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SILAC免疫实验指用于发现新蛋白的有力手段:蛋白质相互作用。通过使蛋白质丰度的控制和测试样品,真相互作用的精确相对定量可以很容易地从实验的污染物区分开来,并且低亲和力相互作用,通过使用较少的严格的缓冲条件下保存。
定量蛋白质组学结合免疫亲和纯化,SILAC免疫沉淀,代表了新型蛋白质的发现的有力手段:蛋白质相互作用。通过使蛋白质丰度的控制和测试样品中的准确的相对定量,真相互作用可容易地从实验的污染物区分开来。低亲和力相互作用可以通过使用不太严格的缓冲液条件予以保留,并保持易于识别。这个协议讨论的组织培养细胞与亲和稳定同位素标记的氨基酸,转染和免疫沉淀的标签标记的蛋白质的兴趣,其次是制备以提交质谱设施。该协议随后将讨论如何分析和解释从质谱仪,以确定细胞伙伴感兴趣的蛋白相互作用返回的数据。作为一个例子该技术被应用到鉴定者TIFY蛋白结合到真核细胞翻译起始因子:eIF4AI和eIF4AII。
在了解蛋白质功能的一个重要步骤是识别相关的蛋白质相互作用的。如该蛋白是未知有许多技术可用,每个都有自己的优点和缺点。这些包括酵母双杂交系统中,使用重组蛋白的下拉测定法,以及串联亲和纯化或TAP-标记1,2。
更近期除了这些技术是目的蛋白质的亲和纯化的自相关的哺乳动物细胞系的结合,随后定量质谱法使用的氨基酸稳定同位素标记的细胞培养(SILAC)3。这个拥有在细胞中的定位和翻译后修饰的酵母双杂交方法的优点是不被干扰,以及超过传统优势TAP-标签,因为它是一个定量而非定性的方法,允许用户意图dily区分非特异性相互作用的蛋白质和污染物,从特异性结合宿主因素。此外,作为一个示例,通常分析的整体,而不是作为单独的蛋白质条带,感兴趣的蛋白质没有通过类似地迁移的蛋白质在凝胶上,它们也不是通常需要存在于足够水平的染色后是可见的,从而屏蔽自信地鉴定蛋白质4的数量增加。
为了演示这种技术,与之密切相关的真核翻译起始因子的GFP融合eIF4AI和eIF4AII的份额超过90%的氨基酸同一性被SILAC-免疫定量蛋白质组学研究。人类eIF4AI和II分别克隆到pEGFP-C1,以形成其中的GFP融合到eIF4A的N-末端的融合蛋白。为了避免需要用于产生稳定细胞系的瞬时转染来提供这些构建以稳定同位素标记的293T细胞。
细胞第一标记为两周SILAC细胞培养基中,随后的质粒DNA编码目的蛋白的转染。然后将细胞裂解,蛋白浓度归一化,裂解液和亲和力的等量纯化的抗GFP琼脂糖。然后洗出液等量混合,并提交LC-MS/MS分析。这个分析的结果然后被处理以识别高置信蛋白:蛋白相互作用( 图1)。
SILAC免疫沉淀使之不仅直接相互作用也低亲和力或蛋白质复合物4间接的相互作用的鉴定。使用这个系统,eIF4AI和Ⅱ免疫沉淀使重现性好,有信心识别的主要结合伴侣eIF4G(异构体的I / II和III)5,以及与eIF4E的间接的相互作用,以及eIF3复合体的许多组件。
1,产生和SILAC标记的细胞株传代
注意:必须避免在传代实验样品进行分析和制备的各个阶段中使用胰蛋白酶-EDTA作为胰蛋白酶可能包含未标记的氨基酸,这会导致样品的不完整的标签。
标记的细胞用质粒pEGFP-融合构建体的2。转
3,收获细胞裂解液
4,绑定到抗-GFP珠
5,洗涤,洗脱,并在样品的制备为MS分析
6数据分析I:了解结果,并去除低自信识别标志
注:由蛋白质组的Discoverer软件返回的列标题的列表如表1衍射的。ferent软件( 例如 ,MSQuant,MaxQuant),但会返回不同的标题,其中只有一个子集所需要的分析,这些都是常见的各种软件包。数据应该总是包含每个蛋白的登录号识别的,比之比较每个样本比率(光与介质的光比重,中与重等),确定独特的肽的数量,以及某些形式的假阳性率或可靠性指示。
7数据分析二:选择高可信度相互作用的进一步研究
8数据分析三:合并数据集副本
注:有信心在确定合作伙伴的互动典型SILAC下拉实验最好应进行三次,用中型和重型标记的样品转换为重复控制的媒体对结果有任何影响之一。一种蛋白质,其显示为交互中的至少两个的三个实验中,用'switched'介质样品理想地表示其中的一个,是一个高可信度的相互作用。
在一个典型的SILAC下拉实验,确定蛋白(> 90%)的绝大多数代表的污染物以及蛋白质非特异性结合到亲和基质,这一点在图2B中 ,即使当洗涤协议除去大部分细胞质污染物如GAPDH( 图2A)。然而,非特异性结合的蛋白质在正常分布的集群允许蛋白质特异性结合到感兴趣的蛋白质加以区别,因为这些有较高的采样/模拟比值比背景。虽然污染物理论上簇周围的0日志2 SILAC比,这不一定的情况下,这样的一个例子是在图3的可能原因包括细胞的不完善SILAC标记,装载不等量或溶解物的浓度上在抗GFP珠,珠纯化或混合不均过程中意外丢失ING样品的纯化方法3的端部。然而,假设数据是基于从正态分布污染物的平均值的阈值标准偏差进行分析,在该数据的定心轻微位移应不影响结果的质量。
