Method Article
Dieses Protokoll konzentriert sich auf die Identifizierung von Proteinen, die an Inositolphosphate oder Phosphoinositide binden. Es verwendet Affinitätschromatographie mit biotinylierten Inositolphosphaten oder Phosphoinositiden, die über Streptavidin zu Agarose oder magnetischen Perlen immobilisiert werden. Inositolphosphat oder Phosphoinositid-bindende Proteine werden durch western blotting oder Massenspektrometrie identifiziert.
Inositolphosphate und Phosphoinositide regulieren mehrere zelluläre Prozesse in Eukaryoten, einschließlich Genexpression, Vesikelhandel, Signaltransduktion, Stoffwechsel und Entwicklung. Diese Metaboliten führen diese regulatorische Aktivität durch Bindung an Proteine durch und verändern dadurch die Proteinkonformation, die katalytische Aktivität und/oder die Wechselwirkungen. Die hier beschriebene Methode verwendet Affinitätschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie oder Western Blotting, um Proteine zu identifizieren, die mit Inositolphosphaten oder Phosphoinositiden interagieren. Inositolphosphate oder Phosphoinositide werden chemisch mit Biotin markiert, das dann über Streptavidin konjugiert zu Agarose oder magnetischen Perlen gefangen wird. Proteine werden durch ihre Affinität zur Bindung an den Metaboliten isoliert, dann eluiert und durch Massenspektrometrie oder Western Blotting identifiziert. Die Methode verfügt über einen einfachen Workflow, der empfindlich, nicht radioaktiv, liposomenfrei und anpassbar ist und die Analyse der Protein- und Metaboliteninteraktion präzise unterstützt. Dieser Ansatz kann in etikettenfreien oder in aminosäuremarkierten quantitativen Massenspektrometriemethoden verwendet werden, um Protein-Metabolit-Wechselwirkungen in komplexen biologischen Proben oder mit gereinigten Proteinen zu identifizieren. Dieses Protokoll ist für die Analyse von Proteinen aus Trypanosoma bruceioptimiert, kann aber an verwandte protozoische Parasiten, Hefe- oder Säugetierzellen angepasst werden.
Inositolphosphate (IPs) und Phosphoinositide (PIs) spielen eine zentrale Rolle in der Eukaryotenbiologie durch die Regulierung zellulärer Prozesse wie die Kontrolle der Genexpression1,2,3, Vesikelhandel 4, Signaltransduktion5,6, Stoffwechsel7,8,9, und Entwicklung8,10. Die regulatorische Funktion dieser Metaboliten ergibt sich aus ihrer Fähigkeit, mit Proteinen zu interagieren und damit die Proteinfunktion zu regulieren. Bei Bindung durch Proteine können IPs und PIs die Proteinkonformation11, die katalytische Aktivität12oder Wechselwirkungen13 verändern und somit die zelluläre Funktion beeinflussen. IPs und PIs sind in mehreren subzellulären Kompartimenten verteilt, wie z. B. Kern2,3,14,15, endoplasmatisches Retikulum16,17, Plasma Membran1 und Cytosol18, entweder verbunden mit Proteinen3,19 oder mit RNAs20.
