Method Article
Protein-protein interactions can occur in both the nucleus and the cytoplasm of a cell. To investigate these interactions, traditional co-immunoprecipitation and modern proximity ligation assay are applied. In this study, we compare these two methods to visualize the distribution of NF90-RBM3 interactions in the nucleus and the cytoplasm.
Protein-protein interactions are involved in thousands of cellular processes and occur in distinct spatial context. Traditionally, co-immunoprecipitation is a popular technique to detect protein-protein interactions. Subsequent Western blot analysis is the most common method to visualize co-immunoprecipitated proteins. Recently, the proximity ligation assay has become a powerful tool to visualize protein-protein interactions in situ and provides the possibility to quantify protein-protein interactions by this method. Similar to conventional immunocytochemistry, the proximity ligation assay technique is also based on the accessibility of primary antibodies to the antigens, but in contrast, proximity ligation assay detects protein-protein interactions with a unique technique involving rolling-circle PCR, while conventional immunocytochemistry only shows co-localization of proteins.
Nuclear factor 90 (NF90) and RNA-binding motif protein 3 (RBM3) have been previously demonstrated as interacting partners. They are predominantly localized in the nucleus, but also migrate into the cytoplasm and regulate signaling pathways in the cytoplasmic compartment. Here, we compared NF90-RBM3 interaction in both the nucleus and the cytoplasm by co-immunoprecipitation and proximity ligation assay. In addition, we discussed the advantages and limitations of these two techniques in visualizing protein-protein interactions in respect to spatial distribution and the properties of protein-protein interactions.
Nuclear factor 90 (NF90) ist ein Multi-Isoform - Proteins mit zahlreichen Funktionen , einschließlich der Reaktion auf eine virale Infektion, die Regulierung von Interleukin-2 post-Transkription und Regulierung der miRNA Biogenese 1-3. RBM3 ist ein RNA-bindendes Protein, involviert in Translation und miRNA Biogenese und kann durch verschiedene Stressoren einschließlich Hypothermie und Hypoxie 4-6 induziert werden. Vor kurzem fanden wir NF90 und RBM3 in einem Proteinkomplex 7. Das Zusammenspiel von NF90 und RBM3 ist essentielles Protein - Kinase - RNA-ähnliche Endoplasmatischen Retikulum - Kinase (PERK) Aktivität in ungefalteten Protein - Reaktion 7 zu modulieren. Sowohl NF90 und RBM3 befinden sich überwiegend im Kern aber einem geringen Anteil an NF90 und RBM3 Shuttle in das Zytoplasma und binden dort miteinander für bestimmte Funktionen, beispielsweise PERK Aktivität zu regulieren. Daher ist es wichtig, die Verteilung von NF90-RBM3 Wechselwirkungen in dem subzellulären Kompartiment zu visualisieren, die anzeigen kannihre verschiedenen Rollen in den jeweiligen Fach.
Vor Jahrzehnten, Hefe - Zwei - Hybrid (Y2H) wurde die Wechselwirkung zwischen zwei Proteinen 8 zu erkennen , entwickelt. Aufgrund künstliche Konstruktion von Fusionsproteinen, falsch-positive Ergebnisse haben die Anwendung dieses Verfahrens beschränkt. Für eine lange Zeit, Co-Immunpräzipitation war das Haupt Technik Protein-Protein - Wechselwirkungen, insbesondere in endogener Bedingungen 9 zu analysieren. Um die Co-immunpräzipitiert Proteinkomplex zu analysieren, Western-Blot ist die bequemste Methode, während der Massenspektrometrie verwendet wird, wenn Super Empfindlichkeit und Genauigkeit erwünscht sind. In den letzten Jahren Proximity Ligation Assay wurde als ein neues Verfahren entwickelt worden , Protein-Protein - Wechselwirkungen in beiden Zellen und Gewebe in situ 10,11 zu erkennen.
Hier verglichen wir die beliebtesten Coimmunpräzipitation Verfahren und relativ neuartige Nähe Ligatur Testverfahren in NF9 Erfassung0-RBM3 Interaktion in subzellulären Fraktionen. Wir diskutierten auch die Vorteile und Grenzen beider Techniken.
1. Coimmunpräzipitation
2. Immunzytochemie und Proximity Ligation Assay
Abbildung 1 zeigt , dass NF90 und RBM3 sind beide Kernproteine und nur ein kleiner Teil ist in das Zytoplasma. Bemerkenswert ist, gibt es drei verschiedene Bands für RBM3 positiv gefärbt. Die kleinste knapp unter 20 kDa die richtige Größe der RBM3 reflektiert (das vorhergesagte Molekulargewicht von RBM3 ist 17 kDa). Der Ursprung der beiden anderen Bänder noch untersucht werden. Co-Immunpräzipitationsexperimenten mit RBM3 als Köder-Protein ergab, dass NF90-RBM3 Wechselwirkungen sind überwiegend in den Zellkern und einer Minderheit im Zytoplasma. Co-Immunpräzipitation Daten unterstützt die Lokalisierung jedes einzelnen Proteins.
