing mice. J Clin Invest. 2020;130(5):2465–77.

Mueller AL, O’Neill A, Jones TI, Llach A, Rojas LA, Sakellariou P, Stadler G, Wright WE, Eyerman D, Jones PL, Bloch RJ. Muscle xenografts reproduce key molecular features of facioscapulohumeral muscular dystrophy. Exp Neurol. 2019;320:113011.

Krom YD, Thijssen PE, Young JM, den Hamer B, Balog J, Yao Z, Maves L, Snider L, Knopp P, Zammit PS, Rijkers T, van Engelen BG, Padberg GW, Frants RR, Tawil R, Tapscott SJ, van der Maarel SM. Intrinsic epigenetic regulation of the D4Z4 macrosatellite repeat in a transgenic mouse model for FSHD. PLoS Genet. 2013;9(4):e1003415.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả