Cell Lines with a Single Functional Isoform of the IP 3  Receptor

E. Е. Kopylova; Копылова Е. Е.; E. A. Voronova; Воронова Е. А.; N. V. Kabanova; Кабанова Н. В.; О. А. Rogachevskaja; Рогачевская О. А.; M. F. Bystrova; Быстрова М. Ф.; S. S. Kolesnikov; Колесников С. С.

doi:10.31857/S0233475523010036

Клеточные линии с единственной функциональной изоформой IP₃-рецептора

Авторы: Копылова Е.Е.¹, Воронова Е.А.¹, Кабанова Н.В.¹, Рогачевская О.А.¹, Быстрова М.Ф.¹, Колесников С.С.¹
Учреждения:
1. Институт биофизики клетки РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН
Выпуск: Том 40, № 1 (2023)
Страницы: 43-54
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0233-4755/article/view/135022
DOI: https://doi.org/10.31857/S0233475523010036
EDN: https://elibrary.ru/NSLVHI
ID: 135022

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Многие агонисты регулируют клеточные функции, стимулируя поверхностные рецепторы сопряженные фосфоинозитидным каскадом с мобилизацией внутриклеточного Са²⁺. В невозбудимых клетках генерация внутриклеточных Са²⁺ сигналов протекает преимущественно за счет выброса Са²⁺ из Са²⁺-депо, локализованного в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). В этой системе IP₃-рецепторы, являющиеся внутриклеточным IP₃-активируемыми Са²⁺-каналами, обеспечивают регулируемый выброс депонированного Са²⁺ в ответ на стимуляцию клеток. Ряд факторов затрудняет анализ специфической роли IP₃-рецепторов в физиологии клетки и их регуляторных механизмов. Во-первых, три гена кодируют IP₃-рецепторы, и в клетках обычно экспрессированы два из них или даже все гены. При этом разные изоформы IP₃-рецепторов находятся под контролем различных механизмов. Кроме того, изоформоспецифичные антагонисты IP₃-рецепторов не идентифицированы на данный момент. Клеточные линии, экспрессирующие IP₃-рецепторы только одного типа, представляют собой эффективную клеточную модель для исследования регуляторных механизмов, фармакологии и физиологической роли изоформ IP₃-рецепторов. В данной работе мы использовали CRISPR/Cas9 технологию для инактивации генов IP₃-рецепторов в клетках HEK-293, экспрессирующих все три гена этих белков. Были получены моноклоны генетически модифицированых клеток HEK-293 и идентифицированы те из них, которые содержали биаллельные инактивирующие мутации в двух из трех генов IP₃-рецепторов. В результате были получены моноклональные клеточные линии с единственной функциональной изоформой IP₃-рецептора, которые можно использовать для исследования роли данного подтипа IP₃-рецептора в агонист-индуцированной Са²⁺-сигнализации и анализа его регуляторных механизмов.

