التحليلات الكيميائية الحيوية والهيكلية للبروتينات الغليكوزيلاتي تتطلب كميات كبيرة نسبيا من عينات متجانسة. وهنا نقدم طريقة كيميائية فعالة جليكوسيليشن الخاصة بالموقع من البروتينات المؤتلف تنقيته من البكتيريا باستهداف رد الفعل Cys ثيولس.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
التحليلات الكيميائية الحيوية والهيكلية للبروتينات الغليكوزيلاتي تتطلب كميات كبيرة نسبيا من عينات متجانسة. وهنا نقدم طريقة كيميائية فعالة جليكوسيليشن الخاصة بالموقع من البروتينات المؤتلف تنقيته من البكتيريا باستهداف رد الفعل Cys ثيولس.
تفاعل stromal جزيء-1 (STIM1) نوع--أنا transmembrane البروتين الموجود على هيولى (ER) وأغشية البلازما (بعد الظهر). STIM1 ER-المقيم ينظم نشاط قنوات Orai1 م في عملية تعرف باسم مخزن الإدخال تعمل الكالسيوم (Ca2 +) الذي هو الرئيسي Ca2 + مما يشير إلى العملية التي تقود الاستجابة المناعية. يخضع STIM1 نبوستترانسلاشونال-جليكوسيليشن في موقعين Asn لومينال ضمن Ca2 + الاستشعار عن المجال للجزيء. ومع ذلك، الكيمياء الحيوية، الفيزياء الحيوية، والآثار البيولوجية هيكل من N-الغليكوزيلاتي STIM1 كانت غير مفهومة حتى مؤخرا بسبب عدم القدرة على سهولة الحصول على مستويات عالية من البروتين-الغليكوزيلاتي نمتجانسة. وهنا يصف لنا التنفيذ في المختبر الكيميائي النهج الذي تولي مويتيس الجلوكوز لمواقع البروتين محددة تنطبق على فهم آثار N-جليكوسيليشن الكامنة في بنية البروتين وآلية. استخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي الحل نقوم بتقييم كفاءة كلا من التعديل، فضلا عن عواقب الهيكلي المرفق الجلوكوز مع عينة واحدة. هذا النهج يمكن تكييفها مع سهولة لدراسة البروتينات الغليكوزيلاتي العديدة الموجودة في الطبيعة.
تخزين الكالسيوم تعمل (Ca2 +) إدخال (سوسي) هو الطريق الرئيسية التي تأخذ الخلايا المناعية يصل Ca2 + من الفضاء خارج الخلية إلى سيتوسول. في الخلايا اللمفية تي، ربط مستقبلات خلية تي يقع في غشاء البلازما (م) مولدات المضادات التي تنشيط بروتين تيروزين مؤنزم (استعرض في 1،،من23). سلسلة الفسفرة يؤدي إلى تنشيط phospholipase-γ (PLCγ) الذي يتوسط التحلل المائي لغشاء فوسفاتيديلينوسيتول 4، 5-بيسفوسفاتي (المرحلة2) فيما بعد إلى دياسيلجليسيرول واينوزيتول 1,4,5-تريسفوسفاتي (IP3 ). الملكية الفكرية3 هو رسول ديفوسيبلي صغيرة التي تلزم للملكية الفكرية3 مستقبلات (IP3R) في هيولى (ER) مما فتح هذه القناة مستقبلات وسمحت Ca2 + تدفق أسفل التدرج تركيز لائحة التجويف إلى سيتوسول (استعرض في 4). مستقبلات الإشارات من البروتين ز إلى جانب وتيروزين كيناز مستقبلات في مجموعة متنوعة من الرصاص أنواع منفعل وغير منفعل خلية أخرى لإنتاج نفس IP3 والتنشيط للملكية الفكرية3روبية.
