TITULO
Uso de proteínas con afinidad por ARNs cortos con actividad supresora del silenciamiento posttranscripcional de genes
DESCRIPCIÓN
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención tiene sobre todo aplicaciones en el campo de la investigación bioquímica, biomédica o biotecnológica, puesto que los RNAs son objeto de estudio y la presente invención sería una de las herramientas para obtener RNAs cortos de interferencia específicos. Puede emplearse para modificar organismos eucarióticos por lo que también podría usarse en industria biotecnológica, bien agroalimentaria o bien biofarmacéutica dedicada a hacer organismos recombinantes. También podría ser útil como herramienta terapéutica tanto para la administración de la proteína unida o no al RNA para ejercer una supresión o activación de la expresión de genes relevantes para combatir un proceso patológico.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El término silenciamiento génico post-transcripcional (PTGS), también conocido como silenciamiento por RNA o RNA interferente, describe un fenómeno altamente específico de degradación de los RNA mensajeros diana. Este mecanismo degradativo de inactivación génica está inducido por moléculas de RNA bicatenario con estructura total o parcial de horquilla. La acumulación de dsRNAs ("double strand RNAs") induce el silenciamiento del RNA, que resulta en la degradación de estos dsRNAs y la supresión de la expresión de genes homólogos. El proceso comienza cuando los dsRNAs son reconocidos por una enzima RNasa de tipo III, denominada Dicer y específica de RNA de doble cadena, que los procesa para dar lugar a moléculas más pequeñas de RNA que pueden clasificarse en dos grupos: micro RNAs (miRNAs) y RNAs interferentes cortos ("short interfering RNAs" o siRNAs). Los miRNAs maduros son moléculas de RNA de cadena simple ("single strand RNA" o ssRNA) de 21-22 nucleótidos. Los siRNAs se generan a partir de los dsRNAs más largos, y son moléculas de RNA de cadena doble de 21-26 nucleótidos de largo, y que contienen extremos 3' protuberantes de 2 nt (Cerutti, H. (2003) RNA interference: traveling in the cell and gaining functions? Trenas Genet 19, 39-46; Voinnet, O. (2002) RNA silencing: small RNAs as ubiquitous regulators of gene expression. Curr Opin Plant Biol, 5, 444).
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Los miRNAs están relacionados con la regulación del desarrollo, mientras que los siRNAs están involucrados principalmente en la supresión de parásitos moleculares (Voinnet, O. (2002) RNA silencing: small RNAs as ubiquitous regulators of gene expression. Curr Opin PlantBiol, 5, 444; Carrington, J.C. y Ambros, V. (2003) Role of microRNAs in plant and animal development. Science 301, 336-338; Baulcombe, D. (2002) Viral suppression of systemic silencing. Trenas Microbio!, 10, 306-308) como transposones, transgenes y virus (Voinnet, O. (2001) RNA silencing as a plant irnmune system against virases. Trenas Genet, 17, 449-459). También se ha demostrado que los siRNAs podrían estar involucrados en el control génico del desarrollo (Aravin, A.A., Naumova, N.M., Tulin, A.V., Vagin, V.V., Rozovsky, Y.M., Gvozdev, V.A. (2001) Double-stranded RNA-mediated silencing of genomic tándem repeats and transposable elements in the D. melanogaster germline. Curr Biol. 11, 1017-1027).
Es importante destacar que las vías en las que participan los miRNAs y los siRNAs comparten algunos componentes. Ambos tipos de RNA se incorporan dentro de un complejo ribonucleoprotéico conocido como RISC ("RNA induced silencing complex") actuando a modo de determinantes de especificidad en el reconocimiento de los RNAs diana mediante complementariedad de bases. Esta interacción desemboca en la degradación e inactivación del mRNA diana con secuencia homologa a la molécula inductora (Doench, J.G. et al. (2003) siRNAs can function as miRNAs. Genes Dev 17, 438- 442; Finnegan, EJ. et al. (2003) Posttranscriptional Gene Silencing Is Not Compromised in the Arabidopsis CARPEL FACTORY (DICER-LIKE 1) Mutant, a Homolog of Dicer- 1 from Drosophila. Curr Biol 13, 236-240; Hutvagner, G. y Zamore, P.D. (2002) RNAi: nature abhors a double-strand. Curr Opin Genet Dev 12 , 225-232; Chen, X. (2003) A MicroRNA as a Translational Repressor of APET ALA2 in Arabidopsis Flower Development. Science 11, 1; Aukerman, MJ. y Sakai, H. (2003) Regulation of Flowering Time and Floral Organ Identity by a MicroRNA and Its APETALA2-Like Target Genes. Plant CeIl 10, 10 Baulcombe, D. C. (1999). Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr Opin Plant Biol 2, 109-113). Los siRNAs están caracterizados generalmente por su corta longitud (21-26 nucleótidos), 2 nucleótidos que sobresalen en un extremo protuberante 3' y grupos fosfato en el 5'. Pero además, los siRNAs pueden interaccionar con los RNA mensajeros diana funcionando como iniciadores en una reacción de polimerización catalizada por una RNA polimerasa dependiente de RNA (RdRp). De esta manera, utilizando el RNA diana como molde, se genera un RNA bicatenario que es nuevamente reconocido por la RNasa-III y digerido en siRNAs, amplificando así el silenciamiento (Sijen, T. et al. (2001) On the role of RNA amplification in dsRNA-triggered gene silencing. CeIl 107, 465-476; Dalmay, T. et al. (2000) An RNA-dependent RNA
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polymerase gene in Arabidopsis is required for posttranscriptional gene silencing mediated by a transgene but not by a virus. CeIl 101, 543-553; Mourrain, P. et al. (2000) Arabidopsis SGS2 and SGS3 genes are required for posttranscriptional gene silencing and natural virus resistance. CeIl 101, 533-542). El silenciamiento del RNA en plantas es un sistema extremadamente complejo que tiene lugar tanto a nivel de las células simples ("cell-autonomous silencing" o silenciamiento autónomo de la célula) como de la planta en su conjunto ("systemic silencing"). El proceso del silenciamiento autónomo de la célula da lugar a la supresión de genes homólogos en las células en las que se acumulan los dsRNAs, de manera que se generan señales de silenciamiento móviles. Estas señales provocan la supresión de mRNAs homólogos en células vecinas (corta distancia) o en partes más alejadas de la planta (silenciamiento sistémico a larga distancia) (Mlotshwa, S., Voinnet, O., Mette, M.F., Matzke, M., Vaucheret, H., Ding, S.W., Pruss, G. and Vanee, V.B. (2002) RNA silencing and the mobile silencing signal. Plcmt CeIl 14, Suppl, S289-301). En plantas existen diferentes genes similares a DICER que procesan moléculas de RNA cortas (Schauer, S.E. et al. (2002) DICER-LIKE1: blind men and elephants in Arabidopsis development. Trenas Plant Sci 7, 487-491). La proteína DICER-LIKE1 (DCLl) se requiere para la producción de miRNA pero no para la generación de siRNA (Finnegan, EJ. et al. (2003) Posttranscriptional Gene Silencing Is Not Compromised in the Arabidopsis CARPEL FACTORY (DICER-LIKE1) Mutant, a Homolog of Dicer- 1 from Drosophila. Curr Biol 13, 236-240; Boutet, S. et al. (2003) Arabidopsis HENl. A Genetic Link between Endogenous miRNA Controlling Development and siRNA Controlling Transgene Silencing and Virus Resistance. Curr Biol 13, 843-848). Dos proteínas homologas a DICER procesan los dsRNAs largos para dar lugar a diferentes siRNAs pequeños y largos (Tang, G. et al. (2003) A biochemical framework for RNA silencing in plants. Genes Dev 17, 49-63). Los siRNAs pequeños (21-22 nt) parece que actúan como guía para la inactivación del mRNA mediada por el RISC, la amplificación de los dsRNAs mediada por RdRP y el silenciamiento sistémico de corta distancia. Por otro lado, los siRNAs más largos (24-26 nt) podrían estar involucrados en el silenciamiento sistémico de larga distancia y el la metilación de los complejos DNA/histonas (Zilberman, D. Cao, X. and Jacobsen, S.E. (2003) ARGONAUTE4 control of locus-specific siRNA accumulation and DNA and histone methylation. Science 299, 716-719; Hamilton, AJ. et al. (2002). Two classes of short interfering RNA in RNA silencing. EMBO J 21,4671-4679; Mette, M.F. et al. (2000) Transcriptional silencing and promoter methylation triggered by double-stranded RNA. EMBO J 19, 5194-5201).
