该协议演示了使用接近连接测定来探测在C. elegans生殖系中原位的蛋白质-蛋白质相互作用。
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该协议演示了使用接近连接测定来探测在C. elegans生殖系中原位的蛋白质-蛋白质相互作用。
了解蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 的何时何地发生对于了解细胞中的蛋白质功能以及开发等更广泛的过程受到的影响至关重要。Caenorhabditis elegans生殖系是研究与干细胞、梅氏病和发育调控相关的PPI的一种很好的模型系统。有多种开发良好的技术,允许感兴趣的蛋白质被标出标准抗体来识别,使该系统有利于接近结扎测定(PLA)反应。因此,PLA 能够比替代方法更有效地以空间和时间方式显示 PPI 在生殖系中的位置。此处描述的是一种用于应用和定量该技术以在C. elegans生殖系中探测 PPI 的协议。
据估计,超过80%的蛋白质与其他分子有相互作用1,这强调PPI对于在细胞2中执行特定生物功能的重要性。一些蛋白质作为中心,促进组装更大的复合物,这是细胞生存所必需的1。这些中心调解多个PPI,并帮助组织蛋白质进入一个网络,促进细胞3中的特定功能。蛋白质复合物的形成也受到生物背景的影响,如存在或缺乏特定的相互作用伙伴4、细胞信号事件和细胞的发育阶段。
C. elegans通常用作各种研究(包括发育)的模型有机体。这种动物的简单解剖由几个器官组成,包括果子、肠和透明角质,这有利于蠕虫发育的分析。居住在哥纳的生殖系是研究生殖系干细胞如何成熟成配体5,发育成胚胎,并最终成为下一代后代的一个很好的工具。生殖系的远端区域包含一池自我更新的干细胞(图1)。当干细胞离开这个利基时,它们进入微离子pachytene,并最终在年轻的成人阶段发展成卵母细胞(图1)。该生殖系的发育方案通过不同的机制受到严格监管,包括由RNA结合蛋白(RBPs)6促进的转录后监管网络。6PPI 对于这一监管活动非常重要,因为限制性商业惯例与其他辅助因素相关联以发挥其职能。
有几种方法可用于探测蠕虫中的 PPI,但每种方法都有独特的限制。体内免疫沉淀(IP)可用于从整个蠕虫提取物中分离蛋白质-蛋白质复合物;但是,此方法并不指示 PPI 在蠕虫中的位置。此外,在特定的发育阶段或有限数量的细胞中,暂时性且仅形成的蛋白质复合物很难通过共同免疫沉淀来恢复。最后,IP实验需要解决在压解后蛋白质复杂重新分类以及蛋白质在亲和力基质上的非特异性保留后的问题。
PPI原位检测的替代方法是联合免疫染色、Fürster共振能量转移(FRET)和双分子荧光补充(BiFC)。联合免疫染色依赖于同时检测固定蠕虫组织中感兴趣的两种蛋白质,以及信号共定位程度的测量。使用超分辨率显微镜,它提供了比标准显微镜7更多的细节,有助于更严格地测试蛋白质共定位超过衍射限制屏障200-300 nm8。然而,使用常规和超高分辨率显微镜的共免疫染色最适合具有明确定位模式的蛋白质。相比之下,对于漫射分布的交互伙伴来说,它的信息量要少得多。测量基于重叠的信号的共定位并不能提供有关蛋白质是否彼此复杂99、1010的准确信息。
