Method Article
Protein phosphorylation is a central feature of how cells interpret and respond to information in their extracellular milieu. Here, we present a high throughput screening protocol using kinases purified from mammalian cells to rapidly identify kinases that phosphorylate a substrate(s) of interest.
Bu yeni sinyal transdüksiyon yollar aydınlatmak için kullanılabilir fosforile edilmiş alt tabakalar için özel bir insan protein kinazlar tespit için bir tarama platformu geliştirdik. Yaklaşımımız saflaştınldı GST-etiketli insan protein kinazların bir kütüphane ve ilgi konusu bir rekombinant protein alt-tabakanın kullanımı ile ilgilidir. Biz, CREB Düzenlenmiş kopyalayıcı ortak aktifleştirici 2 (CRTC2) bir glükoz ayarlı bir site için kinaz MAP / mikrotübül afinite düzenleyici kinaz 2 (MARK2) tanımlamak için bir beta hücre çoğalması için gerekli olan bir proteini, hem de bu teknolojiyi kullanmıştır tirozin Axl ailesi adaptör protein ELMO fosforilasyonu, hücre metastazı düzenleyicileri olarak kinazlar. Biz bu teknolojiyi tanımlamak ve hücrelerin çevresel uyaranlara tepki nasıl kapsamlı bir haritasını oluşturmak için nasıl yardımcı olabileceğini tartışmak.
Protein post-translasyonel modifikasyonlar (PTMS) hücre içi iletişim için gereklidir. Belki de en iyi incelenen PTMS hücre altı konumlanması, konformasyon ve kararlılık, biyokimyasal aktivitesi de dahil olmak üzere protein fonksiyonları, bir sayısız düzenleyen protein kinazlar tarafından katalize fosforilasyon vardır. Hedef proteinler üzerinde fosforilasyon tanımlanması triptik fosfopeptıt haritalaması ile fosforile peptidler 1,2 zenginleştirilmiş örnekler kullanılarak artık standart proteomik tekniklerle gerçekleştirilebilir. Ifade proteomun dörtte üçü 3 fosforile olması beklenen ve 1.000.000 6 kadar tahminleri ile 200,000 fosforilasyon siteleri 5 tespit edilir olsa da, bunların çoğu bir yol ya da protein kinazı sinyal, herhangi bir verilen biyoloji sahiptir.
Fosforile sitelerin tespiti nispeten büyük bir meydan okuma olduğunu, görece kolay olmasına karşınAlt tabaka çiftleri: bu siteleri hedefliyor soydaş kinaz (ler), biz haritalama kinaz olarak adlandırdığımız bir süreci tanımlamak. Alt tabaka çiftleri tarif edilmiştir, ya ilgi kinaz ile başlayan ve yüzeylerde arıyor veya ilgi bir alt tabaka ile başlayan ve bir modifiye kinaz deneysel 7-11 veya hesaplama 12 bulmaya çalışırken: kinaz tanımlamak için çeşitli yaklaşımlar. Bilinen bir fosforile edilmiş substrat için kinazlar tespit etmek için, alt-tabaka biyoinformatik ile çökeltilebilir kompleks oluşturmak kinazlar fosforilatlanmış bir tortu (konsensüs sitesi) yan, hem de tespit amino asitlerin kısa korunmuş dizisini içeren proteinleri tespit etmek için kullanılabilir. Bununla birlikte, bu yaklaşımlar, zaman alıcı ve genellikle başarı ile uymayan.
Biz hızla belirli bir alt tabaka 13 fosforile edebilir kinazlar belirlemek için sistematik bir işlevsel yaklaşım geliştirdi. Ekran tahlil mükemmel spesifik üretirPotansiyel soydaş kinazlar için çok net bir seçim ile Sığ. Biyolojik sinyalleşme fosforilasyon merkezi konumu göz önüne alındığında, ekran hemen hemen tüm hücre sinyal yollarının 14-16'da keşfi için yararlıdır. Ekran, insan protein kinazlann bir kütüphane ile geniş çaplı bir kinaz tahlili yerine getirilmesini kapsamaktadır. Kinazlar bakteriyel glutation S-transferaz (GST) proteini ile etiketlenmiş ve rekombinant enzimlerin, yani memeli hücre özütlerinden saflaştırıldı - bakterilerden hazırlanmış olan farklı - genellikle için gerekli yukarı akış protein kinazların varlığında oluşturulur Rekombinant enzimlerin in vitro aktiviteye sahip oldukları. Serin, treonin ve tirosin kinaz aktivitesi alt kinaz aktivasyonu için gereken Nitekim, maya 10 içinde mevcut olan, maya genomu 500 gen üzerinde 17 memeli kinome, için önemli ölçüde daha karmaşık hale gelmiştir belirten 122 protein kinazlan kodlar regulayüksek mertebeden organizmalara özgü süreçleri te. Ayrıca, hücre biyolojisi ve (örneğin, vb küçük moleküller, büyüme faktörleri, hormonlar, gibi), insan hastalığı ile ilgili çeşitli farklı uyarıcı etkisi, uygun bir çerçevede 14,15 modüle kinaz aktivitesi için kullanılabilir.