Wie in 2A gezeigt, sind NF90 und RBM3 hauptsächlich im Kern befindet , sondern auch im Zytoplasma in situ. Beide Proteine zeigen perfekte Co-Lokalisation in beiden Fächern. Proximity-Ligation-Assay zeigte das Mustervon NF90-RBM3 Wechselwirkungen, die zu herkömmlichen Immunzytochemie sehr ähnlich ist, wobei die meisten Interaktionen in Nukleus in der Mehrzahl der Zellen. Nur ein kleiner Anteil der Zellen zeigten überwiegend Cytoplasma-Verteilung von NF90-RBM3 Wechselwirkungen.
Zusammen, Co-Immunpräzipitation und Proximity Ligation Assay Techniken reflektieren im Prinzip das gleiche Verteilungsmuster von Protein-Protein-Wechselwirkungen in nuklearen und zytoplasmatischen Kompartimente.
Abbildung 1: Western - Blot - Analyse von NF90 und RBM3 und deren Wechselwirkungen in Kern- und Cytoplasma - Fraktionen von HEK293 - Zellen. 2 (V / V), die gleiche Menge an Zellen widerspiegelt, wie im Extraktionsprotokoll angegeben: Kern- und cytoplasmatische Extrakte wurden einer SDS-PAGE-Gel in einem Verhältnis von 1 geladen. Lamin und GAPDH wurden als Kern verwendetund zytoplasmatische Marker, respectively. Co-Immunpräzipitation mit anti-RBM3 Antikörper oder Kaninchen-IgG als Negativkontrolle durchgeführt. 2 (v / v), jeweils: Kern- und cytoplasmatische Extrakte wurden auch mit anti-RBM3 Antikörper in einem Verhältnis von 1 inkubiert. Oberes Band in NF90-Blot zeigt 110 kDa lange Isoform NF110. N: Kernextrakt; C: Zytoplasmaextrakt, IP: Immunpräzipitation. Protein-Marker wurden für RBM3 positive Banden markiert. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Immunzytochemie und Proximity Ligation Assay von HEK293 - Zellen. (A) Doppel-Anfärbung von HEK293 - Zellen mit anti-NF90 (grün) und anti-RBM3 (rot) Antikörper. Pfeil zeigen Zellen mit klaren Zytoplasma-Co-Lokalisation von NF90 und RBM3. Die Kerne wurden mit DAPI (blau) gegengefärbt. (B) Proximity - Ligation - Assay mit anti-NF90 und anti-RBM3 Antikörper in HEK293 - Zellen. Rot fluoreszierende Flecken zeigen NF90-RBM3 Wechselwirkungen. Die Pfeile zeigen NF90-RBM3 Wechselwirkungen im Zytoplasma. Die Kerne wurden mit DAPI (blau) gegengefärbt. Negative Kontrolle 1 (NC 1): beide primäre Antikörper weggelassen wurden. Negative Kontrolle 2 (NC 2): RBM3 einzigen primären Antikörper nur. Negativkontrolle 3 (NC 3): NF90 einzigen primären Antikörper nur. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Es gibt mehrere Vorteile sowie Nachteile für beide Methoden. Als eine relativ neue Technik, ein offensichtlicher Vorteil Proximity Ligation Assay ist die Durchführbarkeit Protein-Protein-Wechselwirkungen auf Einzelzellebene statt einer Charge von heterogenen Zellen aufzuklären. Bilder mit hoher Auflösung und Größe (zB durch konfokale Mikroskop) bieten die Möglichkeit zur Quantifizierung von einzelnen fluoreszierenden Flecken zu zählen. Im Gegensatz dazu kann die herkömmliche Kombination von Co-Immunpräzipitation mit Western-Blot-Technik nur Proteinbanden semi-quantitativ, vor allem, weil eine geeignete Ladesteuerung schwierig ist, für IP-Proben zu bestimmen. Zusätzlich wird , wenn Protein-Protein - Wechselwirkung ist schwach oder transient, eine große Menge von biologischem Material, beispielsweise Zellen oder Gewebe, für die Co-Immunpräzipitation oder einem künstlichen überexprimierenden System mit Fused - Tag angewendet wird benötigt, um die Chance zu erhöhen , die Wechselwirkungen zu detektieren . Alternativ Erkennung techniques mit hoher Empfindlichkeit wie Massenspektrometrie kann das Experiment Qualität zu verbessern. in Bezug auf die Menge an Ausgangsmaterial weist jedoch das Proximity Ligation Assay-Verfahren klare Vorteile. Nur wenige Zellen benötigt werden, vorgesehen, um eine hohe Qualität der Antikörper gegeben. Weiterhin kann in Gewebeproben, in situ Darstellung von Protein-Protein - Wechselwirkungen in verschiedenen Gewebestrukturen und Zelltypen durch Proximity Ligation Assay erreicht werden, in einem ähnlichen Muster wie normale Immunhistochemie. Im Gegensatz dazu Co-Immunpräzipitation ist naturgemäß nicht geeignet, die räumliche Verteilung von Protein-Protein-Wechselwirkungen anzuzeigen.
