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方法文章

基于TurboID的邻近标记法用于植物体内蛋白质-蛋白质相互作用网络的鉴定

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DOI:

10.3791/60728

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2020年5月17日

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* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文介绍了一种用于鉴定Nicotiana benthamiana叶片组织中NLR免疫受体TIR结构域相互作用蛋白的邻近标记方法。同时提供了一份详细方案,可用于在Nicotiana及其他植物物种中利用该技术鉴定其他目标蛋白之间的相互作用。

摘要

利用工程化抗坏血酸过氧化物酶(APEX)的邻近标记(PL)技术 大肠杆菌 生物素连接酶BirA(即BioID)已成功用于鉴定哺乳动物细胞中的蛋白质-蛋白质相互作用(PPIs)。然而,该方法对有毒的过氧化氢(H₂O₂)的依赖带来了使用上的限制。2O2) 在基于 APEX 的邻近标记(PL)中,需要较长的生物素孵育时间(16–24 小时),而在基于 BioID 的邻近标记中,需要较高的孵育温度(37 °C),这些因素严重限制了它们在植物中的应用。最近报道的基于 TurboID 的邻近标记克服了 BioID 和 APEX 的诸多局限性。TurboID 能够在仅 10 分钟内快速实现蛋白质的邻近标记 在室温(RT)条件下进行。尽管TurboID在动物模型中的应用已得到证实,但我们最近的研究表明,在植物中,与BioID相比,基于TurboID的邻近标记(PL)在标记目标蛋白邻近蛋白方面表现更优。本文提供了一种以核苷酸结合富亮氨酸重复蛋白(NLR)家族N端Toll/白细胞介素-1受体(TIR)结构域为模型,用于鉴定蛋白质互作伙伴的分步实验方案。该方法包括载体构建、农杆菌浸润表达蛋白载体、生物素处理、蛋白质提取与脱盐、定量,以及通过亲和纯化富集生物素化蛋白。本文所述方案可轻松适用于研究植物中其他目标蛋白 烟草属 及其他植物物种。

引言

蛋白质相互作用(PPI)是多种细胞过程的基础。传统的蛋白质相互作用鉴定方法包括酵母双杂交(Y2H)筛选以及免疫共沉淀结合质谱分析(IP-MS)1。然而,这两种方法均存在一些局限性。例如,Y2H筛选依赖于目标植物或动物物种的Y2H文库是否可获得,而构建此类文库耗时且成本高昂。此外,Y2H实验是在异源的单细胞真核生物酵母中进行的,可能无法真实反映高等真核细胞的细胞内状态。

相比之下,免疫共沉淀-质谱联用技术(IP-MS)在捕获瞬时或弱相互作用的蛋白质-蛋白质相互作用(PPIs)方面效率较低,且不适用于丰度低或高度疏水的蛋白质。许多参与植物信号通路的重要蛋白质,例如类受体激酶(RLKs)或NLR免疫受体家族,通常表达水平较低,并常与其他蛋白质发生瞬时相互作用。因此,这极大地限制了对这些蛋白质调控机制的理解。

近年来,基于工程化抗坏血酸过氧化物酶(APEX)及突变体的邻近标记(PL)方法 大肠杆菌 生物素连接酶 BirAR118G (称为 BioID)已被开发并用于蛋白质相互作用(PPIs)的研究2,3,4PL 的原理是将目标蛋白与一种酶融合,该酶可催化生成....

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方案

注意:方法的概述见图1。

1. 植物材料准备

  1. 将N. benthamiana种子高密度种植于湿润土壤中,并在气候培养箱中培养,光照周期为16小时光照(约75 μmol/m2s)和8小时黑暗,温度保持在23–25 °C。
  2. 约1周后,将每株幼苗小心移栽至4' x 4'的花盆中,并继续将幼苗置于同一培养箱中培养。
  3. 在培养箱中继续培养植株约4周,直至植株生长至4–8片叶阶段,用于后续的农杆菌浸润实验15。

2. TurboID 融合蛋白的构建

  1. 使用标准的分子克隆技术,将目标蛋白与 TurboID 融合(通过 Addgene 质粒 #107177 中的 PCR 扩增获得 TurboID)。在此实验中,我们选用 NLR 免疫受体的 N 端 TIR 结构域作为目标蛋白,并构建了在花椰菜花叶病毒 35S 启动子(p35S::TIR-TurboID)驱动下的 TIR-TurboID 融合蛋白。
    注意:TurboID 酶与目标蛋白的羧基末端或氨基末端融合,取决于具体的目标蛋白。通常情况下,对于细胞质蛋白,只要 TurboID 融合不影响目标蛋白的功能,两个....