当比较的两个相关蛋白质之间的蛋白质相互作用的差异,其中感兴趣1蛋白的产生在细胞内水平高于第二(无论是由于变化的转染效率,或所述蛋白质或mRNA的固有特性),可能会出现类似的情况。一些变化中表达( 例如 , 图2A)可以用于通过分析SILAC比率 对于这两个样品进行校正。在这个例子中这将是GFP-eIF4AI和GFP-eIF4AII样品。通过分析4AI/4AII SILAC比率如第7所讨论的,它是可以识别的蛋白质,其结合同种型之间显著而变化。
在图4中,在所进行的实验复制品之一确定的eIF4A结合蛋白的表示示出了起始因子复合物这一协议来实现的覆盖范围。最高的比率是典型的观察与eIF4G,直接绑定到eIF4A,对eIF4E的,其中结合eIF4G在现场远离eIF4A结合位点比率较低。观察到的eIF3复合物的成员比率较低。然而,这清楚地表明,在实验令人满意地识别eIF4AI和II的直接和间接的结合伴侣。正如人们从他们的高序列一致性6,可以预期的蛋白质:蛋白质相互作用出现了两种异构体之间在很大程度上保存在本实验系统7,8。的选择的一些相互作用的蛋白质的列在表2中 ,示出的数据格式。列标题 | 描述 |
加入 | 显示该序列的登录号 |
覆盖 | 包括的鉴定的肽的蛋白序列的比例 |
♯PSM | 肽谱匹配 |
♯肽 | 确定了一个独特的蛋白质的肽的总数 |
♯的AA | 在氨基酸的蛋白质的长度 |
兆瓦(大) | 分子量在道尔顿的蛋白质。不包括修改 |
钙。 PI | 蛋白质的理论等电点 |
得分 | 总得分的蛋白质(表示所逐张的总和idual肽分数)。所需的意义确切的分数将实验之间有所不同。 A MS工厂将通常适用5%的假阳性率阈值。 |
序列 | 构成蛋白质的氨基酸序列 |
比 | 肽命名的标记的样品中的相对强度,相对于第二标记的样品 |
比计数 | 这被用来计算给定的蛋白质比肽比的数 |
率变异性(%) | 用来计算给定的蛋白质比单个肽比的变异性 |
描述 | 蛋白质的名称 |
表1从蛋白质组发现者报告标准列标题。而有用的信息可以从所有这些列的获得,对于那些本分析的关键以粗体显示。
加入 | 肽 | 4AI/Mock | 4AII/Mock | 名称 | SILAC分析 |
A8K7F6 | 21 | 100 | 1 | eIF4AI | "诱饵"蛋白 |
Q14240 | 22 | 0.01 | 90.855 | eIF4AII | |
G5E9S1 | 25 | 47.575 | 30.53 | eIF4GI | 相互作用的蛋白质 |
Q59GJ0 | 5 | 11.778 | 10.619 | eIF4GII60; | |
P06730 | 3 | 7.22 | 7.57 | eIF4E的 | |
Q5T6W5 | 4 | 0.685 | 0.646 | hnRNPK | 非特异性结合的污染物 |
P62805 | 1 | 0.531 | 0.498 | 组蛋白H4 | |
H6VRG2 | 18 | - | - | 角蛋白1 | 环境污染物 |
P35527 | 11 | 0.01 | 0.01 | 角蛋白细胞骨架1 9 |
表2。典型数据从一个SILAC免疫实验。给予示例数据为利益/诱饵蛋白(肽高,高的比率),蛋白质与利益(高/低肽,高比)的蛋白质相互作用,非特异性结合蛋白质(高/低PEPTIDE中,比率低于截止 - 本实验0.96)以及环境污染物(通常是高的肽,低于阈值的负比率/)。
图1的试验方案,第一细胞生长在媒体缺乏精氨酸和赖氨酸和用稳定同位素标记的精氨酸和赖氨酸取代的2周(1)。 (2)将细胞接种到10cm 2的菜肴和瞬时转染质粒编码绿色荧光蛋白(模拟)或GFP融合蛋白(样品)。 (3)将细胞裂解并GFP或GFP融合蛋白从细胞裂解物免疫沉淀。 (4)样本进行组合以1:1的比例和提交LC-MS/MS分析。然后,数据分析,以除去低置信蛋白的identifications并选择对应于真正的相互作用蛋白浓缩蛋白的水平。
图2。确认合适的免疫沉淀的条件。 A)细胞裂解液的Western blot分析,以及从免疫沉淀的非粘结和粘结部分证实了表达和目的蛋白的免疫沉淀。针对GAPDH的Western印迹证实了非相互作用蛋白并进一步印迹耗尽eIF4A的一个已知的相互作用伙伴证实蛋白质结合的权益。B的蛋白质)在不知道目的蛋白质的相互作用伙伴的成功的免疫沉淀,银染色的凝胶可确认相互作用蛋白的免疫沉淀。在这银染编辑凝胶带的GFP和GFP-eIF4AI/II是清楚的,只有在GFP-4AI/II-bound车道,而不是在GFP控制车道带的正确大小eIF4G迁移存在。
