我们采用严谨的生化方法表征了一种新的激酶蛋白:利用特异性抗体在不同细胞系和组织中进行蛋白质印迹分析,通过共免疫沉淀实验检测其相互作用,通过蛋白质印迹结合磷酸化特异性抗体以及γ[32P] ATP标记法检测激酶活性。
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我们采用严谨的生化方法表征了一种新的激酶蛋白:利用特异性抗体在不同细胞系和组织中进行蛋白质印迹分析,通过共免疫沉淀实验检测其相互作用,通过蛋白质印迹结合磷酸化特异性抗体以及γ[32P] ATP标记法检测激酶活性。
大规模全基因组测序已鉴定出许多开放阅读框(ORFs),这些开放阅读框编码大量潜在蛋白质。这些蛋白质可能在细胞中发挥重要作用,并揭示新的细胞过程。在各类蛋白质中,激酶是关键的调控因子,因为它们参与细胞信号转导通路,能够开启或关闭对细胞命运至关重要的多种过程,例如细胞生长、分裂、分化、运动以及死亡。
在本研究中,我们关注一种新的潜在激酶蛋白LIMK2-1。我们通过使用特异性抗体的Western Blot实验验证了其存在。我们采用共免疫沉淀实验评估了该蛋白与上游调控蛋白之间的相互作用。共免疫沉淀是一种非常强大的技术,能够检测两种目标蛋白之间的相互作用,也可用于发现诱饵蛋白的新结合伙伴。诱饵蛋白可通过其序列中设计的标签或特异性靶向该蛋白的抗体进行纯化。随后,这些蛋白复合物可通过SDS-PAGE(十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳)分离,并利用质谱技术进行鉴定。我们还利用免疫沉淀获得的LIMK2-1,通过γ[32P] ATP标记法在体外检测其激酶活性。这一成熟的方法可使用多种不同底物,也可利用诱饵蛋白的突变体来评估特定残基的功能。由于该技术具有高度敏感性和定量性,还可用于评估药理学试剂的作用。然而,放射性物质的操作需要特别谨慎。此外,也可使用特异性识别修饰氨基酸上磷酸基团的抗体来检测激酶活性。但这类抗体并非对所有磷酸化修饰的残基都有商业化产品。
几十年来,人们已阐明了众多信号通路,并揭示了它们在细胞分裂、分化、运动、程序性细胞死亡、免疫和神经生物学等关键细胞过程中的作用。激酶在这些信号通路中发挥着重要作用,因为它们通常精细地调控通路的激活或失活,并参与响应外界刺激的瞬时多功能复合物1,2,3。激酶的突变和失调常导致人类疾病,因此在过去的四十年中,它们已成为最重要的药物靶点之一4。
在这一背景下,能够检测激酶与其上游调控因子或下游底物之间的相互作用,并鉴定新的相互作用伙伴,显得尤为重要。亲和纯化和免疫沉淀是分离蛋白质复合物的强有力技术5。诱饵蛋白或激酶可被标记上特定的肽序列,从而利用商品化的磁珠,这些磁珠共价偶联了针对该肽段的抗体。这种方法可显著提高实验的可重复性6,7,8。内源性蛋白也可通过直接靶向诱饵蛋白的抗体进行免疫沉淀。抗体可交联至蛋白A或蛋白G琼脂糖磁珠,或在加入裂解液前简单地与这些磁珠共同孵育。裂解缓冲液必须经过优化,以确保在不破坏蛋白相互作用的前提下实现蛋白的溶解,同时避免蛋白降解。该方法的一个主要缺点是相互作用是在细胞裂解后检测的,因此可能遗漏瞬时或较弱的相互作用,以及依赖于亚细胞环境的相互作用。其他可在细胞内直接开展的技术包括邻近连接实验(Proximity Ligation Assay, PLA)9、体内交联辅助亲和纯化(in vivo cross-linking-assisted affinity purification, XAP)10、生物发光共振能量转移(Bioluminescence Resonance Energy Transfer, BRET)或福斯特共振能量转移(Förster Resonance Energy Transfer, FRET)11,12。此外,免疫沉淀不适用于测定结合反应的热力学常数,此类参数需借助表面等离子体共振、等温滴定 calorimetry 或微尺度热泳等物理技术来完成13,14。
激酶活性可通过多种技术进行评估。本文重点介绍磷酸化位点特异性抗体和体外γ[32P] ATP(三磷酸腺苷)标记法。磷酸化位点特异性抗体可特异性识别蛋白质中特定氨基酸残基的磷酸化修饰,可用于细胞裂解后的Western Blot或ELISA(酶联免疫吸附测定)、免疫组织化学,以及通过流式细胞术或免疫荧光对完整细胞进行检测。这类抗体的局限性可能包括特异性不足,可通过使用靶蛋白的突变体进行验证,此外并非所有蛋白均有 commercially available 的特异性抗体。体外γ[32P] ATP标记法是一种非常稳健、成熟且高度敏感的方法15。该方法可使用免疫沉淀或重组蛋白,并可测试不同的底物,还可定量评估药物的作用效果。其主要缺点是该方法涉及放射性物质,需谨慎操作。其他替代方法基于荧光或化学发光肽底物的检测,利用磷酸化后荧光/发光性质的改变进行测定。此类方法同样可实现高通量检测,适用于例如筛选可能作为靶标激酶抑制剂的化合物。事实上,激酶是制药公司研发药物时最主要的目标蛋白类别之一16。
在本研究中,我们聚焦于 LIMK2-1 蛋白(LIMK2-1 代表 Lin11、Isle1、Mec3 激酶亚型 2-1)。LIMK2 激酶蛋白最早于 1995 年被报道17。通过选择性剪接可产生三种 LIMK2 亚型:LIMK2a、LIMK2b 和 LIMK2-1。目前,LIMK2-1 仅在一项研究中于 mRNA 水平被描述过18。本文中,我们采用严谨的生物化学方法,在分子水平上对这一潜在的新激酶蛋白进行了表征。首先,我们证实 LIMK2-1 确实能够被合成。与另外两种亚型 LIMK2a 和 LIMK2b 相似,LIMK2-1 也能与上游激酶 ROCK(Rho 相关蛋白激酶)发生相互作用。我们发现 LIMK2-1 能够对髓鞘碱性蛋白(Myelin Basic Protein, MBP)产生激酶活性,但不能作用于 cofilin——后者是 LIM 激酶的经典底物。