In Zellen mit großen Kernen, aber kleine cytoplasmatischen Kompartimenten, ist die Nähe Ligatur Testverfahren beschränkt bei der Analyse von Kern zytoplasmatischen Verteilungen und traditionelle Coimmunpräzipitation hat seine eigene Überlegenheit. Beispielsweise in T - Lymphozyten - Zelllinien, beispielsweise Jurkat - Zellen, kern zytoplasmatischen distriträge von NF90-RBM3 Wechselwirkung durch Ligation Assay-Technik Nähe eingeschränkt ist, weil der Kern fast den ganzen Raum im Inneren der Zelle einnimmt, und es ist schwierig, die Grenze der cytoplasmatischen Kompartiment zu identifizieren. Dies kann ein häufiges Problem für Immunzytochemie im Allgemeinen sein, wenn der Kern-Zytoplasma-Verhältnis extrem unausgewogen ist. Jedoch ist Co-Immunpräzipitation in dieser Situation zu dieser Begrenzung unterliegt.
Ein besonderes Anliegen in Bezug auf die Nähe Ligatur-Test ist, ob die Signale von der Nähe Ligatur Test repräsentieren direkte oder indirekte Protein-Protein-Wechselwirkungen. Sowohl NF90 und RBM3 haben RNA-Bindungseigenschaften und ihre Wechselwirkung hängt von RNA, wie in unserer früheren Studie 7 berichtet. Somit Vorbehandlung von Zelllysaten mit RNase löst Wechselwirkung zwischen NF90 und RBM3 und nichts nachweisbar ist durch Coimmunpräzipitation Methode 7. Jedoch ist die Proximity Ligation Assay Signal nicht beeinflusstselbst wenn eine RNA-abhängige Protein-Protein-Wechselwirkung verliert der RNA-Spezies, wie sie erzeugt wird, wenn der Abstand zwischen zwei Proteinen weniger als 40 nm, die üblicherweise als eine direkte Interaktion betrachtet wird. Diese Eigenschaft des Proximity Ligation Assay kann technische Probleme von Co-Immunpräzipitation, wie RNase Freisetzung in Zelllysat zu überwinden, die die Wechselwirkungen erfordern RNA Vermittlungs abschaffen kann. Jedoch auf der anderen Seite kann die Proximity Ligation Assay-Verfahren auch falsche positive Signale zu erzeugen, wenn die RNA-abhängige Protein-Protein-Wechselwirkung nicht tatsächlich aufgrund des Fehlens spezifischer RNA in physiologischen Bedingungen existieren.
Ein weiteres Thema besondere Aufmerksamkeit verdient ist die Spezifität der primären Antikörper und die Möglichkeit der Proteinisoformen, Vorprodukte und Proteinaggregate. Wir beobachteten , durch Western - Blot , dass die lange NF90 Isoform, NF110, ist viel weniger reichlich in beiden Zellkern und Zytoplasma in HEK293 - Zellen im Vergleich zu NF90 (FiAbbildung 1). Jedoch Co-Immunpräzipitation entwirrt eine höhere Bindungsaffinität zu NF110 RBM3 besonders in Kern. Drei Hauptbanden wurden in RBM3 Blots in Nucleus entdeckt, sondern nur die 20 kDa-Bande wurde normales RBM3 hauptsächlich in Zytoplasma beobachtet. Ob die beiden anderen 50 kDa und 100 kDa-Banden RBM3 Isoformen reflektieren, Vorläufer, Proteinaggregate mit gebundenen RBM3 oder waren aufgrund unspezifischer Hintergrund bleiben aufgeklärt werden. Stattdessen, da Assay der Annäherungs Ligierung auf Immunofärbung basiert, können die Proximity Ligation Assay unterscheidet nicht den Unterschied zwischen verschiedenen Protein-Isoformen, Vorläufern, Aggregate oder unspezifische Färbung, während Co-Immunpräzipitation weitere Informationen über die Antikörperspezifität oder Protein-Isoformen und Vorläufern als das zur Verfügung stellen kann Proximity Ligation Assay von Protein-Protein-Wechselwirkungen in zu untersuchen. RBM3 Bezug, wenn alle drei RBM3 Bands in Nukleus beobachtet Berücksichtigung der Western-Blot-Ergebnis steht im Einklang mit überwiegendem Kerne localizatiauf der RBM3 durch Immunfärbung beobachtet.