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La mayoría de los virus de las plantas poseen un genoma de RNA de cadena simple (HuIl5 R. (2002) Matthews' Plant Virology, Academic Press) que se replica vía intermediarios ("double strand RNAs" o dsRNAs), que son fuertes inductores del silenciamiento del RNA y se cree que son precursores de los siRNAs virales (Ahlquist, P. (2002) RNA-dependent RNA polymerases, viruses, and RNA silencing. Science 296, 1270-1273). Hasta la incorporación de estos siRNAs derivados de los virus en el RISC, el RNA viral se encuentra específicamente atacado para su degradación (Baulcombe, D. C. (1999). Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr Opin Plant Biol 2, 109-113; Waterhouse, P. M., Smith, N. A., and Wang, M.-B. (1999). Virus resistance and gene silencing: killing the messenger. Trends Plant Sci 4, 452-457) permitiendo a la planta recuperarse de la infección viral. Como un mecanismo de defensa, tanto la planta como los virus de los insectos han desarrollado proteínas que suprimen el silenciamiento del RNA (Li, H., Li, W. X., y Ding, S. W. (2002). Induction and suppression of RNA silencing by an animal virus. Science 296, 1319-1321; Li, W. X., y Ding, S. W. (2001). Viral suppressors of RNA silencing. Curr Opin Biotechnoí 12, 150-154; Voinnet, O. (2001) RNA silencing as a plant immune system against viruses. Trends Genet, Yl, 449-459) tomando como diana diferentes pasos del proceso del silenciamiento (Li, W. X., y Ding, S. W. (2001). Viral suppressors of RNA silencing. Curr Opin Biotechnoí 12, 150-154). Se han identificado numerosos supresores del silenciamiento en diferentes tipos de viras, incluyendo los que contienen ssRNA y ssDNA tanto en sentido positivo como en negativo (Anandalakshmi, R. et al. (1998) A viral supresor of gene silencing in plants. Proc Nati Acad Sci USA 95, 13079-13084; Brigneti, G. et al (1998) Viral pathogenicity determinants are suppresors of transgene silencing in Nicotiana benthamiana. EMBOJIl, 6739-6746; Kasschau, K.D. y Carrington, J.C. (1998). A counterdefensive strategy of plant viruses: suppression of posttranscriptional gene silencing. CeIl 95, 461-470; Li, W. X.5 y Ding, S. W. (2001). Viral suppressors of RNA silencing. Curr Opin Biotechnoí 12, 150-154; Voinnet, O. et al. (1999) Suppression of gene silencing: a general strategy used by diverse DNA and RNA viruses of plants. Proc Nati Acad Sci USA 96, 14147- 14152), pero el mecanismo molecular por el que ocurre la supresión es aun desconocido. El genoma de los tombusvirus (tomato bushy virus group) es lineal, y está constituido por ssRNA en sentido positivo. Dicho genoma codifica una proteína de 19 kDa, denominada pl9 (ORF 5), y se ha demostrado que es un supresor del silenciamiento del RNA (Qiu, W., Park, J.W. and Scholthof, H.B. (2002) Tombusvirus P19-mediated suppression of virus-induced gene silencing is controlled by genetic and dosage features that influence pathogenicity. Mol Plant Microbe Interact, 15, 269-280; Qu, F. y Morris, TJ. (2002) Efficient infection of Nicotiana benthamiana by Tomato bushy stunt virus is facilitated by the coat protein and maintained by
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pl9 through suppression of gene silencing. Mol Plant Microbe Interact, 15, 193-202; Silhavy, D., Molnar, A., Lucioli, A., Szittya, G., Homyik, C, Tavazza, M. and Burgyan, J. (2002) A viral protein suppresses RNA silencing and binds silencing-generated, 21- to 25-nucleotide double- stranded RNAs. EMBO J, 21, 3070-3080; Voinnet, O. et al. (1999) Suppression of gene silencing: a general strategy used by diverse DNA and RNA virases of plants. Proc Nati Acad Sci USA 96, 14147-14152). Se ha comprobado que la proteína pl9 se une a los siRNAs y los secuestra, evitando su incorporación al RISC. Se han realizado análisis comparativos de infecciones virales utilizando el virus salvaje y un muíante que no posee la proteína pl9, llegando a la conclusión de que la proteína pl9 es un requerimiento para que tenga lugar la infección vírica (Silhavy, D., Molnar, A., Lucioli, A., Szittya, G., Hornyik, C, Tavazza, M. and Burgyan, J. (2002) A viral protein suppresses RNA silencing and binds silencing-generated, 21- to 25-nucleotide double-stranded RNAs. EMBO J, 21, 3070-3080; Qiu, W., Park, J. W. and Scholthof, H.B. (2002) Tombusvirus P19-mediated suppression of virus-induced gene silencing is controlled by genetic and dosage features that influence pathogenicity. Mol Plant Microbe Interact, 15, 269-280; Qu, F. y Morris, TJ. (2002) Efficient infection oϊNicotiana benthamiana by Tomato bushy stunt virus is facilitated by the coat protein and maintained by pl9 through suppression of gene silencing. Mol Plant Microbe Interact, 15, 193-202). Dicha afinidad parece ser que es preferente por RNAs de doble cadena de 21 nucleótidos con extremos protuberantes de dos nucleótidos (Vargason JM, Szittya G, Burgyan J, Tanaka Hall TM. Size selective recognition of siRNA by an RNA silencing suppressor CeIl (2003)115, 799-811).