此外,蛋白质-蛋白质复合物的共免疫沉淀和共同免疫染色不是定量的,因此很难确定这种相互作用是否显著。FRET 和 BiFC 都是基于荧光的技术。FRET依赖于标记感兴趣的蛋白质与荧光蛋白(FP),具有光谱重叠,其中能量从一个FP(捐赠者)转移到另一FP(接受者)11。这种能量的非辐射转移导致接受方FP的荧光,可以在其各自的发射波长下检测到。BiFC是基于在体内重组荧光蛋白。它需要将GFP分成两个互补片段,如螺旋1-10和螺旋1112,然后融合到两个感兴趣的蛋白质。如果这两种蛋白质相互作用,GFP的互补片段就变得足够接近折叠和组装,重建GFP荧光。重组后的 GFP 被直接观察为荧光,并指示 PPI 发生的位置。
因此,FRET 和 BiFC 都依赖于大型荧光标签,这些荧光标签会破坏标记蛋白的功能。此外,FRET 和 BiFC 需要大量且可比较地表达标记的蛋白质才能获得准确的数据。FRET 可能不适合一个伙伴超过另一个伙伴的实验,这可能导致高背景13。还应避免在 BiFC 实验中过度表达,因为这可能导致非特异性装配14导致背景增加。这两种技术都需要优化标记蛋白的表达和成像条件,这可能会延长完成实验所需的时间。
接近连接测定 (PLA) 是一种替代方法,可以解决上述技术的限制。PLA利用识别感兴趣的蛋白质(或其标签)的主要抗体。这些主要抗体然后由含有寡核苷酸探针的二次抗体结合,当在40纳米(或较短)距离15内时,这些抗体可以相互杂交。由此产生的杂交DNA通过PCR反应被放大,由补充DNA的探测器检测到。这将导致由显微镜可视化的 foci。该技术可以在复杂组织(即蠕虫腺体)中现场检测PPI,该组织为在发育和分化的不同阶段包含细胞的装配线。使用 PLA,PPI 可以直接可视化到固定蠕虫子,这有利于调查 PPI 是否在特定开发阶段发生。PLA 提供更高的 PPI 分辨率,而不是基于联合本地化的检测,这是进行精确测量的理想选择。如果使用,超高分辨率显微镜有可能提供有关PLA foci在细胞内位置的更精细的细节。另一个优点是,PLA反应产生的方法可以通过基于ImageJ的分析工作流进行计数,使这种技术具有定量性。
LC8系列的代宁光链最初被描述为Dynein电机复合体16的子单元,并假设作为货物适配器。自首次发现以来,LC8除了Dynein马达,复合体17、18、19、20,18,19外,还发现多种蛋白质复合物。20扫描含有LC8相互作用图案的蛋白质序列19表明LC8可能与各种不同的蛋白质有许多相互作用17,18,19,20,21,22。17,18,19,20,21,22因此,LC8家族蛋白现在被认为是中心,帮助促进组装较大的蛋白质复合物19,22,如内部紊乱蛋白质的组装21。19,
一种C.elegansLC8系列蛋白质,代宁光链-1(DLC-1),广泛表达在许多组织中,不丰富在特定亚细胞结构23,24。,24因此,由于多种原因,在C.elegans中确定DLC-1体内的体内伙伴是具有挑战性的:1) 共同免疫沉淀并不指示发生相互作用的组织源;2) 特定伴侣的有限表达或瞬态相互作用可能妨碍通过共同免疫沉淀检测相互作用的能力;和 3) DLC-1 的漫反射通过共同免疫染色导致与潜在伙伴蛋白的非特异性重叠。基于这些挑战,PLA 是测试与 DLC-1在体内交互的理想方法。
此前有报道称,DLC-1与RNA结合蛋白(BPS)FBF-223和GLD-125直接相互作用,并作为共同因子。23 25我们的工作支持作为中心蛋白的DLC-1模型,并建议DLC-1促进一个超越Dynein19,22,22的交互网络。使用 GST 下拉测定,已识别一个新的 DLC-1 交互 RBP 名为 OMA-126。OMA-1对卵母细胞生长和成熟很重要27,并与一些转化抑制剂和活化剂28一起功能。虽然FBF-2和GLD-1分别表达在干细胞和环太平洋区域,OMA-1在从卵母细胞27的生殖系中漫射(图1)。这表明DLC-1在哥纳德的不同区域与限制性商业惯例形成复合体。还发现,在体外观察到的DLC-1和OMA-1之间的直接相互作用并没有通过体内IP恢复。人民解放军已经成功地作为另一种方法,进一步研究这种相互作用在C.elegans生殖系,结果表明,PLA可用于探索许多其他PPI在蠕虫。