Reaktifler, Tabaklar ve Hücreleri 1. Hazırlık
2. Transfeksiyon
Not: Tüm protokolün bir akış şeması için Şekil 1'e bakınız.
3. GST-kinaz Düşürme
4. Koşu, Boyama ve Kurutma Jeller
Not: Tüm çalışmalar bir alan DESIGNA'da yapılmalıdırradyoaktivite ted.
5. XAR Filmleri Geliştirme
Bir ekranda Örnek sonuçlar Şekil 2'de gösterilmektedir. 180 kinazlar CRTC2 gibi klasik kinaz deneyi alt-tabaka miyelin bazik proteini (MBP) ile ilgili aa 268-283 tekabül eden bir GST-etiketli peptid alt-tabakası kullanılarak taranmıştır. Sadece iki kinazlar MARK2 ve yüksek ölçüde ilişkili kinaz MARK3 CRTC2 peptidi fosforile. Birçok fosforlaştınlabilen kalıntısı içerir ve jelin alt kısmına doğru, 18 kDa'da çalışan olarak MBP, tüm deneylerde bir iç kontrol olarak dahil edilir. Bu özgüllük bir yorumlanması için izin verir: Bazı kinaz sağlam bir alt tabaka ve MBP fosforile olur. Burada dikkat edilmesi böylece her zaman tahlilde arka fosforilasyonu, orada (hiçbir kinaz kontrolleri yani) yalnız GST içeren kuyu her zaman bazı endojen kinaz aktivitesini arındırmak olduğunu. Bu alt tabakanın fosforilasyonu gerçek olduğunu ekarte etmez iken, daha az seçici olabilir kinaz ayarı in vitro düşündürmektedir.Bu kinaz substrat özgüllüğü ilgili sonuçlara ulaşmak için MW farklı birden fazla alt tabakaları dahil özellikle bilgilendirici.
Şekil protokolünde önemli adımları gösteren 1. Akış Şeması. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Kitaplığı (180 insan protein kinazlar) Sürüm 1 bir ekranın Şekil ekranı sonucu 2. Örnek. Otoradyografileri (Jansson çoğaltılmıştır ve diğ., 2008), fare CRTC2 aa 268-283 tekabül GST peptit substratı kullanılarak yapılan. MBP, miyelin bazik proteini gösterilir. S yüksek derecedeİlgili kinazlar tarafından ubstrate seçim ekranına bir özelliğidir. Her şerit, ayrı bir kinaz deneyi reaksiyon ürünlerini temsil etmektedir. MARK3 (Jel 1) ve MARK2 (Jel 16), tek kinazlar TORC2 268-283 peptit fosforile için belirtilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yaklaşımı 14,15 tanımlayan özgün yayınlar bu yana, 180 GST-kinazlar orijinal kütüphanesi insan proteini kinome 420 üye, ya da ~% 80 genişletilmiştir. Genişletilmiş kütüphanesi ile, açıklanan protokol (gerekli görüldüğünde gibi) fosforlu ve dijital sinyal iyileştirme kullanılarak kısaltılmış olabilir, hangi filmleri geliştirmek için 4-5 gün sonra 1-4 gün sürer. Dikkat edilmesi gereken birkaç önemli adımlar (protokol bakış için Bkz: Şekil 1) vardır. İlk olarak, hücre için stoklar sağlığı (mikoplazma serbest, genişleme sırasında konfluansa ulaşmalarına imkan veren hiçbir ve her geçiş için tripsin ile muamele edilmiş) bir toplu genişletme aşamasında ve transfeksiyon zamanı 96 oyuklu plakalarda plakalandı. Transfeksiyon yer (Aşama 1.5) aldığı zaman hücreler eşit tohumlanır olabilir ve% 80 konfluent olmalıdır.