OBJETO DE LA INVENCIÓN
En la presente invención, describimos procedimientos para aplicar la propiedad de proteínas supresoras como la pl9 del tombusvirus para unirse con alta afinidad y especificidad a RNAs de doble cadena de entre 19 y 25 nucleótidos, preferentemente a siRNAs de 21 nt, que contienen un extremo 3' protuberante de 2 nt, y grupos fosfato en el extremo 5'. Esta propiedad puede usarse in vitro para aislar siRNAs presentes en unas células dadas mediante copurificación con la secuencia polipeptídica de la proteína supresora pl9, que a su vez es separada por cromatografía de afinidad u otro método de separación que un experto en la materia puede usar. In vivo, dicha secuencia polipeptídica puede usarse para secuestrar poblaciones de RNAs específicos de un tamaño dado correspondientes a siRNAs, que pueden diferenciarse así de los miRNAs que tienen un tamaño distinto o diferente estructura en general. La proteína supresora puede fusionarse a otras secuencias polipeptídicas que le den propiedades adicionales manteniendo su capacidad de unir los RNAs5 tales como afinidad a soportes cromatográficos de purificación, afinidad por
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determinados receptores biológicos, transporte a través de fluidos biológicos, traslocación a través de membranas peptídicas, etc. La unión específica a determinados RNAs puede usarse para copurificar los siRNAs o bien para suprimir el silenciamiento posttraduccional provocado por los siRNAs de menos de 26 nucleótidos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.
Por un lado, la unión específica entre la proteína pl9 y siRNAs de 21 nt, en primer lugar, se puede demostrar obteniendo previamente la proteína purificada. Esto se puede hacer mediante la expresión en E. coli de la proteína pl9 recombinante fusionada a un polipéptido que permite su posterior purificación por afinidad. La proteína recombinante obtenida se utiliza para realizar ensayos de movilidad electroforética en los que se pone en contacto con oligonucleótidos de diferentes longitudes (19-26 mer) y con diferentes características, para demostrar la especificidad de la unión entre la proteína pl9 y siRNAs de 21 nt (ver ejemplo 2). A partir de la medida de la cantidad de oligonucleótido retenido por la proteína se realizan cálculos de la constante de disociación aparente (Kd) para la unión entre los oligonucleótidos y la proteína pl9. Los resultados de los experimentos muestran que existe una gran afinidad en la unión de la pl9 recombinante y los oligonucleótidos siRNA de 21 nt con 2 nt en el extremo 3' protuberante y grupos fosfato en el 5'. En concreto, la constante de afinidad aparente en este caso es de 0.17+0.02 nM. Esta propiedad hace a la proteína pl9 recombinante una herramienta apropiada para unir específicamente a los siRNAs de estas características.
Una posible utilidad de esta característica de la proteína es capturar específicamente las moléculas de siRNA de 21 nt a partir de una mezcla de moléculas de RNA de diferentes longitudes y características, consiguiendo así separar las moléculas de RNA generadas durante el proceso de silenciamiento génico postranscripcional del resto de moléculas de RNA. De igual manera, la proteína pl9 expresada de forma recombinante podría ser utilizada para separar las moléculas de siRNA de 21 nt del resto de componentes constituyentes de un extracto procedente de un cultivo celular u organismo. Esta propiedad de la proteína pl9 supone por lo tanto que ésta puede ser utilizada como una herramienta para la investigación del proceso de silenciamiento génico postraduccional, ya que con ella se pueden aislar los siRNAs que se han generado en un organismo o cultivo celular que ha estado sometido a unas determinadas condiciones experimentales. De esta forma se pueden comparar los genes que se silencian como consecuencia de la aplicación de determinadas condiciones a un cultivo celular o a un organismo en estudio. Además, la abundancia de algunos siRNAs es demasiado baja, de manera que son muy difíciles de detectar utilizando las herramientas disponibles actualmente. La proteína pl9
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constituye un instrumento de gran utilidad para solucionar los problemas derivados de la baja abundancia de algunos siRNAs, ya que éstos se unen específicamente a ella, y esto hace posible su enriquecimiento y/o purificación. La proteína pl9 se puede utilizar, por lo tanto, como una sonda de afinidad en la que quedan retenidos los siRNAs de 21 nt, ampliando las posibilidades de éxito en la detección y el estudio de esos pequeños RNAs5 a partir de los cuales se podrían definir multitud de rutas de señalización celular cuyo conocimiento no es aun completo.