Abschließend beide Coimmunpräzipitation und Proximity-Ligation-Assay-Techniken haben wesentliche Vorteile und Einschränkungen. In vielen Fällen produzieren sie konsistente Ergebnisse, aber es ist vorteilhaft, beide Techniken zu verwenden, wenn systematisch bestimmte Protein-Protein-Wechselwirkung zu untersuchen. Doch in besonderen Fällen oder mit bestimmten Zweck könnte man Überlegenheit als die anderen zeigen. Vor kurzem Proximity Ligation Assay wurde zum Screenen von Protein-Protein - Wechselwirkungen verwendet worden 12 neuartige prognostische Marker zu entwickeln. Protein-Protein-Wechselwirkung wird als zuverlässiger Biomarker als ein einziges Protein angesehen. In Zukunft können die Proximity Ligation Assay werden potentiell eine schnelle und zuverlässige Möglichkeit, Protein-Protein-Wechselwirkungen als diagnostische und prognostische Biomarker in Kliniken zu analysieren, wobei die Identifizierung und Charakterisierung dieser Biomarker noch die üblichen Co-immuoprecipication me erfordertthode.
The authors have nothing to disclose.
This study was supported by the Swiss National Science Foundation (SNSF, 31003A_163305).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dulbecco's Modified Eagle’s Medium (DMEM) | Sigma | D6429 | High glucose 4,500 mg/L |
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 10270106 | |
Penicillin-Streptomycin (PenStrep) | BioConcept | 4-01F00-H | |
NE-PER Nuclear and Cytoplasmic Extraction Reagents | Thermo Fisher Scientific | 78833 | |
1,4-Dithiothreitol (DTT) | Carl Roth | 6908.3 | |
Dynabeads Protein G | Novex, Thermo Fisher Scientific | 10003D | |
DRBP76 (NF90/NF110) antibody | BD Transduction Laboratories | 612154 | use 1:1,000 for WB and 1:100 for ICC/PLA |
RBM3 antibody | ProteinTech | 14363-1-AP | use 1:1,000 for WB and 1:100 for ICC/PLA |
Lamin A/C antibody | Cell Signaling Technology | #2032 | use 1:1,000 for WB |
anti-GAPDH antibody | Abcam | ab8245 | use 1:1,000 for WB |
normal rabbit IgG | Santa Cruz | sc-2027 | |
anti-rabbit IgG, HRP-linked secondary antibody | Cell Signaling Technology | #7074 | use 1:5,000 for WB |
anti-mouse HRP secondary antibody | Carl Roth | 4759.1 | use 1:5,000 for WB |
Clarity Western ECL Blotting Substrate | Bio-Rad | #1705060 | |
NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris Gel | Novex, Thermo Fisher Scientific | NP0321BOX | |
NuPAGE LDS Sample Buffer (4x) | Novex, Thermo Fisher Scientific | NP0007 | |
NuPAGE MES SDS Running Buffer (20x) | Novex, Thermo Fisher Scientific | NP0002 | |
NuPAGE Transfer Buffer (20x) | Novex, Thermo Fisher Scientific | NP00061 | |
Amersham Hypond P 0.2 PVDF membrane | GE Healthcare Life Sciences | 10600021 | |
Poly-D-Lysine 8 Well Culture Slide | Corning BioCoat | 354632 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | P6148 | |
Normal goat serum (NGS) | Gibco, Thermo Fisher Scientific | PCN5000 | |
Goat anti-mouse IgG (H+L Antibody), Alexa Fluor 488 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A-11001 | |
Goat anti-rabbit IgG (H+L Antibody), Alexa Fluor 568 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A-11011 | |
4′, 6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI) | Sigma | D9542 | |
Duolink PLA probe Anti-mouse PLUS | Sigma | DUO92001 | |
Duolink PLA probe Anti-rabbit MINUS | Sigma | DUO92005 | |
Duolink Detection Reagents Red | Sigma | DUO92008 | |
Duolink Wash Buffers Fluorescence | Sigma | DUO82049 | |
Duolink Mounting Medium with DAPI | Sigma | DUO82040 | |
Mowiol 4-88 | Sigma | 81381 | |
Microscope | Olympus | AX-70 | |
CCD camera | SPOT | Insight 2MP Firewire | |
X-ray film | Fujifilm | Super RX | |
Film processing machine | Fujifilm | FPM-100A |
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