Die Spaltung des membranassoziierten PI(4,5)P2 durch Phospholipase C führt zur Freisetzung von Ins(1,4,5)P3, das durch IP-Kinäsen bzw. Phosphatasen phosphoryliert oder dephosphoryliert werden kann. IPs sind lösliche Moleküle, die an Proteine binden und regulatorische Funktionen ausüben können. Zum Beispiel kann Ins(1,4,5)P3 in Metazoan als zweiter Botenstoff durch Bindung an IP3-Rezeptoren fungieren, was Rezeptor-Konformationsänderungen induziert und somit Ca2+ aus intrazellulären Speichern freigibt11. Ins(1,3,4,5)P4 bindet an den Histon-Deacetylase-Komplex und reguliert die Proteinkomplex-Montage und -Aktivität13. Weitere Beispiele für iPs Regulatorische Funktion sind die Kontrolle der Chromatin-Organisation21, RNA-Transport22,23, RNA-Editing24und Transkription1,2,3 . Im Gegensatz dazu werden PIs oft mit der Rekrutierung von Proteinen an die Plasmamembran oder Organelle Membranen25assoziiert. Eine neu entstehende Eigenschaft von PIs ist jedoch die Fähigkeit, mit Proteinen in einer nicht-membranösen Umgebungzuassoziieren 3,15,19,26. Dies ist der Fall des steroidogenen Kernrezeptors, dessen Transkriptionskontrollfunktion durch PI(3,4,5)P319reguliert wird, und Poly-A-Polymerase, deren enzymatische Aktivität durch kerntechnische PI(4,5)P226reguliert wird. Eine regulierende Rolle für IPs und PIs wurde in vielen Organismen gezeigt, einschließlich Hefe22,27, Säugetierzellen19,23, Drosophila10 und Würmer28. Von Bedeutung ist die Rolle dieser Metaboliten bei Trypanosomen, die früh von der eukaryotischen Abstammung abwichen. Diese Metaboliten spielen eine wesentliche Rolle bei Trypanosoma brucei Transkriptionskontrolle1,3, Entwicklung8, Organelle Biogenese und Proteinverkehr29,30 , 31 , 32, und sind auch an der Kontrolle der Entwicklung und Infektion in den Erregern T. cruzi33,34,35,Toxoplasma36 und Plasmodium beteiligt 5 , 37. Daher kann das Verständnis der Rolle von IPs und PIs bei Trypanosomen dazu beitragen, neue biologische Funktionen für diese Moleküle aufzuklären und neue Wirkstoffziele zu identifizieren.
Die Spezifität von Protein- und IP- oder PI-Bindung hängt von Protein-Interagierenden Domänen und dem Phosphorylierungszustand des Inositols13,38ab, obwohl Wechselwirkungen mit dem Lipidteil von PIs ebenfalls 19 auftreten. Die Vielfalt der IPs und PIs und ihre modifizierenden Kinoseen und Phosphatasen bieten einen flexiblen zellulären Mechanismus zur Kontrolle der Proteinfunktion, der durch die Verfügbarkeit und Häufigkeit von Metaboliten, den Phosphorylierungszustand des Inositols und das Protein beeinflusst wird. Affinität der Interaktion1,3,13,38. Obwohl einige Proteindomänen gut charakterisiert sind39,40,41, z.B. Pleckstrin-Homologie-Domäne42 und SPX (SYG1/Pho81/XPR1) Domains43 ,44,45, einige Proteine interagieren mit IPs oder PIs durch Mechanismen, die unbekannt bleiben. Zum Beispiel fehlt dem Repressor-Aktivator-Protein 1 (RAP1) von T. brucei kanonische PI-bindende Domänen, sondern interagiert mit PI(3,4,5)P3 und kontrolliert die Transkription von Genen, die an antigener Variation beteiligt sind3. Affinitätschromatographie und Massenspektrometrieanalyse von IP- oder PI-interagierenden Proteinen aus Trypanosom-, Hefe- oder Säugetierzellen identifizierten mehrere Proteine ohne bekannte IP- oder PI-bindende Domänen8,46, 47. Die Daten deuten auf zusätzliche nicht charakterisierte Proteindomänen hin, die an diese Metaboliten binden. Daher kann die Identifizierung von Proteinen, die mit IPs oder PIs interagieren, neue Mechanismen der Protein-Metabolit-Interaktion und neue zelluläre Regulierungsfunktionen für diese kleinen Moleküle offenbaren.
Die hier beschriebene Methode verwendet Affinitätschromatographie gekoppelt mit western blotting oder Massenspektrometrie, um Proteine zu identifizieren, die an IPs oder PIs binden. Es verwendet biotinylierte IPs oder PIs, die entweder mit Streptavidin verbunden sind, konjugiert mit Agaroseperlen oder alternativ über streptavidin-konjugierte Magnetperlen gefangen werden (Abbildung 1). Die Methode bietet einen einfachen Workflow, der empfindlich, nicht radioaktiv, liposomenfrei ist und sich zum Nachweis der Bindung von Proteinen aus Zelllysaten oder gereinigten Proteinen eignet3 (Abbildung 2). Das Verfahren kann in etikettenfreien8,46 oder gekoppelt an Aminosäure-markierte quantitative Massenspektrometrie47 verwendet werden, um IP- oder PI-bindende Proteine aus komplexen biologischen Proben zu identifizieren. Daher ist diese Methode eine Alternative zu den wenigen verfügbaren Methoden, um die Wechselwirkung von IPs oder PIs mit zellulären Proteinen zu untersuchen und wird dazu beitragen, die regulatorische Funktion dieser Metaboliten bei Trypanosomen und vielleicht anderen Eukaryoten zu verstehen.
1. Analyse von IP- oder PI-bindenden Proteinen durch Affinitätschromatographie und Western Blotting
2. Analyse von IP/PI-bindenden Proteinen durch Affinitätschromatographie und Massenspektrometrie
Analyse der RAP1- und PI(3,4,5)P3-Wechselwirkung durch Affinitätschromatographie und Western Blotting
Dieses Beispiel veranschaulicht die Anwendung dieser Methode zur Analyse der Bindung von PIs durch RAP1 aus T. brucei lysate oder durch rekombinantes T. brucei RAP1-Protein. Lysate von T. brucei Blutbahnformen, die Hemagglutinin (HA)-getaggt RAP1 ausdrücken, wurden in Bindungstests verwendet. RAP1 ist ein Protein, das an der transkriptionellen Kontrolle der Varianten-Oberflächenglykoprotein -Gene (VSG)3,48beteiligt ist, die für Oberflächenproteine kodieren, die an der Parasiten-Immunflucht durch antigene Variation49beteiligt sind. RAP1 interagiert innerhalb eines telomerischen Proteinkomplexes mit dem Phosphatidylinositol-Enzym 5-Phosphatase (PIP5Pase)3, das auch bei der Kontrolle der VSG-Gentranskription1,3funktioniert. RAP1 hat eine N-terminale Brustkrebs-1-Carboxyl-Terminal-Domäne (BRCT), auf die eine Myeloblastose (Myb) DNA-Bindungsdomäne und eine C-terminale mybähnliche Domäne3,48folgen. Es fehlen jedoch kanonische PI-Bindungsdomänen. Bindungstests wurden mit PIs durchgeführt, die nicht phosphoryliert sind oder an verschiedenen Positionen des Inositolrings phosphoryliert sind, und mit nicht konjugierten Agaroseperlen. Die westliche Analyse zeigt, dass RAP1 bevorzugt an PI(3,4,5)P3-Perlen bindet (Abbildung 3A), aber es bindet auch in geringerem Maße an PI(4,5)P2-Perlen. Es bindete jedoch nicht an andere PIs oder Agarose-Perlen. Da RAP1 Teil eines Multiprotein-Komplexes3ist, ist seine Interaktion mit einigen PIs möglicherweise nicht direkt und daher resultiert aus rap1-HA Interaktion mit anderen zellulären Proteinen, die an PIs binden.
Um zu testen, ob RAP1 direkt an PIs bindet, wurde daher ein C-terminalmitiertes 6x-sein rekombinantes RAP1 (rRAP1)-Protein exprimiert und von E. coli3zur Homogenitätgereinigt. Das Protein wurde in bindungstests mit PI(3,4,5)P3-Perlen in Gegenwart konkurrierender Konzentrationen von PI(3,4,5)P3 oder PI(4,5)P2 verwendet. Western Blotting zeigt, dass steigende Konzentrationen von PI(3,4,5)P3, aber nicht PI(4,5)P2 die Wechselwirkung von rRAP1 mit PI(3,4,5)P3 (Abbildung 3B) hemmen. Darüber hinaus ist die Zugabe des T. brucei-gereinigten PIP5Pase-Enzyms zur Reaktion wiederhergestellte PI(3,4,5)P3-Bindung durch rRAP1, die auf pip5Pase-Dephosphorylierung freier PI(3,4,5)P33 zurückzuführen ist und somit darauf hinweist, dass das Phosphorylierungsmuster dieser Metabolit ist für die rRAP1-Bindung unerlässlich. Daher interagiert rRAP1 mit PI(3,4,5)P3 wie RAP1-HA von T. brucei lysates. Darüber hinaus zeigen die Daten, dass die Bindung von RAP1-HA von Lysat zu PI(4,5)P2 wahrscheinlich auf rap1-Wechselwirkungen mit anderen Proteinen im Komplex (z.B. PIP5Pase)3resultiert. Die Daten veranschaulichen die Komplementarität von Bindungsassays mit Zelllysaten und rekombinanten Proteinen. Es zeigt auch den Nutzen von wettbewerbsfähigen Bindungstests, um die Spezifität der Wechselwirkungen zwischen Proteinen und PIs zu bestimmen.