Esta propiedad de proteína del tipo de pl9 se puede aprovechar por un lado para obtener los RNAs cortos in vitro, usando extractos celulares mezclados con la proteína secuestradora purificada que puede inmovilizarse específicamente por medio de columnas de afinidad con anticuerpos específicos, entrecruzamiento químico covalente con el soporte o por medio de una fusión traduccional a un etiquetado de afinidad, por ejemplo una cadena de polihistidinas, la glutation-S-transferasa, el dominio de unión a maltosa (MBP, obtenibles de la empresa New England Biolabs), a colina (C-LYTAG de la empresa Biomedal), al de unión a quitina o a celulosa (CBD, de la empresa Novagen), etc. Los RNAs se unirían a la proteína pl9 fusionada esta o no a otra proteína con un dominio polipeptídico que le permitiera purificarse en un solo paso por cromatografía de afinidad. Los RNAs se podrían separar posteriormente una vez purificados los complejos proteína dsRNA, usando condiciones que desnaturalizaran la proteína específicamente (no el RNA)5 como temperatura, compuestos caotrópicos, pH, etc. Por otro lado, los complejos proteína-RNA podrían purificarse in vivo si usando la fusión de la proteína, fusionada o no al dominio de purificación, puede ingeniar la forma de expresarla dentro de las células eucarióticas. Si se construyen vectores de DNA codificando dichas secuencias y se transforman o transfectan las células, mediante los sistemas habituales que un experto en la materia suele conocer, se puede conseguir la expresión estable o transitoria de la fusión proteica con promotores específicos. Si en las células hay RNAs cortos de 21nts se unirán a la proteína. Las células pueden romperse posteriormente en condiciones que no alteren a la unión proteína- RNA y se pueden aislar por cromatografía de afinidad, inmunoprecipitación con anticuerpos específicos o cualquier otra técnica que consiga unir específicamente la unión a la proteína supresora (figura 1). Otra utilidad de la proteína pl9 y otros supresores del PTGS, es la de suprimir condicionalmente en determinadas células el PTGS. Si expresamos condicionalmente la proteína supresora usando su secuencia de DNA codificante con promotores controlados en el espacio y en el tiempo, podemos seleccionar células o tejidos donde se suprima el PTGS. Esta técnica puede servir de herramienta de estudio para ver el papel de determinados genes silenciados en un organismo o bien incluso en biotecnología si ese proceso tiene utilidad terapéutica o favorece la propiedades
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de un organismo manipulado genéticamente (animales o plantas). Entre los promotores que pueden usarse son: promotores inducidos durante el desarrollo, promotores inducidos por sustancias químicas como IPTG (operador Lac/represor Lacl) o tetraciclina (derivados del regulador TetR), por temperatura, o por cualquier cambio medioambiental (estrés osmótico, luz, etc) (figura 2).
Puesto que los siRNAs también se han sugerido como posibles herramientas terapéuticas para reprogramar la expresión de genes en células enfermas, la propiedad de unir siRNAs puede aprovecharse para que la proteína supresora se una a otras moléculas que tengan afinidad por dichas células patógenas y que puedan internarse en el citoplasma. Esto se podría hacer fusionando la protema supresora a señales de unión a receptores celulares específicos, tales como CCR5 (Pierson TC, Doms RW. (2003) HIV-I entry and its inhibition. Curr Top Microbiol. ImmunoL 281, 1-27) o bien con secuencias de traslocación de proteínas a través de membranas plasmáticas. Otras señales de degradación por proteasas intracelulares fusionadas a la proteína supresora la degradarían específicamente, preferentemente secuencias PEST (Rechsteiner M, Rogers SW (1996) PEST sequences and regulation by proteolisis. Trenas Biochem ScL 21, 267- 71) o señales de ubiquitinación (Ciechanover A, Schwartz AL. (1994) The ubiquitin-mediated proteolytic pathway: mechanisms of recognition of the proteolytic substrate and involvement in the degradation of native cellular proteins. FASEB J, 8, 182-191). De esta forma liberarían el RNA unido que realizaría su acción biológica.