图3。代表性的成果。直方图显示蛋白质的比率从(A)GFP-eIF4AI或(B)GFP-eIF4AII下拉一个重复的分布。在1.96的标准偏差截止标有虚线。相互作用的蛋白质常污染物分布范围以外的距离〜(B)中的(A)0.25和1,和〜0.3-1.5明 显。
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图4。从SILAC实验知识产权的单个副本标识起始因子复杂的成员。蛋白在绿色是用于下拉相互作用蛋白感兴趣的蛋白质是由红变灰,根据白登录与红色的SILAC IP 2比SILAC是最丰富的蛋白质的分析,和白色作为1.96的SD截止。蛋白质灰色阴影并没有确定这一分析。
这里所描述的SILAC下拉战略是一个非常敏感和强大的新型检测手段的蛋白质:蛋白质相互作用,进而允许改变的结合模式的利益密切相关的样本之间的快速和简单的歧视。在这个例子中该技术被用来研究蛋白质:该eIF4AI和eIF4AII蛋白6蛋白的相互作用。据作者所知,这是文献利用SILAC蛋白质组学的效用研究eIF4A这两种亚型的细胞相互作用组的第一个研究。
如上面所描述的方法使用GFP-标记和抗GFP珠9,10,因此,可能需要修改以使这种方法可用于感兴趣的特定蛋白质,例如该标记是否被放置在N-或C-末端的蛋白质。如果可能的话,蛋白质印迹或功能试验应被执行以检测已知蛋白质相互作用伴侣的结合。应的蛋白不耐受融合与GFP标记,其它的标记或下拉策略已经被同时使用其它标记施加到SILAC下拉(FLAG 11,生物素12,链球菌(自己的数据,未发表)),或者通过使用第一抗体与蛋白的兴趣,其中siRNA敲除靶蛋白提供了一个控制样品13。这样的实验已经在文献中其它地方进行了描述,但简单地说,步骤1和步骤5.4-8将如上适用,步骤2-5.3修改以适合所选择的使用等于蛋白质输入中所描述的表达/下拉系统步骤2.4-2.5。作为量化阶段允许非特异性结合的蛋白,以在分析级被移除时,建议以省略预温育与对照珠,或高盐冲洗,以保持低亲和力的蛋白质:蛋白质相互作用与感兴趣的蛋白。核酸酶马为y包含或根据特定实验的具体细节在此省略了协议。例如:在本方法中使用的蛋白是RNA解旋酶,RNA酶鸡尾酒被列入协议,除去通过核糖核酸(步骤3.2)介导的间接的相互作用。在某些情况下,但是,也可以受益于并行运行试验有和无核酸酶的识别核酸依赖的相互作用。
在这个协议中,"中"和在重复实验"重"样品的交换建议控制为变异通过在SILAC培养基或细胞生长的差异引入。另一种控制涉及所有三个('光','中'和'重')媒体复制实验的顺序切换。虽然这种方法有其潜在的更为严格,但它增加了分析的复杂性,因为在至少一个重复,目的蛋白质瓦特生病产生的"光"标记的细胞,所以它是必要的'轻'的样品(环境污染物如角蛋白),以及那些当绑定到一种蛋白质,只是丰富了"光"的样品在一贯的蛋白质鉴定区分兴趣。
而使用量化数据的允许特定的非特异性相互作用,通过使用阈值判别,难免有些真正的相互作用可能被丢弃。上面的方法是一种简单,快速的方法来识别蛋白质:蛋白质相互作用,可以由研究人员没有以往的经验与质谱,或大蛋白的分析可以很容易地尝试:蛋白质相互作用数据集。对于大多数的用途,这是绰绰有余的识别感兴趣的新蛋白质。进一步的修改,以这种方式来帮助减少这种数据丢失,在文献中其它地方描述的,并且包括使用PR的其中对于特定的一组实验参数(细胞株,胎圈基质,缓冲液条件)已知污染蛋白质otein频率文库可以被排除10,14。然而,这取决于具体的实验参数,可能需要执行一系列的控制实验来产生珠蛋白组,因此,这样可以提高实验的两个的费用和复杂性。可从www.peptracker.co.uk网站14上这一技术的进一步信息。
还应当指出的是,协议上述涉及混合不同地标记的样品在免疫过程结束(称为混合纯化后 - MAP SILAC实验)。这样做是因为蛋白质:蛋白质相互作用发生在一给定的平衡15。但应注意的是,其他团体已经联合在该协议与样品孵育描述这张地图SILAC方法前向下拉(纯化后混合- PAM SILAC),用于不同的时间长度(20分钟至2小时,已在文献中使用)15,16。根据如何迅速的蛋白质比下降朝向1:1,因此能够定性地调查的结合亲和力,并确定蛋白质作为稳定的或动态的相互作用蛋白15。
总之,SILAC下拉代表一个非常强大的识别蛋白与感兴趣的特定蛋白质相互作用,在生理学相关的设定的装置。该技术可以很容易地适用于许多不同的纯化策略,允许其应用到感兴趣的任何给定的蛋白质。结果的量化大大简化了识别真正的相互作用,并且允许使用以除去非特异性结合严格缓冲液条件放松,从而保持低亲和力相互作用。如最多三个样品可以在上面进行比较策略,该技术具有在比较中蛋白质的差异不同蛋白同种型,突变体蛋白,或药理学抑制剂的效果之间的结合清楚的长处。作为整个凝胶切片进行了分析,而不是单个波段即污点通过考马斯,确定在高置信度的蛋白质的数量通常比那些在一个标准的GST / TAP-下拉确定更高,实验者偏压在选择感兴趣的蛋白被删除。该技术因此相比,毫不逊色与鉴定新的蛋白质相互作用(酵母双杂交,GST /他或TAP下拉)使用其他常用的技巧。