Identifizierung von Ins(1,4,5)P3-bindenden Proteinen durch Affinitätschromatographie und Massenspektrometrie
In diesem Beispiel wurde die Affinitätschromatographie gefolgt von der Massenspektrometrie verwendet, um T. brucei-Proteine zu identifizieren, die an Ins(1,4,5)P3 binden; Daher untersucht das Experiment potenzielle Ins(1,4,5)P3-bindende Proteine aus T. brucei Blutkreislaufformen. T. brucei lysat wurde mit Ins(1,4,5)P3 konjugiert zu Agaroseperlen oder mit nicht konjugierten Perlen (als Kontrolle verwendet) inkubiert und gebundene Proteine mit Laemmli-Probenpuffer eluiert. Die SDS/PAGE-Analyse zeigt die Anreicherung von Proteinen, die von Ins(1,4,5)P3-Perlen im Vergleich zu Proteinen, die aus den Kontrollagaroseperlen eluiert werden , eluiert werden (Abbildung 4A). Massenspektrometrie-Analyse von eluierten Proteinen identifiziert über 250 Proteine, von denen 84 mit Ins(1,4,5)P3 Perlen im Vergleich zu Kontrollperlen angereichert wurden (Abbildung 4B, Faltenänderung [FC] 2, p < 0,05). Die Anreicherung von Proteinen, die im Vergleich zu Kontrollperlen an Ins(1,4,5)P3 gebunden sind, korreliert mit dem von SDS/PAGE detektierten Proteinsignal. Die Daten umfassen Proteine, die validiert wurden, um Ins(1,4,5)P3 zu binden, und Proteine, deren Bindungsmechanismen an Ins(1,4,5)P3 unbekannt sind8. Darüber hinaus unterschied sich das Ins(1,4,5)P3-Bindungsproteom stark von dem von Ins(1,3,4,5)P4 und anderen PIs8, was darauf hindeutet, dass einige dieser Proteine die spezifische Phosphatkonfiguration von Ins(1,4,5)P3 erkennen. Daher kann biotin-markierte Ins(1,4,5)P3 für die Affinitätschromatographie gekoppelt an die Massenspektrometrie verwendet werden, um Proteine zu identifizieren, die an Ins(1,4,5)P3 binden. Der Ansatz kann untersucht werden, um Proteine zu identifizieren, die an andere IPs oder PIs binden3,8,46,47.
Abbildung 1 : Affinity Reagenzien für verbindliche Assays. (A) PI(3,4,5)P3 (oben) und Ins(1,4,5)P3 (unten) konjugiert mit Biotin in sn1 Position des Inositols. In PI(3,4,5)P3 wird das Biotin an der Sn1-Position des Inositols mit der Lipidkette konjugiert, während in Ins(1,4,5)P3 das Biotin an Position sn1 mit dem Phosphat konjugiert wird. (B) Ins(1,4,5)P3 wird mit Biotin konjugiert und über Bindung an Streptavidin konjugiert zu Perlen (z. B. Agarose oder Magnetperlen) gefangen. Variationen dieser Reagenzien mit benutzerdefinierten synthetisierten Linkern, die das Biotin ersetzen, sind ebenfalls möglich46. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2 : Der Workflow der Protokolle beschreibt die Schritte zur Analyse der IP- oder PI-Affinitätsinteraktion mit Proteinen von T. brucei und der Detektion durch (A) Western Blotting oder (B) Massenspektrometrie. AC-WB, Affinitätschromatographie und Western Blotting; AC-MS, Affinitätschromatographie und Massenspektrometrie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3 : Bindung von T. brucei RAP1 an Phosphoinositide. (A) Lysate von T. brucei (5,0 x 107 Parasiten), die HA-markierte RAP1 ausdrücken, wurden für 2 h bei 4 °C mit 50 l PIs (jeweils 1 ml Agaroseperlen mit 10 nmol konjugierten PIs) oder Agarose (Ag) Beads inkubiert. Die Bindungsreaktion wurde mit 2 x Laemmli Probenpuffer gewaschen und eluiert und bei 95 °C für 5 min erhitzt. Proteine wurden in 4-20% SDS/PAGE abgetrennt, auf eine PVDF-Membran übertragen und mit