سبب المحدودة Ca2 + السعة التخزينية للائحة، الملكية الفكرية3-الإفراج عن الوساطة والزيادة الناتجة في كاليفورنيا سيتوسوليك2 + فقط عابر؛ ومع ذلك، آثار هذا استنفاد ER لومينال Ca2 + عميقا نوع التفاعل stromal جزيء-1 (STIM1)،--أنا ترانسميمبراني (TM) العثور على البروتين معظمها على غشاء ER 5،،من67. STIM1 يحتوي على المنحى التجويف Ca2 + الاستشعار عن مجال تتكون من زوج EF-اليد والعقيمة α-عزر (أفسام). يتم فصل ثلاثة مجالات لفائف ملفوف المنحى سيتوسوليك من أفسام بالمجال TM واحد (في 8استعراض). عند ER Ca2 + نضوب لومينال، يخضع أفسام9 7،أوليجوميريزاتيون إلى جانب زعزعة الاستقرار التي تسبب ترتيبات هيكلية جديدة من الخرائط المواضيعية والمجالات لفائف ملفوف 10. تتوج هذه التغييرات الهيكلية في تعويض STIM1 في ER-م تقاطعات 11،12،،من1314 من خلال التفاعلات مع فوسفوينوسيتيديس الساعة 15، 16 و Orai1 مفارز 17،18. Orai1 البروتينات هي مفارز م فيها تجميع للنموذج Ca2 + قنوات 19،20،،من2122. تسهيل التفاعلات STIM1-Orai1 في تقاطعات ER-م فتح Ca2 + الإفراج عن تنشيط Ca2 + (قلعة) قناة المطابقة التي تمكن الحركة من Ca2 + في سيتوسول من تركيزات عالية الفضاء خارج الخلية. في الخلايا المناعية، حمل سيتوسوليك المطرد Ca2 + المرتفعات عبر قنوات قلعة Ca2 +-كالمودولين/calcineurin تعتمد ديفوسفوريليشن للعامل النووي من خلايا تي المنشط الذي يدخل بعد ذلك النواة و يبدأ تنظيم النسخي الجينات تعزيز تي خلية التنشيط 1،3. ما يسمى عملية التنشيط قناة قلعة STIM1 23،24 عن طريق فعل مؤثر ER لومينال Ca2 + نضوب والناتجة عن المطرد سيتوسوليك Ca2 + الارتفاع جماعي سوسي 25. يتضح الدور الحيوي الذي تؤديه سوسي في خلايا تي بدراسات تثبت أن الطفرات الموروثة في كل من STIM1 و Orai1 يمكن أن تسبب نقص المناعة المشتركة الشديد المتلازمات 3،،من1926، 27-يبدأ أفسام سوسي بعد الاستشعار ER لومينال Ca2 + استنفاد عبر فقدان Ca2 + التنسيق على يد EF الكنسي، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى رابطة الذاتي إلى جانب زعزعة الاستقرار 7، 28،29.
جليكوسيلاتيون هو مرفق التساهمية وتجهيز الهياكل oligosaccharide، ويعرف أيضا باسم جليكانس، من خلال مختلف الخطوات السكروز في ER وغولجي (استعرض في 30،،من3233). هناك نوعين الغالب من جليكوسيلاتيون في حقيقيات النوى: N-مرتبط و يا-مرتبطة، اعتماداً على الأحماض الأمينية المحددة وذرة سد الربط. ترفق أميد سلسلة جانبية من Asn في N-جليكوسيليشن، جليكانس، وفي معظم الحالات، يحدث خطوة البدء لائحة ببتيد سلسلة التحركات في التجويف 34. وتتمثل الخطوة الأولى من N-جليكوسيليشن نقل بنية أساسية أربعة عشر-السكر تتكون من الجلوكوز (الأخضر)، ويطلق (رجل) و نون-أسيتيلجلوكوساميني (جلكناك) (أي الأخضر3رجل9جلكناك2) من ER غشاء الدهن 35،أوليجوساكتشاريلترانسفيراسي36. مزيد من الخطوات، مثل الانقسام أو نقل مخلفات السكر، التي تحفزها لائحة محددة جليكوسيداسيس وجليكوسيلترانسفيراسيس. يمكن أن تكون بعض البروتينات التي تترك لائحة وأن تنتقل غولجي كذلك المجهزة 37. س-جليكوسيلاتيون يشير إلى إضافة جليكانس، عادة إلى مجموعة الهيدروكسيل سلسلة الجانب بقايا سر أو منتدى المجالس الرومانسية، ويحدث هذا التعديل تماما في 33،مجمع غولجي34. وهناك العديد من الهياكل-جليكان سالتي يمكن أن تتكون من N-أسيتيلجلوكوساميني، فوكوسي، واللبن، وإضافة حمض اللعابي مع كل أحادي التسلسل 33.