作者宣称,他们有没有竞争的财务权益。
这项工作是由赠款从威康信托基金会和BBSRC到IG的支持。中空玻璃是一种惠康高级研究员。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Dundee Cell Products | LM010 | DMEM lacking Arginine and Lysine. (and containing L-glutamine) |
Dialysed FBS (10 kDa cutoff) 500 ml | Dundee Cell Products | DS1003 | |
Arginine (R0) 25 g | Sigma-Aldrich | A8094 | Resuspend 0.5 g in 6 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 84 mg/ml stock) |
Arginine (R6) 0.5 g | Cambridge Isotope Labs | CLM-2265 | Resuspend 0.5 g in 6 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 84 mg/ml stock) |
Arginine (R10) 0.5 g | Cambridge Isotope Labs | CNLM-539 | Resuspend 0.5 g in 6 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 84 mg/ml stock) |
Lysine (K0) 25 g | Sigma-Aldrich | L8662 | Resuspend 0.5 g in 3.5 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 146 mg/ml stock) |
Lysine (K4) 0.5 g | Cambridge Isotope Labs | DLM-2640 | Resuspend 0.5 g in 3.5 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 146 mg/ml stock) |
Lysine (K8) 0.5 g | Cambridge Isotope Labs | CNLM-291 | Resuspend 0.5 g in 3.5 ml PBS, filter sterilize, and freeze in 0.5 ml aliquots (gives a 146 mg/ml stock) |
Penicillin/streptomycin, Liquid. 100 ml | Gibco | 15140-122 | |
Lipofectamine 2000 transfection reagent | Invitrogen | 11668-027 | |
GFP-trap Agarose (500 μl resin) | Chromotek | gta-20 | |
5x SDS Sample loading buffer | Fisher Scientific | PN39000 | The use of purchased rather than homemade sample buffer is recommended to minimize keratin contamination. |
Protease inhibitor cocktail set III | Calbiochem | 539134 | |
1.7 ml prelubricated tubes | Costar | 3207 | |
BCA protein assay kit (1 L) | Pierce | 23225 | |
Tris (Trizma) | Sigma-Aldrich | T1503 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | E6758 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Rnase cocktail | Ambion | AM2286 | |
NP-40 alternative | Millipore | 492016 |
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