monoklonalen Antikörpern Anti-HA (1:5.000, verdünnt in 6% PBS-Milch) untersucht. per Anti-Maus-IgG-HRP (1:5.000, verdünnt in 6% PBS-Milch) und durch Chemilumineszenz nachgewiesen. (B) Eine g rRAP1 wurde für 1 h bei RT mit 50 l PI(3,4,5)P3-Agarose-Perlen in Gegenwart oder Abwesenheit von 5 bis 50 m Dioctanoylglycerol (diC8) PI(3,4,5)P3, 20 bis 50 m diC8 PI(4,5)P2 oder 50 m diC8 PI(3,4,5)P3 und 250 ng PIP5Pase gereinigt von T. brucei Blutkreislauf formen3. Die Bindung wurde durch Western Blotting mit Mausanti-His HRP monoklonalen Antikörpern (1:2.000, verdünnt in 6% PBS-Milch) analysiert und durch Chemilumineszenz entwickelt. Diese Zahl wurde von Cestari et al.3geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4 : Affinitätschromatographie und Massenspektrometrieanalyse von T. brucei-Proteinen, die an Ins(1,4,5)P3 binden. (A) 10% SDS/PAGE-Analyse von T. brucei-Proteinen, die an Ins(1,4,5)P3-Perlen oder Agaroseperlen binden. Lysate von 5,0 x 109 Parasiten wurden bei 4 °C für 2 h mit 400 l Ins(1,4,5)P3 konjugiert zu Agaroseperlen oder mit Agaroseperlen ohne Ins(1,4,5)P3 [1 ml Perlen enthalten 10 Nmol konjugierter Ins(1,4,5)P3] inkubiert. Die Bindungsreaktion wurde gewaschen, in 2 x Laemmli Probenpuffer eluiert und 5 min bei 95 °C gekocht. Proteine wurden in 10% SDS/PAGE getrennt und mit Coomassie-Färbung(Materialtabelle)gefärbt. Pfeilspitzen zeigen Proteine, die in Ins(1,4,5)P3-Perlen im Vergleich zu Agaroseperlen angereichert sind; Kreise zeigen Proteine an, die in beiden Ins(1,4,5)P3-Perlen und Agaroseperlen vorhanden sind, und die Klammer zeigt Proteine an, die in beiden vorhanden sind, aber in Ins(1,4,5)P3-Perlen im Vergleich zu Agaroseperlen angereichert sind. (B) Dot-Plot zeigt Proteine, die durch Massenspektrometrie identifiziert werden und in Ins(1,4,5)P3-Perlen im Vergleich zu Agaroseperlen angereichert sind. Anreicherung definiert durch FC > 2 und p-Wert <0.05. Vier biologische Repliken wurden für Agarose-Perlen AC-MS und drei biologische Repliken für IP3-Perlen AC-MS verwendet. Faltenwechsel von Proteinen, die in IP3-Perlen im Vergleich zu Agarose-Perlen identifiziert wurden, wurde mit Peptidspektrenintensität mit MSstat50berechnet. Detaillierte Ergebnisse und Liste der Peptide sind verfügbar8. Massenspektrometrie-Rohdaten sind auch mit dem Identifikator PXD005907 über das ProteomeXchange Consortium über das PRIDE-Partner-Repository verfügbar. Diese Zahl wurde von Cestari et al.8geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die Identifizierung von Proteinen, die an IPs oder PIs binden, ist entscheidend, um die zelluläre Funktion dieser Metaboliten zu verstehen. Die Affinitätschromatographie, gekoppelt mit der Westlichen Fleck- oder Massenspektrometrie, bietet die Möglichkeit, IP- oder PI-interagierende Proteine zu identifizieren und so Einblicke in ihre regulatorische Funktion zu gewinnen. IPs oder PIs, die chemisch getaggt sind [z.B., Ins(1,4,5)P3, die chemisch mit Biotin verbunden sind] und über Streptavidin mit Agaroseperlen verbunden oder mit Streptavidin-Magnetperlen erfasst werden, ermöglichen die Isolierung interagierender Proteine, die dann durch Masse identifiziert werden können. Spektrometrie oder Western Blot. Die hier beschriebenen Protokolle wurden verwendet, um Proteine aus T. brucei3,8 und Säugetierzellen47 zu identifizieren, die an diese Metaboliten