Ключевые слова

IP₃-рецепторы, CRISPR/Cas9, клетки HEK-293, клеточные моноклоны

Список литературы

Foskett J.K., White C., Cheung K.-H., Mak D.O. 2007. Inositol trisphosphate receptor Ca2+ release channels. Physiol Rev. 87, 593–658.
Berridge M.J., Bootman M.D., Roderick H.L. 2003. Calcium signalling: dynamics, homeostasis and remodelling. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 4, 517–529.
Clapham D.E. Calcium signaling. 2007. Cell 131, 1047– 1058.
Zampese E., Pizzo P. 2012. Intracellular organelles in the saga of Ca2+ homeostasis: different molecules for different purposes? Cell. Mol. Life Sci. 69, 1077–1104.
Takeshima H., Venturi E., Sitsapesan R. New and notable ion-channels in the sarcoplasmic/endoplasmic reticulum: Do they support the process of intracellular Ca2+ release? 2015. J. Physiol. 593, 3241–3251.
Carreras-Sureda A, Pihán P, Hetz C. 2018. Calcium signaling at the endoplasmic reticulum: Fine-tuning stress responses. Cell Calcium 70, 24–31.
Berridge M.J. 2016. The inositol trisphosphate/calcium signaling pathway in health and disease. Physiol. Rev. 96, 1261–1296.
Hamada K., Mikoshiba K. 2020. IP3 receptor plasticity underlying diverse functions. Annu. Rev. Physiol. 82, 151–176.
Milligan G., Inoue A. 2018. Genome editing provides new insights into receptor-controlled signalling pathways. Trends Pharm. Sci. 39, 481–493. https://doi.org/10.1016/j.tips.2018.02.005
Wijshake T., Baker D.J., van de Sluis B. 2014. Endonucleases: new tools to edit the mouse genome. Biochim. Bioph. Acta. 1842, 1942–1950.
Jiang F., Doudna J.A. 2017. CRISPR–Cas9 structures and mechanisms. Annu. Rev. Biophys. 46, 505–529.
Lock J.T., Alzayady K.J., Yule D.I., Parker I. 2018. All three IP3 receptor isoforms generate Ca2+ puffs that display similar characteristics. Sci. Signal. 11, eaau0344.
Sledzinski P., Dabrowska M., Nowaczyk M., Olejniczak M. 2021. Paving the way towards precise and safe CRISPR genome editing. Biotechnol Adv. 49, 107737.
Chiang T.W., le Sage C., Larrieu D., Demir M., Jackson S.P. 2016. CRISPR-Cas9(D10A) nickase-based genotypic and phenotypic screening to enhance genome editing. Sci. Rep. 6, 24356.
Kim J.M., Kim D., Kim S., Kim J.S. 2014. Genotyping with CRISPR-Cas-derived RNA-guided endonucleases. Nat. Commun. 5, 3157.
Ломов Н.А., Вьюшков В.С., Петренко А.П., Сыркина М.С., Рубцов М.А. 2019. Методы оценки эффективности работы систем CRISPR/Cas 9 при геномном редактировании. Мол. биол. 53, 982–997.
Смирнов А.В., Юнусова А.М., Лукьянчикова В.А., Баттулин Н.Р. 2016. Система CRISPR/Cas9 – универсальный инструмент геномной инженерии. Вавиловский журн. генетики и селекции. 20, 493–510.
Allen F., Crepaldi L., Alsinet C., Strong A.J., Kleshchevnikov V., De Angeli P., Páleníková P., Khodak A., Kiselev V., Kosicki M., Bassett A.R., Harding H., Galanty Y., Muñoz-Martínez F., Metzakopian E., Jackson S.P., Parts L. 2018. Predicting the mutations generated by repair of Cas9-induced double-strand breaks. Nat. Biotechnol. 27, 10.
Bennett E.P., Petersen B.L., Johansen I.E., Niu Y., Yang Z., Chamberlain Ch.A., Met Ö., Wandall H.H., Frödin M. 2020. INDEL detection, the ‘Achilles heel’ of precise genome editing: A survey of methods for accurate profiling of gene editing induced indels. Nucleic Acids Res. 48, 11958–11981.
Lemmon M.A., Schlessinger J. 2010. Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell. 141, 1117–1134.
Parys J.B., Vervliet T. 2020. New insights in the IP3 receptor and its regulation. Adv. Exp. Med. Biol. 1131, 243–270.
Sugawara H., Kurosaki M., Takata M., Kurosaki T. 1997. Genetic evidence for involvement of type 1, type 2 and type 3 inositol 1,4,5-trisphosphate receptors in signal transduction through the B-cell antigen receptor. EMBO J. 16, 3078–3088.
Cardenas C., Miller R.A., Smith I., Bui T., Molgó J., Müller M., Vais H., Cheung K.H., Yang J., Parker I., Thompson C.B., Birnbaum M.J., Hallows K.R., Foskett J.K. 2010. Essential regulation of cell bioenergetics by constitutive InsP3 receptor Ca2+ transfer to mitochondria. Cell. 142, 270–283.
Bartok A., Weaver D., Golenár T., Nichtova Z., Katona M., Bánsághi S., Alzayady K.J., Thomas V.K., Ando H., Mikoshiba K., Joseph S.K., Yule D.I., Csordás G., Hajnóczky G. 2019. IP3 receptor isoforms differently regulate ER-mitochondrial contacts and local calcium transfer. Nat. Commun. 10, 3726.
Saleem H., Tovey S.C., Rahman T., Riley A.M., Potter B.V., Taylor C.W. 2013. Stimulation of inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3) receptor subtypes by analogues of IP3. PLoS One. 8, 54877.
Alzayady K.J., Wang L., Chandrasekhar R., Wagner II L.E., Petegem F.V., Yule D.I. 2016. Defining the stoichiometry of inositol 1,4,5-trisphosphate binding required to initiate Ca2+ release. Sci. Signal. 9, ra35.
Hu J., Han J., Li H., Zhang X., Liu L.L., Chen F., Zen-g B. 2018. Human embryonic kidney 293 cells: A vehicle for biopharmaceutical manufacturing, structural biology, and electrophysiology. Cells Tissues Organs. 205, 1–8.