EJEMPLO 1:
Este ejemplo muestra como se puede purificar la proteína supresora de PTGS pl9. El cDNA de la proteína pl9 de Carnation ϊtalian ringspot viras (CIRV) es amplificado por PCR utilizando un oligonucleótido homólogo a los primeros 22 nucleótidos de la secuencia y otro complementario a los 21 nucleótidos últimos de la región codificante, partiendo de un plásmido que contiene el cDNA completo de CIRV (Burgyán, J. et al. (1996). The 5 '-terminal región of a tombusvirus genome determines the origin of multivesicular bodies. J Gen Virol 11, 1967-1974). El fragmento amplificado es clonado en el plásmido de expresión pGEX-2T. La proteína de fusión con GST se expresa en la cepa de E.coli BL21(DE3) a 220C durante 20 horas. Las células se resuspenden en tampón PBS (137 raM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na2HPO4JH2O, 1.4 mM KH2PO4, 1 mM TCEP, pH 8.0) y se lisan mediante sonicación en un baño de hielo seco/etanol. La proteína de fusión se purifica partir de la fracción soluble mediante la incubación con glutatión-agarosa durante 15 minutos a 40C. La resina se lava con PBS, a continuación con PBS suplementado con 0.5 M de NaCl, con tampón de rotura (20 mM Tris-HCl, 0.15 M NaCl, 1 mM
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TCEP, pH 7.4), y finalmente con tampón de rotura suplementado con 2.5 mM CaCl2. La resina se traslada a un tubo de microcentríruga donde se ha añadido previamente 1 U de trombina por cada mi de resina. La reacción de rotura se realiza durante toda la noche a 40C. A continuación la resina se coloca en una columna de 10 mi y la proteína pl9 se recoge mediante 3 lavados con tampón de rotura. La proteína recombinante obtenida constituye una herramienta extremadamente útil para capturar los siRNAs que son producidos durante el proceso del silenciamiento génico postrascripcional, ya que se une específicamente a ellos.
EJEMPLO 2 En el presente ejemplo se describe como puede usarse la secuencia de pl9 para unir específicamente RNAs cortos de doble cadena. Para examinar las características de los siRNAs que son importantes para su reconocimiento por pl9, se puede determinar la afinidad de pl9 por siRNA y su especificidad por cada una de las características del siRNA utilizando ensayos de movilidad electroforética ("mobility shiñ assays") y medidas de la constante de disociación. Los oligonucleótidos de RNA se marcan en cantidades de 50 pmol utilizando 0.3 μM[γ-32P] y 20 U de T4 polinucleótido quinasa. La reacción se realiza en 70 mM Tris-HCl (pH 7.6), 10 mM MgCl2 y 5 mM DTT a 370C durante 30 minutos. La quinasa posteriormente se inactiva a 7O0C durante 20 minutos. A la reacción se añade un oligonucleótido sintético fosforilado en 5 ', y los oligos se tratan a 9O0C durante 1 min seguido de un enfriamiento lento del orden de I0C cada 3 minutos. Los dúplex de siRNA se purifican por electroforesis en geles de poliacrilamida (PAGE) utilizando geles del 20% en TBE (Tris-borato etilendiaminotriacético). Los siRNA marcados se visualizan en una película, son cortados del gel, y eluidos toda la noche en una disolución conteniendo 0.5 M de acetato sódico, 1 mM EDTA (pH 6.0). El RNA se precipita usando 70% etanol, y se resuspende en tampón Tris-EDTA. Las proteínas se diluyen en un tampón 20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 1 mM TCEP y 0.02%(p/v) Tween-20. Para los experimentos de unión directa, CIRV pl9 se puede probar frente a menos de 2.5 pM de siRNA marcado en 20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 1 mM EDTA, 1 mM TCEP, 100 mM NaCl y 0.02% Tween-20. Para los ensayos de competición, los oligonucleótidos sintéticos y fosforilados en 5 ' se hibridan de igual manera que en el procedimiento de marcado para formar el RNA competidor. Los siRNAs competidores se prueban frente a menos de 2.5 pM de siRNA de 21 nt marcados, conteniendo 2 nt en el extremo 3 ' y 0.7 nM CIRV pl9 en 20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 1 mM EDTA, 1 mM TCEP, 100 mM NaCl y 0.02% Tween-20. Las reacciones de unión se incuban a temperatura ambiente durante 45 minutos-1 hora, y se ajustan al 7.5%(p/v) Ficoll 400. Una parte de la reacción se analiza por electroforesis a 100 V durante 45 minutos y usando un gel del 6% en TBE 0.5X. Los geles se
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secan, y se exponen durante 1-5 días. Las bandas correspondientes a los oligonucleótidos marcados libres y unidos se cuantifican. Partiendo de estas medidas se realizan cálculos de la constante de disociación aparente (Kd) para la unión de los oligonucleótidos a la proteína CIRV p 19. Los resultados obtenidos (ver Tabla 1) muestran la gran afinidad de esta proteína por siRNA de 21 nt (dúplex de 19-mer con grupos fosfato en el extremo 5' y 2 nt en el extremo protuberante 3 '): 0.17+0.02 nM.