binden. Variationen des Ansatzes, der benutzerdefinierte Tags (außer Biotin) verwendet, wurden auch in Hefe46verwendet. Ein wichtiger Aspekt dieses Ansatzes ist die Verwendung von Kontrollen, um bestimmte von unspezifischen Interaktionen zu unterscheiden. Nicht konjugierte Perlen sind ein wesentliches Steuerelement, aber zusätzliche Kontrollen können nicht-phosphorylierte PIs oder Inositol konjugiert zu Perlen3umfassen. IPs oder PIs mit unterschiedlichen Phosphatkombinationen3,8 können auch verwendet werden, weil Proteinbindung an diese Metaboliten Domänen beinhalten kann, die die Phosphatkonfiguration des Inositols38 39,40,41. Darüber hinaus kann die Probenkomplexität die Empfindlichkeit des Ansatzes beeinflussen, und daher kann eine Verringerung der Probenkomplexität durch Probenfraktionierung den Nachweis von proteinarmen Proteinen in der Zelle unterstützen. Es gibt etablierte Protokolle für die Zellfraktionierung und Isolierung von Mitochondrion51, Kern52, Glykosom53und Flagellum54,55 von Trypanosomen. Beachten Sie, dass Puffer und Reagenzien, die in subzellulären Fraktionen verwendet werden, möglicherweise an die Kompatibilität mit Puffern und Reagenzien angepasst werden müssen, die in diesem Protokoll verwendet werden. Insbesondere hängt die Identifizierung von Proteinen, die durch Affinitätschromatographie an IPs oder PIs binden, wie hier angegeben, von der Protein- und Metabolitenaffinität der Interaktion ab, und daher können Proteine, die eine schwache Affinität zu IPs oder PIs aufweisen, möglicherweise nicht ohne weiteres nachgewiesen werden.
Die Analyse der IP- oder PI-Interaktion mit Proteinen aus Zelllysat kann auch zur Identifizierung von Proteinen führen, die nicht direkt an diese Metaboliten binden, aber aus einer Proteinassoziation in komplex mit anderen Proteinen resultieren, die an IPs binden. oder PIs. Diese Funktion wird in Abbildung 3Averanschaulicht, in der RAP1-HA aus T. brucei lysate an PI(3,4,5)P3-Perlen und PI(4,5)P2-Perlen zu binden scheint. Verbindliche Assays mit His-tagged rRAP1 zeigen jedoch, dass dieses Protein an PI(3,4,5)P3 bindet und nicht an PI(4,5)P23. Dies ist in Abbildung 3Bdargestellt, in der wettbewerbsorientierte Assays zeigen, dass freie PI(3,4,5)P3, aber nicht freie PI(4,5)P2 um rRAP1-seine Interaktion mit PI(3,4,5)P3-Perlen konkurriert. Die RAP1-scheinbare Wechselwirkung mit PI(4,5)P2-Perlen ist auf die RAP1-Assoziation innerhalb eines Komplexes mit Proteinen zurückzuführen, die PI(4,5)P2 (z.B. PIP5Pase)3binden. Daher können bindungsspezifische Assays von Zelllysaten Proteine identifizieren, die direkt oder indirekt an IPs oder PIs binden. Insbesondere unterscheiden sich indirekte Wechselwirkungen von unspezifischen Wechselwirkungen, da erstere eine biologische Funktion (im Kontext des Proteinkomplexes) haben können, die die Metabolitenbindung beeinflusst oder beeinflusst. Beispielsweise bindet Ins(1,4,5,6)P4 an den Multi-Subunit Co-Repressor Deacetylase-Komplex und steuert die komplexe Baugruppe und Aktivität13. Daher ist es wichtig, IP/PI-Wechselwirkungen mit Proteinen zu validieren. Die Validierung der Wechselwirkung kann Wettbewerbstests mit einem Überschuss an IPs oder PIs (wie in Abbildung 3B)3,8, Mutationen potenzieller Proteindomänen56, oder die Verwendung von gereinigten Proteinen direkte Wechselwirkungen bestimmen (Abbildung 3A,B)3.
Andere Methoden zur Untersuchung von Protein- und IP- oder PI-Wechselwirkungen umfassen die Bindung von Proteinen an radioaktiv markierte IPs oder PIs, die Verwendung von IPs oder PIs, die an hydrophobe Membranen als Matrizen für die Proteinaufnahme gebunden sind, oder die Bindung von Proteinen an in Liposomen integrierte PIs. 42 , 57 , 58. Wichtig ist, wenn die Proteininteraktion mit PIs Membranstrukturenerfordert 38, Liposomen-basierte Assays können als komplementärer Ansatz verwendet werden. Zu den Einschränkungen dieser Ansätze gehören geringer Durchsatz, geringe Empfindlichkeit, die unbekannte chemische Ausrichtung von IPs oder PIs Assoziation zu Matrizen58, oder die Verwendung radioaktiver Materialien42. Die hier beschriebene Methode ist empfindlich, liposomenfrei, nicht radioaktiv, und IP/PI-Perlen sind kommerziell erhältlich und erfordern daher keine kundenspezifische chemische Synthese. Darüber hinaus ist die Position des Biotins, das mit IPs oder PIs verknüpft ist, klar definiert, und es kann auch modifiziert werden46,58, was eine präzise Analyse der Protein- und Metaboliteninteraktion ermöglicht. Die hier beschriebene Methode kann auch mit quantitativen Massenspektrometrieansätzen wie der stabilen Isotopenkennzeichnung von Aminosäuren in der Zellkultur (SILAC)47kombiniert werden, mit denen dynamische Wechselwirkungen unter verschiedenen zellulären Behandlungen oder Bedingungen. Die Affinitätschromatographie, gekoppelt mit Western Blot oder Massenspektrometrie, hat dazu beigetragen, zahlreiche IP- oder PI-bindende Proteine aus T. brucei, Säugetierzellen und Hefe3,8,46, 47, einschließlich Proteine, die keine IP- oder PI-bindenden Domänen gekennzeichnet haben, und es hat auch zur Identifizierung neuartiger Bindungsdomänen beigetragen, z. B. PI(3,4,5)P3-Bindungsdomäne47.
Insgesamt können die hier beschriebenen Protokolle verwendet werden, um potenzielle IP- oder PI-interagierende Proteine von T. bruceizu untersuchen und die molekulare Wechselwirkung von Proteinen mit diesen Metaboliten zu untersuchen. Das Protokoll kann leicht angepasst werden, um IP- oder PI-bindende Proteine von anderen einzelligen Parasiten oder von anderen Organismen wie Densäuerzellen47 und Hefe46zu identifizieren, und es wird dazu beitragen, die biologische Funktion von IP und PIs in eukaryotes.
Der Autor hat nichts zu verraten.