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1. 转染用细胞的制备
警告:细胞培养的所有步骤必须在专用实验室中进行,且细胞操作需在二级生物安全柜内完成。
2. 瞬时转染
3. 裂解
注意:操作需在冰上进行,并使用预冷的缓冲液,以防止蛋白质降解。
4. 免疫沉淀
5. 免疫共沉淀分析
6. 激酶活性检测
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LIMK2-1 蛋白的合成
数据库中提到了 LIMK2-1,但迄今为止仅有一篇论文证实了其 mRNA 的存在18。与另外两个同源蛋白 LIMK2a 和 LIMK2b 相比,LIMK2-1 多出一个位于 C 末端的结构域,该结构域被鉴定为蛋白磷酸酶 1 抑制结构域(PP1i)。我们设计了一种抗体,靶向该结构域中的一个肽段(氨基酸 671–684)(图 1A)。
针对人类蛋白质数据库进行的 BLAST 分析显示,仅有一种蛋白 PHI-1(蛋白磷酸酶全酶抑制因子 1)与该 12 个氨基酸序列具有较高的序列相似性。然而,PHI-1 在 SDS-PAGE 凝胶上的迁移分子量约为 23 kDa,远低于 LIMK2-1 预期的迁移位置(约 75 kDa),因此两者不应发生交叉干扰。我们首先在转染了 LIMK2-1、LIMK2a 或 LIMK2b 的 HEK-293 细胞中对该抗体进行了验证,结果显示抗 PP1i 抗体能够识别转染的...
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本文中,我们利用可靠的生化工具在分子水平上表征了一种新的蛋白质LIMK2-1,该蛋白质根据其序列及其同源蛋白LIMK2a和LIMK2b20,被认为是一种激酶。
首先,我们利用特异性抗体通过蛋白质印迹分析在蛋白质水平上证实了LIMK2-1的存在。随后,我们评估了其与上游激酶ROCK1的相互作用,ROCK1已知可调控LIMK2-1的同源蛋白LIMK2a和LIMK2b。最后,我们通过体外γ[32P] ATP标记实验以及使用特异性磷酸化抗体的细胞内蛋白质印迹法,评估了LIMK2-1潜在的激酶活性。
裂解缓冲液组成
在研究蛋白质并对其进行 Western Blot 分析时,需特别注意裂解缓冲液的组成。需要考虑多个参数:(i)去垢剂的类型和浓度21,以及(ii)蛋白酶抑制剂。
裂解缓冲液的组成必须根据目标蛋白进行调整,以促进其尽可能完全地...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由法国抗癌联盟(La Ligue contre le Cancer)、神经纤维瘤病与雷克林豪森协会(Association Neurofibromatoses et Recklinghausen)以及中央-卢瓦尔河谷大区(la Région Centre Val de Loire)资助。衷心感谢Aurélie Cosson和Déborah Casas提供的流式细胞术数据,以及Keyron Hickman-Lewis对稿件的细致校对。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗肌动蛋白抗体 | Sigma-Aldrich | A1978 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗c-Myc抗体 | Invitrogen | MA1-21316 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗cofilin抗体 | Cell signaling Technology | 3312/5175 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗GFP抗体 | Santa Cruz | sc-9996 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗HA抗体 | Roche Applied Science | 11687423001 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗磷酸化cofilin抗体 | Cell signaling Technology | 3313 | 用于蛋白质印迹 |
| 抗PP1i抗体 | Eurogentec | 本研究特异性设计 | 用于蛋白质印迹 |
| 抑肽酶 | Euromedex | A-162B | 用于裂解缓冲液 |
| ATP | Invitrogen | PV3227 | 用于γ[32P]标记 |
| γ[32P] ATP | Perkin Elmer | NEG502A | 用于γ[32P]标记 |
| BES缓冲盐溶液 | Sigma-Aldrich | 14280 | 用于转染 |
| β-甘油磷酸钠 | Sigma-Aldrich | G9422 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| β-巯基乙醇 | Sigma-Aldrich | M3148 | 用于Laemmli缓冲液 |