Tabla 1: Unión de la proteína pl9 de CIRV a ssrRNA, dsRNA y siRNA. Kd es la mayor constante de disociación medida directamente de los ensayos de movilidad electroforética y no está corregida según el porcentaje de proteína activa. Krel es la afinidad de la proteína CIRV pl9 por siRNA, relativa a la afinidad por oligonucleótidos de 21-mer con grupos fosfato en 5' y extremos protuberantes de 3 nt en el extremo 3', medida por ensayos de competición y movilidad electroforética.
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EJEMPLO 3:
El siguiente ejemplo muestra como la unión de la proteína supresora y los siRNAs de 21 nt puede ser modificada usando imitantes de la proteína. Se realizan mutaciones en la proteína pl9 y se puede demostrar que éstas interfieren con la supresión del silenciamiento del RNA. Los motantes de la proteína pl9 son generados mediante mutagénesis dirigida. Se realizan reacciones de PCR amplificando la región codificante de la proteína pl9 (entre los nucleótidos 3872 y 4390) del cDNA de CIRV (Burgyán, J. et al. (1996). The 5 '-terminal región of a tombusvirus genome determines the origin of multivesicular bodies. J Gen Virol 11, 1967-1974) y utilizando oligonucleótidos apropiados en cada caso, para generar mutaciones puntuales. Se infiltran plantas de Nicotiana benthamiana con Agrobacterium tumefaciens portadoras de una construcción génica que expresa 35S-GFP o co-infiltradas con A. tumefaciens portadoras de 35S- GFP y otras A tumefaciens expresando la proteína muíante de pl9 de interés, (ver figura 3). La infiltración en las hojas de JV. benthamiana salvaje con una cepa de A. tumefaciens portando 35S- GFP da lugar a una expresión transitoria pero además produce la inducción del silenciamiento del RNA de GFP (Johansen y Carrington, 2001; Silhavy et al, 2002). El silenciamiento del RNA, manifestado en la reducción de la fluorescencia por GFP, resulta en la disminución de los niveles de mRNA de GFP y la acumulación de siRNAs específicos de GFP en los lugares de la infiltración. La coexpresión de GFP y CIRV pl9 salvaje por agroinfϊltración suprime el silenciamiento del RNA de GFP y resulta en una fluorescencia intensa de la GFP, altos niveles de mRNA de GFP, y ausencia de la acumulación de siRNA de GFP. Los niveles de supresión del silenciamiento de GFP en los ensayos de agroinfiltración están correlacionados con la severidad de los síntomas causados por el virus mutado. Las proteínas imitantes de pl9 se expresan a niveles similares que la salvaje, sin embargo, los siRNAs derivados de GFP se acumulan a altos niveles mientras que los niveles de mRNA de GFP resultan ser significativamente menores que en la infiltración control con la proteína pl9 salvaje. Estos resultados sugieren que las diferencias observadas en los síntomas virales o en los diferentes niveles de supresión del silenciamiento de GFP son la consecuencia de la actividad supresora alterada de los imitantes CIRV pl9.