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注:此协议使用C. elegans菌株,其中潜在的交互伙伴都标记。强烈建议使用负控制菌株,其中一种标记的蛋白质不应与另一个标记的候选相互作用伙伴相互作用。在这里,仅 GFP 就用作评估背景的负控件,因为 DLC-1 预计不会在蠕虫中与 GFP 交互。GFP标记的OMA-1被用作实验菌株,因为初步数据表明与DLC-1相互作用。Nematode 菌株与 3xFLAG 标记的 DLC-1 共同表达控制和测试蛋白质在本文本中称为 3xFLAG::DLC-1;GFP 和 3xFLAG::DLC-1;OMA-1:GFP(应要求提供菌株;材料表中的更多信息)。在这里,使用 3xFLAG 和 GFP 标记;但是,只要其他标签的抗体与 PLA 试剂兼容,即可更换其他标签。
1. 动物护理
2. 同步文化的准备
3. 解剖/高纳德挤出
注:要成功工作,必须解剖以挤压戈纳德。这种方法还可以释放胚胎,这些胚胎也可以使用该协议为PLA工作(有关详细信息,请参阅讨论)。解剖后,对负对照和实验样品进行固定处理,并同时为PLA进行处理。还建议为荧光共免疫染色23目的再制备一组样品,以展示感兴趣的蛋白质伴侣的表达模式。
4. 固定/阻塞
5. 原抗体孵育
注:为了获得最佳的PLA结果和最小的背景,主要抗体的稀释系数可能需要优化(有关详细信息,请参阅讨论)。此外,应在与用于PLA的二次抗体的特异性相匹配的不同宿主中引发主要抗体。
6. PLA 探针(二次抗体)孵育
注:对于步骤 6-9,在 RT 时使用洗涤缓冲器 A 和 B。如果缓冲器储存在 4 °C,则在使用前请它们加热到 RT。
7. 结扎
8. 放大
注:使用带有红色荧光球的检测试剂(材料表)可使C.elegans组织的背景量最少。
9. 最终用时
10. 盖玻片安装
11. 图像采集
12. 使用 FIJI/ImageJ 进行图像分析和定量
注: 以下工作流基于在共聚焦显微镜上使用 40x 目标获取的图像,其中图像以 .czi 格式保存。这些 .czi 图像及其附带的元数据(包括尺寸)可以在 FIJI/ImageJ 中访问和打开,以便进一步分析。应检查 FIJI 是否接受来自特定用户可用的共聚焦文件的格式。否则,可以交替使用 .tiff 格式的图像进行分析,但用户需要在 FIJI/ImageJ 中手动设置图像的比例(分析 |设置比例。建议首先将所有负控制图像分析在一起,以确定背景级别。
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3xFLAG::DLC-1的共免疫染色;GFP 和 3xFLAG::DLC-1;OMA-1:具有FLAG和GFP抗体的GFP生殖系揭示了它们在生殖系中的表达模式(图3Aii-iii,3Bii-iii)。虽然GFP在整个生殖系中表达(图3Aiii),但OMA-1:GFP表达仅限于晚期的pachytene和卵母细胞(图3Biii)27。27FLAG免疫染色显示,3xFLAG::DLC-1在两种菌株的生殖系中表达(图3Aii,3Bii)。通过共同免疫染色,3xFLAG::DLC-1 和 OMA-1:GFP 之间的重叠与 3xFLAG::DLC-1 和 GFP(负...