في حين تم التعرف على لا تسلسل معين كشرط أساسي لأنواع عديدة من س-جليكوسيلاتيون، ارتبط تسلسل آراء مشتركة N-يرتبط التعديل: Asn-X-Ser/الثريونين/Cys، حيث X يمكن أن يكون أي من الأحماض الأمينية ما عدا المحترفين 33. أفسام STIM1 يحتوي على اثنين من هذه المواقع-glycosylation توافق N: Asn131-Trp132-Thr133 و Asn171-Thr172-Thr173. وفي الواقع، أظهرت الدراسات السابقة أن أفسام ن-الغليكوزيلاتي في خلايا الثدييات في Asn131 و Asn171 38،39،،من4041. بيد أن الدراسات السابقة المترتبة على N-جليكوسيليشن على سوسي كانت تتعارض، مما يوحي بقمعها، بوتينتياتيد أو أي تأثير من هذا التعديل بوستترانسلاشونال في، سوسي التنشيط 38= "xref" >40،،3941. وهكذا، البحوث المتعلقة بآثار أفسام N-جليكوسيليشن الفيزيائية-الحيوية والكيمياء الحيوية والهيكلية الكامنة وراء أمر حيوي لفهم الآثار التنظيمية لهذا التعديل. بسبب الحاجة إلى مستويات عالية من البروتينات متجانسة في هذه التجارب في المختبر ، تم تطبيق نهج موقع انتقائي لإرفاق الجلوكوز مويتيس أفسام تساهمي. من المثير للاهتمام، جليكوسيليشن Asn131 و Asn171 بسبب التغييرات الهيكلية التي تتقارب داخل نواة أفسام وتحسين الخصائص الفيزيائية-الحيوية التي تنهض بوساطة STIM1 سوسي 42.
ملحق الكيميائية من جماعات glycosyl ثيولس Cys كانت راسخة بعمل المنوي التي أثبتت فائدة هذا النهج خال من إنزيم لفهم آثار خاصة بالموقع جليكوسيلاتيون على وظيفة البروتين 43 أولاً , 44-في الآونة الأخيرة، وفيما يتعلق STIM1، كانت تحور بقايا Asn131 و Asn171 إلى Cys و glucose-5-(methanethiosulfonate) [glucose-5-(MTS)] وكان يستخدم لربط تساهمي الجلوكوز ثيولس الحرة 42. وهنا، يمكننا وصف هذا النهج الذي لا يستخدم الطفرات لإدراج موقع بقايا Cys محددة لتعديل فحسب، بل ينطبق أيضا على حل مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) لسرعة تقييم كفاءة التعديل والهيكلية الاضطرابات نتيجة جليكوسيليشن. جدير بالذكر أن هذه المنهجية العامة يمكن تكييفها بسهولة دراسة آثار أما O-أو N-جليكوسيليشن أي ريكومبينانتلي إنتاج البروتين.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1-تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)-وساطة الطفرات موقع الموجه لإدماج Cys في ناقل تعبير بكتيرية الحيوانات الأليفة-28 ألف-
2. الزي 15 تعبير البروتين المسمى ن في BL21 ΔE3 الإشريكيّة القولونية.
ملاحظة: البروتينات المؤتلف مختلفة تتطلب شروط التعبير المختلفة. ما يلي هو الإجراء الأمثل للتعبير عن البروتين البشري أفسام STIM1-
تحويل ناقلات التعبير إيواء الطفرات Cys (أي الحيوانات الأليفة-28 ألف-أفسام) في ΔE3 BL21 كودون (+) الحرارة صدمة الخلايا المختصة3. تنقية البروتين المؤتلف من كولاي.
ملاحظة: البروتينات المؤتلف مختلفة تتطلب إجراءات تنقية متميزة. التالي هو بروتوكول ل 6 آند #215; تنقية أفسام صاحب معلم من الهيئات إدراج أعرب من بناء الحيوانات الأليفة-28 ألف-
4. مرفق الكيميائية الجلوكوز-5-MTS للبروتين بالغسيل الكلوي.
حل الأسهم5. تقييم الحل الرنين المغناطيسي لتعديل تعديل تعديلالاضطرابات الهيكلية والكفاءة إيكاتيون.
بروتين
، حيث M هو كثافة أميد في الطيف تعديل Cys و R هو كثافة أميد في الطيف Cys خفضت. وبدلاً من ذلك، تقييم كفاءة يعني على مدى عدة قمم أميد:
، حيث الكفاءة i هو كفاءة مصممة بشكل منفصل المحسوبة لكل منها بقايا، الأول، و n هو العدد الإجمالي للمخلفات المستخدمة في الحساب.