EJEMPLO 4 En este ejemplo se muestra como se puede aislar específicamente siRNAs de 21 nucleótidos mediante el uso de la proteína pl9 fusionada a una etiqueta polipeptídica para su copurificación. Se aisla el fragmento del gen codificante de la proteína pl9 mediante PCR usando cebadores específicos que tengan en sus extremos las dianas de restricción BamHl y HmdlII. Se digiere el fragmento con dichos enzimas y se aisla. Por otro lado, se digiere el plásmido pALEXb
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(Biomedal S.L., España), que contiene el sistema de expresión en cascada dirigiendo la expresión de la etiqueta C-LYTAG que se une a análogos de colina (Ortega, S., García, J.L., Zazo, M., Várela, J., Muñoz- Willery, L, Cuevas, P. y Giménez-Gallego, G. (1992) Bio/Technology 1O5 795-798), con las mismas enzimas de restricción. Ambos fragmentos de DNA se ligan para dar lugar a un plásmido con el fragmento de pl9 fusionado a la secuencia de C-LYTAG bajo el control del promotor Pm. Con este plásmido se transforma la cepa E. coli CC1184S2 (Cebolla, A., Sousa, C. and V. de Lorenzo. (2001) Rational design of a bacterial transcriptional cascade for amplifying gene expression capacity. Nucleic Acids Res. 29: 759-766) que tiene el módulo regulador que activa a Pm. Los cultivos se crecen en LB en presencia de ampicilina 100 mg/1 para asegurar la permanencia del plásmido y se inducen cuando alcanza una densidad óptica de 0.6 a 0.8 con salicilato 2 mM durante 4-6 horas a 3O0C. Las células inducidas se rompen por sonicación y se purifica la proteína de fusión de los extractos por una columna de DEAE celulosa, y usando cloruro de colina 150 mM como eluyente.
Extractos de líneas transgénicas de Nicotiana benthamiana que expresan GFP y en el cual se ha inducido el PTGS por infiltración con A. tumefaciens portadoras de una construcción génica que expresa 35S-GFP. La infiltración en las hojas de N. benthamiana salvaje con una cepa de A. tumefaciens portando 35S-GFP da lugar a una expresión transitoria pero además produce la inducción del silenciamiento del RNA de GFP. Se toman células de las hojas infiltradas y se obtienen extractos. Estos extractos se mezclan con la proteína purificada C-LYTAG-pl9 (0.5 mg) y se pasan por entre 1 y 5 mi de una columna de C-LYTRAP (Biomedal S. L., España). Se lava la columna con solución salina (NaCl 1.5 M) utilizando al menos 10 veces el volumen de extracto añadido. Se eluye la fusión proteica con 1 mi de cloruro de colina 150 mM. La proteína eluida tiene unido el RNA doble cadena de 21 nucleótidos. Estas moléculas se pueden separar por desnaturalización parcial mediante calor (65-7O0C) o con detergentes durante 15-20 minutos. Posteriormente el siRNA unido se puede concentrar por precipitación con 2.5 volúmenes de etanol. También se puede purificar el siRNA usando un gel de poliacrilamida del 6 al 12% y eluyendo la banda correspondiente al siRNA.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Figura 1: Esquema representativo que muestra el proceso de purificación de un complejo RNA- proteína pl9, utilizando una proteína de fusión formada por la proteína pl9 y el dominio de afinidad C-LYTAG. La proteína de fusión es añadida a un extracto celular, o bien introducida o expresada en el interior de las células. La proteína de fusión se une a los RNA de 21 nucleótidos del extracto específicamente. A continuación, el extracto es pasado a través de una columna de
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DEAE celulosa, uniéndose específicamente a la columna el dominio C-LYTAG que está fusionado a la proteina pl9. La elución usando el ligando de afinidad de la columna (colina) en exceso da lugar a la purificación de la proteína de fusión C-LYTAG pl9 unida a los RNAs de 21 nucleótidos. Figura 2: Esquema representativo de la supresión del proceso de silenciamiento génico posttranscripcional por la proteína pl9. La proteína pl9 puede introducirse en la célula mediante técnicas de transfección o bien expresarse condicionalmente usando su secuencia de DNA codificante unida a promotores controlados. La proteína pl9 se une específicamente a los RNAs de 21 nucleótidos, suprimiendo el silenciamiento de aquellos genes que se encuentran sometidos a dicho proceso.
Figura 3: Efectos producidos por la mutación de la proteína CIRV pl9 en el silenciamiento del RNA. (A) Hojas de N. benthamiana salvaje infiltradas con 35S-GFP o coinfiltradas con 35S- GFP y la proteína 35 S-CIRV pl9 salvaje o muíante. El silenciamiento de la proteina GFP da lugar a fluorescencia roja (autofluorescencia de la clorofila), que aparece en la fotografía en color gris oscuro. La supresión del silenciamiento resulta en la aparición de fluorescencia verde, que se observa en la fotografía como un color gris más claro. Las fotografías fueron tomadas 6 días después de la inoculación a partir de hojas luminadas con luz UV. (B) Western Blot de la proteína pl9 total (panel de arriba) y análisis del RNA de 21 nt específico de GFP (panel de en medio) y del mRNA total de GFP (panel de abajo). La extracción de las proteínas y del RNA se realizó 6 días después de la inoculación.
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