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在研究C.elegans生殖系中的PPI时,PLA提供的与共同免疫染色相比提供的更高分辨率,可以对生殖系中发生相互作用的位置进行可视化和定量。此前有报道称,DLC-1使用体外GST下拉测定26直接与OMA-1相互作用;然而,这种相互作用并没有通过体内下拉恢复。3xFLAG的荧光共免疫染色::DLC-1;OMA-1:GFP生殖系显示DLC-1和OMA-1的表达模式重叠;然而,没有迹象表明它们的相互作用发生在生殖系中,并且重叠本身不大于3xFLAG::DLC-1和GFP之间没有融合到任何蛋白质(负控制)之间的重叠。使用原地PLA,发现DLC-1确实与发芽线上的OMA-1相互作用,这表明PLA在检测PPI方面可能比其他方法更敏感。通过这种方法,我们继续扩展 DLC-1 作为 RBP 协理器的新兴作用。这项工作展示了PLA在生殖系中检测PPI的能力,并为未来用户探索自己感兴趣的蛋白质之间的相互作用提供了参考。
PLA 为用户提供了测试具有类似灵敏度的 PPI 的能力,而不需要与其他技术(如...
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提交人没有利益冲突。
这项研究中使用的一些线虫菌株是由国家卫生研究院资助的卡诺哈卜炎遗传学中心提供的(P40OD010440)。在国立卫生研究院奖 P20GM103546 和 S10OD021806 的支持下,蒙大拿大学生物光谱核心研究实验室进行了共聚焦显微镜。这项工作得到了NIH向E.V.授予GM109053的部分支持,美国心脏协会奖学金18PRE34070028资助了X.W.,蒙大拿州科学院授予了X.W.资助者没有参与研究设计或撰写报告。我们感谢埃伦贝克先生的讨论。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 16% 多聚甲醛溶液 | 电子显微镜服务 | 15710 | 用于制备 4% 工作溶液 |
| 1M KH2PO4 | Sigma | P0662 | 制备 1M 工作原液 |
| 1x M9 | 各种 | 制备 | 为 10x 原液,用于 1x;参见 wormbook.org 方案 |
| 1x PBS | 各种 | 不同 | 参见方案 |
| 26.5 针 | Exel International | 26402 | 针 |
| BSA | Lampire | 7500802 | |
| 离心管 | Thermo Scientific | 05-529C | 50ml 橡树岭离心管,用于同步 |
| 共聚焦显微镜 | 蔡 | 880 | |
| Coplin 染色缸 | PolyLab | 62101 | |
| 用于冷冻样品的盖玻片 | Globe Scientific | 1411-10,22 | x 40 mm,1 号 |
| 盖玻片,用于密封载玻片 | Globe Scientific | 1404-15,22 | x 22 mm,1.5 号 |
| 载体 | H-1200 | DAPI 封固剂 | |
| Sigma-Aldrich | DUO82029 | Duolink 1x 连接酶,作为 Duolink 原位检测试剂 Red 试剂盒的一部分DUO92008 | |
| 扩增红色缓冲液 | Sigma-Aldrich | DUO82011 | Duolink 5x 扩增红色缓冲液,作为 Duolink 原位检测试剂红色试剂盒的一部分 DUO92008 |
| 连接缓冲液 | Sigma-Aldrich | DUO82009 | Duolink 5x 连接缓冲液,作为 Duolink 原位检测试剂红色试剂盒的一部分 DUO92008 |
| 抗体稀释剂 | Sigma-Aldrich | DUO82008 | Duolink 抗体稀释剂,随附 DUO92004 和 DUO92002,注意:也可以使用 1x PBS/1% BSA 溶液作为替代品来稀释抗体。 |
| 封闭解决方案 | Sigma-Aldrich | DUO82007 | Duolink 封闭解决方案,随附 |
| 封固剂 | Sigma-Aldrich | DUO82040 | Duolink 原位封固剂,带 DAPI |
| MINUS 探针 | Sigma-Aldrich | DUO92004 | Duolink 原位探针 抗小鼠 MINUS |
| PLUS 探针 | Sigma-Aldrich | DUO92002 | Duolink 原位探针抗兔 PLUS |
| 洗涤缓冲液 A | Sigma-Aldrich | DUO82046 | Duolink 原位洗涤缓冲液 A |
| 洗涤缓冲液 B | Sigma-Aldrich | DUO82048 | Duolink 原位洗涤缓冲液 B |
| 聚合酶 | Sigma-Aldrich | DUO82030 | Duolink 聚合酶,作为 Duolink 原位检测试剂 Red 试剂盒的一部分 DUO92008 |
| 落射荧光显微镜 | Leica | DFC300G相机,DM5500B显微镜 | |
| 山羊抗小鼠 Alexa 594 | JacksonImmuno | 115-585-146 | 以 1:500 的速度使用 |
| 山羊抗兔药物 Alexa 488 | JacksonImmuno | 111-545-144 | 以 1:200 的速度使用 |
| 图像处理软件 | Adobe | Adobe Photoshop + Illsutrator CS3 | |
| 玻璃移液器 | Corning | 7095B-5X | |
| 左旋咪唑 | ACROS有机物 | 187870100 | 制备 250 mM 工作原液 |
| 甲醇 | Fisher Scientific | A454 | |
| 小鼠抗 FLAG | Sigma | F1804 | 以 1:1000 的比例用于免疫荧光和 PLA,用正常山羊血清预封闭 推荐 |
| 使用指甲油 | 洛杉矶颜色 | CNP195 | |
| 线虫生长培养基 (NGM) | 各种 | 参见 wormbook.org方案 | |
| 正常山羊血清 | JacksonImmuno | 005-000-121 | |
| 聚乙烯巴斯德移液管 | Globe Scientific | 135030 | |
| 聚-L-赖氨酸 | Sigma-Aldrich | P1524 | 制备为 0.1% 水溶液储备液,储存在 -20°C,并在水中以 1:100 稀释以包被载玻片 |
| 培养皿 | Tritech | PD7060 | 60 直径 |
| 兔子抗 GFP | Thermo Fisher | G10362 | 荧光以 1:200 的比例使用,PLA 载玻片以 1:4000 的比例使用 |
| Thermo Fisher | 30-2066A-Brown | 带棒的三方 14x14mm 可高温高压灭菌载玻片可通过 Fisher Scientific 定制订购。在实验室的载玻片中添加聚-L-赖氨酸 | |
| 次氯酸钠溶液 | Fisher Scientific | SS290-1 | |
| 任务湿巾 | Kimtech | 34120 | 4.4x8.4 英寸任务湿巾 |
| 托盘(242x241x20mm) | Thermo Fisher | 240845 | 用于制作潮湿室 |
| Triton X-100 | ACROS 有机物 | 327372500 | |
| 超纯水 | Milli-Q | 从 Milli-Q 整体水净化系统 | |
| Watchglass | Carolina Biological | 742300-20 | |
| ° 获得的超纯水C 冷冻机 | |||
| -80 °C 冷冻室 | |||
| 铝箔 | |||
| OP50 菌株 大肠杆菌 | |||
| 轨道摇床 | |||
| 胶带 | |||
| <强>本研究中使用的线虫菌株(均可根据要求提供) | |||
| mntSi13[pME4.1] II;unc-119(ed3) III;teIs1 [pRL475] | UMT 376 | dlc-1 prom::3xFLAG::d lc-1::d lc-1 3'UTR;oma-1 prom::oma-1::GFP;参考文献 24 | |
| mntSi13[pME4.1] II; mntSi21[pXW6.22] unc-119(ed3) III | UMT 422 | dlc-1 prom::3xFLAG::d lc-1::d lc-1 3'UTR; gld-1 prom::ceGFP::fbf-1 3'UTR + unc-119(+);参考资料:本研究 |
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