، حيث ΔH هو تغيير جزء من المليون في البعد بروتون و ΔN هو التغيير جزء في المليون في البعد النيتروجين.الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الخطوة الأولى من هذا النهج يتطلب الطفرات مخلفات glycosylation المرشح لبقايا Cys التي يمكن أن تكون قابلة للتعديل باستخدام أفسام الجلوكوز-5-mts. قد لا توجد بقايا Cys الذاتية، حيث لا توجد اعتبارات خاصة بحاجة إلى بذل قبل الطفرات. بيد يجب أن تحور أصلي Cys بقايا لبقايا غير قابلة للتعديل قبل إجراء العملية في الكيمياء وصف. إلى الحد الأدنى تأثير البنية الأصلية، فإننا نقترح القيام محاذاة تسلسل عالمي من بروتين الفائدة وتحديد والبقايا الأخرى العثور على معظم الأحيان Cys الذاتية في المواقف. الطفرة Cys ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
جليكوسيليشن البروتين تعديل بوستترانسلاشونال حيث تساهمي المرفقة السكريات البروتينية أساسا عن طريق الروابط إلى سلاسل الحمض الأميني الجانبية. ما يصل إلى 50% بروتينات الثدييات هي الغليكوزيلاتي 54، حيث أن البروتينات الغليكوزيلاتي فيما بعد يمكن أن يكون مجموعة متنوعة من التأثيرات من تغيير الجزيئية البيولوجية ملزمة تقارب، التأثير على البروتين قابلة للطي، وتغيير نشاط القناة، واستهداف الجزيئات للتدهور والخلوية الاتجار، والحصر (استعرض في33). يتضح الدور الهام ل glycosylation في فسيولوج...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أيد هذا البحث العلوم الطبيعية ومجلس البحوث الكندي الهندسية (05239 إلى P.B.S.)، والمؤسسة الكندية لصندوق بحوث الابتكار/أونتاريو (إلى P.B.S.)، ومؤسسة محاربة البروستات سرطان-ركوب تيلوس لأبي (ل P.B.S.) واونتاريو الحصول على منحة الدراسات العليا (ل Y.J.C. ونوفاسكوتيا).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| يستخدم Phusion DNA Polymerase | Thermo Fisher Scientific | F530S | في الخطوة 1.3. |
| Generuler 1kb DNA سلم | Thermo Fisher Scientific | FERSM1163 | الاستخدام في الخطوة 1.6. |
| إنزيم تقييد DpnI | نيو إنجلاند بيولابز ، إنك. | R0176 | الاستخدام في الخطوة 1.8. |
| Presto Mini Plasmid Kit | GeneAid، Inc. | PDH300 | استخدم في الخطوة 1.16. |
| BL21 DE3 كودون (+) الإشريكية القولونية | Agilent Technologies، Inc. | 230280 | الاستخدام في الخطوة 2.1. |
| DH5a الإشريكية القولونية | Invitrogen، Inc. | 18265017 | استخدم في الخطوة 1.9. |
| 0.22 مم فلتر حقنة | Millipore، Inc. | SLGV033RS | استخدم في الخطوة 2.3. |
| HisPur Ni2 + < / sup>-NTA راتنج الاغاروز | الحراري فيشر العلمي | 88221 | استخدم في الخطوة 3.3. |
| 3,500 Da MWCO أنابيب غسيل الكلى | BioDesign، Inc. | D306 | يستعمل في الخطوة 3.8 و 3.16 و 4.2 و 4.5 و 4.6. |
| الثرومبين | بيوفارم البقرية ، Inc. | SKU91-055 | استخدم في الخطوة 3.9. |
| 5 مل HiTrap Q FF Anion Exchange Column | GE Healthcare، Inc. | 17-5156-01 | الاستخدام في الخطوة 3.11. |
| الجلوكوز -5-MTS | تورونتو للأبحاث الكيميائية ، وشركة | G441000 | استخدم في الخطوة 4.1. |
| Vivaspin 20 مكثفات الطرد المركزي فائقة الترشيح | Sartorius، Inc. | يستخدم VS2001 | في الخطوة 3.11 و4.2 و4.5 و4.6. |
| PageRuler سلم البروتين العريض غير الملوثة | Thermo Fisher Scientific | 26630 | استخدم في الخطوات 3.7 و 3.10 و 3.15 |
| HiTrap Q FF Anion Exchange Column | GE Healthcare، Inc. | 17-5053-01 | الاستخدام في الخطوة 3.12. |
| نظام الكروماتروغرافيا السائلة للبروتين السريع النقي AKTA | GE Healthcare، Inc. | 29018224 | استخدم في الخطوة 3.14. |
| 600 ميغاهيرتز فاريان إينوفا مطياف الرنين المغناطيسي | النووي Agilent Technologies، Inc. | استخدم في الخطوتين 5.2 و 5.5. |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.