| 牛血清白蛋白 | Sigma-Aldrich | A3059 | 用于封闭缓冲液 |
| 溴酚蓝 | Sigma-Aldrich | B0126 | 用于Laemmli缓冲液 |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C3881 | 用于转染 |
| 离心机 | Sigma | 111-541 | |
| 胶原酶R | Pan Biotech | P06-20166 | 用于转染 |
| 对照siRNA | Ambion | AM4611 | 用于验证PP1i抗体特异性 |
| Coomassie PageBlue蛋白质染色液 | Thermo-Fisher | 24620 | 用于凝胶染色 |
| EDTA | Sigma-Aldrich | 3690 | 用于裂解缓冲液 |
| 电泳装置 | Biorad | Mini-Protean | 用于蛋白质印迹 |
| EZview Red抗HA亲和凝胶 | Sigma-Aldrich | E6779 | 用于免疫共沉淀 |
| GeneSys软件 | Ozyme | 用于蛋白质印迹图像采集 | |
| GeneTolls软件 | Ozyme | 用于蛋白质印迹定量分析 | |
| GFP-trap微珠 | Chromtek | 用于免疫共沉淀 | |
| 甘氨酸 | Euromedex | 26-128-6405 | 用于转膜缓冲液 |
| GST-cofilin | Upstate Cell signaling | 12-556 | 用于γ[32P]标记 |
| Hamilton 100 mL注射器 | Hamilton | 710 | 用于小心移除微珠上清液而不吸走微珠 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | 用于激酶缓冲液 |
| ImageQuant TL软件 | GE Healthcare | 用于放射性信号采集与定量 | |
| LIMK2 siRNA | Ambion | s8191 | 用于验证PP1i抗体特异性 |
| 亮抑蛋白酶肽 | Sigma-Aldrich | SP-04-2217 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| MBP | Upstate Cell signaling | 13-173 | 用于γ[32P]标记 |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | 用于激酶缓冲液 |
| MnCl2 | Sigma-Aldrich | 244589 | 用于激酶缓冲液 |
| NaCl | Euromedex | 1112 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| NaF | Sigma-Aldrich | S-1504 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| 冈田酸 | Euromedex | 0-2220 | 用于裂解缓冲液 |
| PMSF | Sigma-Aldrich | 78830 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| 对硝基苯磷酸盐 | Euromedex | 1026 | 用于裂解缓冲液 |
| PVDF膜 Immobillon-P | Merck-Millipore | IPVH00010 孔径 0.45 mm | 用于蛋白质印迹 |
| 旋转摇床 | Labinco | 用于微珠孵育 | |
| 安全锁Eppendorf管 | Eppendorf | 0030120.086 | 用于激酶活性检测 |
| SDS | Sigma-Aldrich | 5030 | 用于Laemmli缓冲液和电泳缓冲液 |
| 正钒酸钠 | LC Laboratories | S8507 | 用于裂解缓冲液和激酶缓冲液 |
| 焦磷酸钠 | Fluka | 71501 | 用于裂解缓冲液 |
| Super Signal West Dura | Protein Biology | 34075 | 用于蛋白质印迹 |
| Syngene Pxi | Ozyme | 用于蛋白质印迹 | |
| 组织提取物 | Biochain | P1234035 脑组织 P12345152 肺组织 P1234149 肝组织 P1234188 胰腺组织 P1234260 睾丸组织 | 用于蛋白质印迹分析 |
| 转膜装置 | Biorad | Mini-Trans-Blot | 用于蛋白质印迹 |
| Tris | Euromedex | 26-128-3094 B | 用于裂解缓冲液 |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P7949 | 用于封闭缓冲液 |
| Typhoon FLA9500 | GE Healthcare | 用于读取放射自显影图像 | |
| Typhoon Trio | Amersham Bioscience | 用于读取放射自显影图像 | |
| Whatman滤纸 | GE Healthcare | 3030-672 | 用于蛋白质印迹 |
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