İkincisi, bu hacim transf en aza indirmek için bir otomatik sıvı dağıtıcı kullanmak için transfeksiyon sırasında idealdirer hataları, böylece kuyuların arasındaki varyasyon katsayısı ("cvs") sınırlayıcı. Azalan ölü hacimleri ve doğruluğu dağıtım artar küçük hacimli kaset sınırları reaktif kaybı ile dağıtıcı uydurma küçük hacimleri için. Sodyum pervanadate, bir tava tirosin fosfataz inhibitörü ile muamele aşaması, bir hedef kinazlann fosforilasyon durumunu geliştirmek için genel bir uyarıcı olarak kullanılır. Bu aşamada kalsiyum eklenmesi nedeniyle uzun süreli pervanadate tedavi ile ortaya yuvarlama hücre kaybını önleyerek, hücre-matriks yapışmasını arttırır. Bu adım 10 dakikalık inkübasyon süresi ödün vermeden yapılmalıdır.
Tüm kullanılabilecek 120 kDa gibi büyük peptidler, protein alanları, ya da sağlam proteinler: Üçüncü, kinaz deneyi kendisi için birkaç rekombinant substrat seçerken dikkat edilmesi gereken noktalar vardır. Belirli bir fosforilleme alanı biliniyorsa, bir peptit substratı en düz İleri bir yaklaşım olmakla birlikte, tespit etmek için yeterince büyük olması gerekirBir SDS-PAGE jeli üzerinde. Bu durumda, alt-tabakalar peptid> 25 bir MW elde bakterilerden GST'ye birleştirilmiş ve saflaştırılabilir. Büyük proteinler büyük olasılıkla katlanmış ve bunlar hücrede olmak, ama onlar fosforile olması ve deneyde sinyal verebilir ek kalıntılarını içerecektir dezavantaj ile geleceğini onların phosphorylatable kalıntıları ortaya avantajı var. Bizim tercih Bu iki ekrandan aday kinazların doğrulama işler gibi, in vivo olarak fosforile olduğu bilinen ve biyolojik etkinlik düzenleyen bilinen bir çökeltisini çevreleyen 15-20 amino asitten oluşan bir peptit substratı kullanılarak bir ekran çalıştırmaktır in vitro ve in vivo olarak daha hızlı.
Son protein yaklaşımları ideal miktarı ve oyuk başına 1 ug aştığı; Elbette bu substratın MW ile değişir. Kuyu başına daha az protein anlamlı hit verebilir, ancak bu sinyali arttıkça kuralın uygulandığı 'daha iyidir': noise. Degrade jeller kurutma sırasında çok sık çatlak gibi standart olmayan gradyan jeller tavsiye edilir. Jeller kurutulduktan sonra bir Geiger sayacı ile arka plan üzerinde, bir radyoaktif sinyalin tarama deneyinde başarı mükemmel bir göstergesini verir.