Diese Arbeit wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC, RGPIN-2019-04658) unterstützt. NSERC Discovery Launch Supplement for Early Career Researchers (DGECR-2019-00081) und von der McGill University.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetone | Sigma-Aldrich | 650501 | Ketone |
Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | Solvent |
Ammonium bicarbonate | Sigma-Aldrich | A6141 | Inorganic salt |
Centrifuge Avanti J6-MI | Beckman Coulter | Avanti J6-MI | Centrifuge for large volumes (e.g., 1L) |
Centrifuge botles | Sigma-Aldrich | B1408 | Bottles for centrifugation of 1L of culture |
Control Beads | Echelon | P-B000-1ml | Affinity chromatography reagent - control |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Sugar, Added in PBS to keep cells viable |
Dithiothreitol (DTT) | Bio-Rad | 1610610 | Reducing agent |
Dynabeads M-270 Streptavidin | ThermoFisher Scientific | 65305 | Streptavidin beads for binding to biotin ligands |
EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836170001 | Protease inhibitors |
Electrophoresis running buffer | Bio-Rad | 1610732 | 25 mM Tris, 192 mM glycine, 0.1% SDS, pH 8.3 |
Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning Life Sciences | 430052 | To centrifuge 10 mL cultures |
Formic acid | Sigma-Aldrich | 106526 | Acid |
Glycine | Sigma-Aldrich | G7126 | Amino acid |
HMI-9 cell culture medium | ThermoFisher Scientific | ME110145P1 | Cell culture medium for T. brucei bloodstream forms |
Imperial Protein Stain | ThermoFisher Scientific | 24615 | Coomassie staining for protein detection in SDS/PAGE |
Ins(1,4,5)P3 Beads | Echelon | Q-B0145-1ml | Affinity chromatography reagent |
Instant Nonfat Dry Milk | Thomas Scientific | C837M64 | Blocking reagent for Western blotting |
Iodoacetamide | Sigma-Aldrich | I6125 | Alkylating reagent for cysteine proteins or peptides |
Lab Rotator | Thomas Scientific | 1159Z92 | For binding assays |
LoBind Microcentrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 13-698-793 | Low protein binding tubes for mass spectrometry |
Nonidet P-40 (Igepal CA-630) | Sigma-Aldrich | 21-3277 | Detergent |
PBS, pH 7.4 | ThermoFisher Scientific | 10010031 | Physiological buffer |
Peroxidase substrate for chemiluminescence | ThermoFisher Scientific | 32106 | Substrate for Western bloting detection of proteins |
PhosSTOP Phosphatase Inhibitor Cocktail Tablets | Roche | 4906845001 | Phosphatase inhibitors |
PI(3)P PIP Beads | Echelon | P-B003a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4)P2 PIP Beads | Echelon | P-B034a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4,5)P3 diC8 | Echelon | P-3908-1mg | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4,5)P3 PIP Beads | Echelon | P-B345a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,5)P2 PIP Beads | Echelon | P-B035a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(4)P PIP Beads | Echelon | P-B004a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(4,5)P2 diC8 | Echelon | P-4508-1mg | Affinity chromatography reagent |
PI(4,5)P2 PIP Beads | Echelon | P-B045a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(5)P PIP Beads | Echelon | P-B005a-1ml | Affinity chromatography reagent |
Ponceau S solution | Sigma-Aldrich | P7170 | Protein staining (0.1% [w/v] in 5% acetic acid) |
Potassium hexacyanoferrate(III) | Sigma-Aldrich | 702587 | Potassium salt |
PtdIns PIP Beads | Echelon | P-B001-1ml | Affinity chromatography reagent |
PVDF Membrane | Bio-Rad | 1620177 | For Western blotting |
Refrigerated centrifuge | Eppendorf | 5910 R | Microcentrifuge for small volumes (e.g., 1.5 mL) |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | 862010 | Detergent |
Sodium thiosulfate | Sigma-Aldrich | 72049 | Chemical |
SpeedVac Vacuum Concentrators | ThermoFisher Scientific | SPD120-115 | Sample concentration (e.g., for mass spectrometry) |
T175 flasks for cell culture | ThermoFisher Scientific | 159910 | To grow 50 mL T. brucei culture |
Trypsin, Mass Spectrometry Grade | Promega | V5280 | Trypsin for protein digestion |
Urea | Sigma-Aldrich | U5128 | Denaturing reagent |
Vortex | Fisher Scientific | 02-215-418 | For mixing reactions |
Western blotting transfer buffer | Bio-Rad | 1610734 | 25 mM Tris, 192 mM glycine, pH 8.3 with 20% methanol |
Whatman 3 mm paper | Sigma-Aldrich | WHA3030861 | Paper for Wester transfer |
2-mercaptoethanol (14.2 M) | Bio-Rad | 1610710 | Reducing agent |
2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0737 | Protein loading buffer |
4–20% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 4561094 | Gel for protein electrophoresis |
4x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0747 | Protein loading buffer |
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