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结果

代表性数据基于所述实验方案的预期结果,改编自Zhang等人的研究11。图1总结了在N. benthamiana中进行基于TurboID的邻近标记(PL)的操作流程。图2展示了在侵染的N. benthamiana叶片中目标蛋白的表达及生物素标记情况。图3显示,侵染叶片中生物素标记的蛋白质能够被高效富集,用于后续质谱分析。需要注意的是,在使用链霉亲和素-C1偶联磁珠富集生物素化蛋白后,捕获到了不同分子量大小的多种蛋白质,对富集产物进行Western印迹分析时观察到弥散条带(图3)。这一现象在近期发表的多项研究中均有报道6,7,13

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讨论

TurboID生物素连接酶是通过基于酵母展示系统的定向进化技术对BioID10改造而获得的。与其他邻近标记(PL)酶相比,TurboID具有多种优势。TurboID使得邻近标记技术可应用于其他模式生物系统,包括最适生长温度约为25 °C的果蝇和线虫10。尽管邻近标记技术已在动物系统中被广泛使用,但其在植物中的应用仍较为有限。本文所述方案提供了在模式植物弯孢状烟草(N. benthamiana)中建立基于TurboID的邻近标记技术的逐步操作流程,该植物已被广泛用于植物-病原体互作研究。本方案涵盖了叶片样品制备、游离生物素的去除、提取蛋白的定量以及生物素化蛋白的富集等步骤。

尽管动物细胞培养系统中的游离生物素可通过PBS缓冲液洗涤细胞而基本去除4,但叶片组织中的游离生物素无法通过简单的洗涤清除。最近一项研究表明,游离生物素会严重影响后续生物素化蛋白的富集效果11。在本实验方案中.......

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披露

作者无任何披露信息。

致谢

本工作得到了国家转基因科学与技术计划(2019ZX08010-003,授予Y.Z.)、国家自然科学基金(31872637,授予Y.Z.)、中央高校基本科研业务费专项资金(2019TC028,授予Y.Z.)以及NSF-IOS-1354434、NSF-IOS-1339185和NIH-GM132582-01(授予S.P.D.K.)的资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
721 分光光度计Metash,中国制造Q/SXFZ6对于 OD600 测量
碳酸氢铵SigmaA6141-500G
生物素SigmaB4639-1G50 mM 储存液
离心Eppendorf离心机 5702
离心EppendorfCentrifuge 5417R
cOmplete蛋白酶抑制剂混合物罗氏11697489001
脱氧胆酸SigmaD2510-100G
DL-二硫苏糖醇(DTT)VWR生命科学0281-25G
Dynabeads MyOne Streptavidin C1Invitrogen65001用于亲和纯化
EDTASigmaE6758-500G
ELISA 板康宁Costar 3590
HEPESSigmaH3375-1KG
盐酸(HCl)Fisher ScientificA144S-212
Immobilon-P PVDF 膜MilliporeIPVH00010用于蛋白质印迹分析
8 M 氯化锂溶液(LiCl)SigmaL7026-500ML
低速冷冻离心机Zonkia,中国制造KDC-2046用于脱盐
氯化镁六水合物(MgCl₂·6H₂O)2·6H2OSigmaM9272-500G
磁力架Invitrogen123.21D用于珠子吸附
Multiskan FC 微孔板光度计赛默飞世尔科技N07710对于OD595 测量
NP-40(IGEPAL CA-630)SigmaI8896-100ML
抗HA大鼠单克隆抗体罗氏11867423001
旋转混匀仪Kylin-Bell 实验室仪器WH-986用于免疫沉淀
震荡培养箱实验室,中国制造ZQPZ-228
氯化钠(NaCl)Fisher ScientificS271-3
脱氧胆酸钠SigmaD2510-100G
十二烷基硫酸钠(SDS)SigmaL4390-1KG
链霉亲和素-辣根过氧化物酶Abcamab7403
Triton X-100Fisher ScientificBP151-100
Trizma 碱SigmaT1503-1KG
涡旋科学工业公司G-560E
水套式培养箱中国产的蓝豹GHP-9080对于 农杆菌 孵育
Zeba 脱盐柱赛默飞世尔科技89893用于去除生物素

参考文献

  1. Berggård, T., Linse, S., James, P. Methods for the detection and analysis of protein-protein interactions. Proteomics. 7 (16), 2833-2842 (2007).
  2. Kim, D. I., Roux, K. J. Filling the void: proximity-based labeling of proteins in living cells. Trends in Cell Bio....

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重印与许可

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