Ekran, in vitro olarak ve karmaşıklık ilave seviyeleri, in vivo olarak mevcut olduğu gibi, belirli bir alt-tabaka için bir aday kinaz (ler) hücrelerinde doğrulanması gerekir. Spesifik olarak, ekran ama aynı hücre tipinde ya da alt-tabaka ile aynı hücre altı bölme ifade edilmez, in vitro olarak alt-tabakanın fosforile biyokimyasal kapasiteye sahip bir aile üyesi, tespit edebilir. MARK2 ve MARK3 iki isabet Ser275 ilgili CRTC2 fosforile olabilir kinaz için olan bir şablon ile ise, örneğin, sadece MARK2 hücreleri 14 alt-tabaka ile bir kompleks oluşturulur. Aday kinazın fizyolojik önemi teyit etmek için kullanılabilecek ek bir dizi deney aşağıda verilmiştir. Köknarst aday kinaz birlikte sentezlenmesiyle, aşağıdaki SDS-PAGE üzerinde alt-tabakanın hareket kaymaları bir onay kontrol olarak da kullanılabilir. Uygun kontroller katalitik inaktif kinaz gibi kotransfeksiyon özgüllüğünü teyit edebilirsiniz. İkinci olarak, alt-tabaka, bir katalitik olarak aktif olmayan kinaz vahşi tipli mevcudiyetinde alt-tabaka içine fosfat katılmasını teyit etmek için 32 P-ortofosfat ile inkübe olup edilmiştir ile hücre özütlerinden imüno edilebilir. Üçüncü olarak, bir fosfospesifık antikor, phosphoacceptor sekansına karşı oluşturulan (biliniyorsa) ve kinaz aşırı eksprese edildiği zaman alt-tabaka fosforilasyon bir artış teyit etmek için kullanılabilir. Hedef bölgede olmayan bir phosphorylatable tortu taşıyan mutant bir substrat kullanılarak ikinci bir ekran öncesinde phosphoantibody, daha büyük bir etki ve tam boyda bir protein alt-tabakalar ile, özellikle önemli bir kontrol nesil özgünlüğünü teyit edebilir. Farmakolojik inhibisyonu candi inhibe etmek için yaklaşımlarTarih kinaz da kullanılabilir, ancak dikkatli ilgili kinazlann inhibisyonu olarak icra gereken bir underappreciated gerçektir. Son yapılabilir hücreleri aday kinaz (ler) in susturulması izlenen ve batı lekeleme fosfospesifık bir antikor ile hedef site fosforilasyon kaybı izlemek için RNAi aracılı.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma NSERC hibe tarafından desteklenmiştir 386634. Biz yararlı tartışmalar için Screaton Lab üyelerine teşekkür etmek istiyorum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Lysis buffer | Made in house | See Protocol step 1.1 | |
10x kinase buffer | Made in house | See Protocol step 1.2 | |
10x M-ATP | Made in house | See Protocol step 1.3 | |
Human kinase plasmids | Orfeome, Invitrogen, Origene | GST-tagged in house | |
96 well plates | Fisher Scientific | CS003595 | |
293T cells | ATCC | CRL-11268 | |
DMEM | Fisher Scientific | SH3002201 | supplement with 100 U/ml penicillin, 100 μg/ml streptomycin, 10% fetal calf serum. |
CO2 incubator | Sanyo | MCO-17AIC | |
15 cm cell culture dishes | Fisher Scientific | 877224 | |
Reduced serum medium | Invitrogen | 22600-050 | |
Lipid-based transfection reagent | Invitrogen | 11668-019 | |
Automated liquid dispenser | Thermo Scientific | 5840300 | |
Small cassette attachment | Thermo Scientific | 24073295 | |
Standard cassette attachment | Thermo Scientific | 14072670 | |
4 mM pervanadate | Made in house | See Protocol step 3.1 | |
0.25 M CaCl2 | Made in house | ||
Multichannel pipette (20-200 μl) | Labnet | p4812-200 | |
Multichannel pipette (1-10 μl) | Thermo Scientific | 4661040 | |
V-bottom 6-well plates | Evergreen Scientific | 290-8116-01V | |
Glutathione coated 96-well plates | Fisher Scientific | PI-15240 | |
Hybridization oven | Biostad | 350355 | |
GST tagged substrate | Made in house | ||
Myelin Basic Protein (MBP) | Sigma | M1891 | |
Repeater pipette (1 ml) | Eppendorf | 22266209 | |
32P gamma-ATP | Perkin Elmer | BLU502Z500UC | |
2x SDS lysis buffer (100 ml) | Made in house | See Protocol step 1.4 | |
26-well precast TGX gels | BioRad | 567-1045 | gel percentage required is dependent on the molecular weight of the substrate of interest |
Coomassie stain | Made in house | 0.1% Coomassie R250, 10% acetic acid, 40% methanol | |
Coomassie destain | Made in house | 10% acetic acid, 20% methanol | |
Labeled gel containers | Made in house | Used plastic lids from empty tip boxes, just big enough to contain one gel | |
Whatman filter paper | Fisher Scientific | 57144 | |
Cellophane sheets (2) | BioRad | 165-0963 | |
Gel dryer | Labconco | 4330150 | |
Double emulsion autoradiography film | VWR | IB1651454 | |
Film cassette | Fisher Scientific | FBAC-1417 | |
Intensifying screen | Fisher Scientific | FBIS-1417 | |
Plate sealing rubber roller | Sigma | R1275 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır