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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Proteinkinasen sind hochentwickelte Signalisierungsenzyme und Gerüste, die für die inter- und intrazelluläre Signaltransduktion kritisch sind. Wir stellen ein Protokoll zur Messung der Kinaseaktivität durch die Verwendung von radioaktiv markiertem Adenosintriphosphat ([γ- 32 P] ATP) vor, ein zuverlässiges Verfahren zur Erleichterung der zellulären Signalregulation.
Proteinkinasen sind in der Lage, großräumige zelluläre Veränderungen in Reaktion auf komplexe Anregungen von Reizen zu regeln, und viel Aufwand wurde auf die Aufdeckung allosterischer Details ihrer Regulierung gerichtet. Kinasen umfassen Signalisierungsnetze, deren Defekte oft Markenzeichen von mehreren Formen von Krebs und verwandten Erkrankungen sind, was eine Assay-Plattform zur Manipulation von vorgeschalteten regulatorischen Faktoren und zur Validierung von Reaktionsanforderungen, die bei der Suche nach verbesserten Therapeutika kritisch sind, ermöglicht. Hier beschreiben wir einen basischen Kinase-Assay, der sich leicht an spezifische experimentelle Fragen anpassen lässt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Prüfung der Wirkungen von biochemischen und pharmakologischen Wirkstoffen, genetische Manipulationen wie Mutation und Deletion sowie Zellkulturbedingungen und Behandlungen zur Sonde Zell-Signalisierungsmechanismen. Dieser Assay nutzt radiomarkiertes [γ- 32 P] ATP, das quantitative Vergleiche und eine klare Visualisierung der Ergebnisse ermöglicht und mod sein kannFür die Verwendung mit immunpräzipitierten oder rekombinanten Kinase, spezifischen oder typisierten Substraten, über einen weiten Bereich von Reaktionsbedingungen.
Proteinkinasen sind anspruchsvolle Enzyme, die für die Übertragung von zellulären Signalen in entsprechende Reaktionen kritisch sind 1 . Angesichts ihrer Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase und der Prävention oder Förderung von Krankheitszuständen 2 sind biochemische Methoden zur Beurteilung der Kinaseaktivität weiterhin mächtige Werkzeuge zur Abgrenzung der Einzelheiten der eukaryotischen Signalisierung 3 . Obwohl Strategien, die Phosphorspezifische Antikörper verwenden, in hohem Maße informativ waren hinsichtlich der Messung der Effekte verschiedener Behandlungsbedingungen auf den Zellsignalisierungsstatus 4 , ermöglicht ein Kinase-Assay die Messung der Wirkungen verschiedener Behandlungsbedingungen direkt in Bezug auf die enzymatische Aktivität einer Kinase von interessieren. Zwar gibt es mehrere Möglichkeiten für ähnliche Assays, die keine radioaktiven Materialien verwenden 5 , wir setzen uns weiterhin auf diese Methode zur robusten Quantifizierung der Ergebnisse. DortSind zwei typische Anwendungen dieses Assays, die beide aus verschiedenen Gründen wertvoll sind: der immunpräzipitierte (IP) Kinase Assay (Abbildung 1 ) und der rekombinante Proteinkinase-Assay (Abbildung 2 ).
Der IP-Kinase-Assay ist für die Identifizierung von Faktoren, die in der Lage sind, spezifische Proteinkinasen zu aktivieren, sowie die Bewertung von inhibitorischen Behandlungsbedingungen ungeeignet. Kurz gesagt wird eine Epitop-markierte Kinase von Interesse in kultivierte eukaryotische Zellen transfiziert, einer Vielzahl von Behandlungen unterworfen, immunpräzipitiert und auf die Fähigkeit untersucht, radioaktiv markiertes Phosphat in ein Modellsubstrat einzubauen ( z. B. Myelin-basisches Protein (MBP)). IP-Kinase-Assay kann auch ohne Rückgriff auf Überexpression durchgeführt werden, entweder durch Immunpräzipitation von endogenem Protein oder einer beliebigen Anzahl von Genom-Editing-Techniken. Da Behandlungen in Kultur verabreicht werden, kann dieses Verfahren Stimulationen erkennen, die durch mehrere vorgelagerte Faktoren übertragen werdenOder parallele Wege durch In-vitro- Auslesung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode besteht darin, dass es keine Vorkenntnisse über direkte stromaufwärtige oder nachgeschaltete Faktoren oder Phosphorylierungsstellen erfordert. Darüber hinaus können, sobald spezifische Substrate für eine interessierende Kinase identifiziert worden sind, das gleiche Kinase-Assay-Protokoll mit rekombinanten Komponenten verwendet werden, um spezifische Aktivität gegenüber natürlichen Substraten zu messen und spezifische Phosphorylierungsstellen zu identifizieren, wenn sie mit der Massenspektrometrieanalyse kombiniert werden. Auf diese Weise identifizierte Standorte können mit Kinase-Assays unter Verwendung von Substratmutanten weiter validiert werden. Schließlich kann diese Methode auch zur Erkennung und Messung der Autophosphorylierung verwendet werden.
Das hier bereitgestellte Protokoll nimmt entweder ein optimiertes Proteinreinigungsschema oder Transfektionsverfahren zur Expression einer Affinitätsmarkierungskinase von Interesse in kultivierten Zellen an. Für detailliertere Ausstellungen der Transfektion, Lyse, Immunopräzipitation und Proteinreinigung protOcols, schlagen wir vor, auf Cold Spring Harbor Protocols 6 zu verweisen. Weitere Informationen zur Assayentwicklung und -veränderung finden Sie unter Proteinphosphorylierung: Ausgewählte Methoden in Enzymologie 7 .
1. Kinase Purification Resources und allgemeine Immunopräzipitation Pipeline
ANMERKUNG: Kinasen zur Verwendung mit diesem Assay können aus Immunopräzipitaten von kultivierten Zellen oder durch rekombinante Mittel, wie Affinitätsmarkierte Reinigung 6, bezogen werden. Unten ist ein allgemeines Protokoll für Flag-markierte Immunpräzipitation, die möglicherweise abhängig von der Kinase von Interesse geändert werden müssen. Alles sollte auf Eis gehalten werden, wenn möglich.
2. Initialisierung von Kinase-Reaktionen
ANMERKUNG: Für IP-Kinase-Assays sind ~ 15 μl nicht suspendierte Perlen eine typische Ausgangsprobe. Für rekombinante Proteinkinase-Assays liegen typische Ausgangsmengen im Bereich von 0,1-1,0 μg in 1-10 für 25-50 μl Endreaktionsvolumina. Passen Sie die Volumina der rekombinanten Proteinprobe anS mit dem Puffer gleich sein, den sie vor der Initialisierung des Assays gespeichert haben. Bei der Verwendung von hohen Mengen an Kinase, schließen Sie ein Trägerprotein wie BSA ein, um die Aufrechterhaltung der Proteinstabilität für die Dauer des Assays zu unterstützen.
3. Reaktionsbeendigung und SDS-PAGE
4. Gel-Färbung und Trocknung
Achtung: Für alle Schritte unbedingt die persönliche Exposition gegenüber 32 P durch radioaktive Abschirmung und das Tragen von persönlicher Schutzausrüstung reduzieren. Für weitere Informationen zu bestimmten Schritten sind einige hilfreiche Referenzen enthalten.
5. Autoradiogramm und Szintillationszählungen
6. Analyse der Ergebnisse
HINWEIS: Das Autoradiogramm liefert eine qualitative Visualisierung der Ergebnisse. Für eine genaue Quantifizierung kann der 32 P-Einbau mit einem Szintillationszähler gemessen werden. Die Daten werden üblicherweise in Bezug auf die relative Aktivität ausgedrückt, wie in 1B gezeigt . Solange für alle Proben einheitliche Bedingungen eingehalten werden, reichen relative Messungen der spezifischen Aktivität aus, um Behandlungen zu vergleichen.
WNK1 IP-Kinase-Assays
Myc-markiertes WNK1 wurde in HEK293-Zellen transfiziert und mit einem Anti-Myc-Antikörper 11 immunpräzipitiert. Das Immunpräzipitat zeigte die Kinaseaktivität gegenüber dem Modellsubstrat MBP sowie zu sich selbst (Abbildung 1A ). WNK1-Mutanten wurden dann für die Kinaseaktivität gegenüber MBP nach demselben Verfahren getestet, wobei diesmal GST-markierte Konstrukte verwendet wurden ( Fig. 1B ). Die Analyse des mutierten Kinaseverhaltens im Vergleich zu Wildtyp zeigte Reste, die für eine optimale WNK1-Aktivität kritisch sind.
HEK293-Zellen wurden einer Gruppe von pharmakologischen und biochemischen Behandlungen ausgesetzt. Unter Verwendung eines Antikörpers, der gegen ein WNK1-N-terminales Peptid erhitzt wurde, wurde die immunpräzipitierte endogene WNK1-Kinaseaktivität unter Verwendung von MBP als Substrat untersucht. Epidermaler Wachstumsfaktor (EGF), ein bekanntes AktivatOder der ERK1 / 2-Signalisierung, Nocodazol, ein Medikament, das auf die Mikrotubuliendynamik, Anisomycin, einen Inhibitor der eukaryotischen Translation und Lysophosphatidsäure (LPA), ein potentes Mitogen, hindeutet, alle nicht in der Lage war, eine robuste Zunahme des phosphorylierten MBP hervorzurufen. Im Gegensatz dazu wurde NaCl als ein Regulator der WNK1-Kinase-Aktivität nachgewiesen.
ERK2 rekombinante Proteinkinase-Assays
Ratte ERK2, die ein N-terminales 6His-Tag trägt, wurde in Bakterienzellen exprimiert und mit Nickelharz 12 affiniert. Das Protein wurde durch Ionenaustauschchromatographie auf einer MonoQ-Säule weiter gereinigt, wobei mehrere Elutionsfraktionen auf Kinaseaktivität getestet wurden ( 2A ). Weil ERK2 eine doppelte Phosphorylierung durch MEK erfordert, um eine maximale Kinaseaktivität zu erreichen, ist ERK2, das aus Bakterien in Abwesenheit von MEK gereinigt wird, weitgehend inaktiv. Deshalb, um Fraktionen von recom zu testenBinant ERK2 für die Aktivität gegenüber MBP, eine konstitutiv aktive Form von MEK1 namens MEK1R4F wurde in Kinase-Reaktionen eingeschlossen. Bemerkenswerterweise hat MEKR4F keine hohe Kinaseaktivität auf MBP (Abbildung 2 ).
Unter Verwendung eines Assays, der dem in Fig. 2A gezeigten ähnlich war, wurde eine MBP-Kinaseaktivität verwendet, um die Aktivität von rekombinanten ERK2-Mutanten zu messen, die aus Bakterienkulturen gegenüber Wildtyp-Protein gereinigt wurden ( Fig. 2B ). Obwohl ERK2 in der Lage ist, MBP zu phosphorylieren, wenn es durch MEKR4F stimuliert wird, unterbricht die Mutation entweder des katalytischen Lysins (K52R) oder eines Threonins proximal zu den kanonischen Stellen der Doppelphosphorylierung (T188D und T188E) die ERK2-Kinaseaktivität drastisch. ERK2-T188D und ERK2-T188E zeigen eine marginale Kinaseaktivität gegenüber einem kleinen, flexiblen Peptid (Abbildung 2C ), sie können jedoch die bekannten ERK2-Substrate Nup153 und PDX1 nicht robust phosphorylieren (Abbildung 2 D).

Abbildung 1: Immunpräzipitations-Kinase-Assays von WNK1. ( A ) HEK293-Zellen wurden entweder mit pCMV5-Myc ohne Insertion oder pCMV5-Myc-WNK1 transfiziert, markierte Proteine wurden mit dem Anti-Myc-Antikörper immunpräzipitiert, gefolgt von Kinase-Assays unter Verwendung von MBP als Substrat. Autoradiographie ist auf der linken Seite gezeigt, und ein Immunoblot der Immunpräzipitate auf der rechten Seite. ( B ) Verschiedene GST-WNK1-Mutantenproteine wurden in Kinase-Assays mit MBP als Substrat verwendet; Die MBP-Phosphorylierung wird als Aktivität gegenüber dem Wildtyp WNK1 ausgedrückt. ( C ) Endogenes WNK1 wurde aus HEK293-Zellen, die mit verschiedenen Reizen behandelt wurden, immunpräzipitiert und auf Autophosphorylierung untersucht. Diese Figur wurde von Xu et al. , 2000 11 .5504fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2: Rekombinante Proteinkinase-Assays von ERK2. ( A ) Gereinigte ERK2-Fraktionen aus einer MonoQ-Anionenaustauschsäule wurden in einem Kinase-Assay mit MBP in Gegenwart oder Abwesenheit von MEK1R4F, einem konstitutiv aktiven Stimulator der ERK2-Kinase-Aktivität, verwendet. ( B ) ERK2-Mutanten wurden auf Kinase-Aktivität auf MBP getestet. ( C ) Aktivierungsschleifenmutanten ERK2-T188D und ERK2-T188E zeigen die marginale Kinaseaktivität gegenüber einem kleinen typisierten Peptidsubstrat an. ( D ) Vergleich der ERK2- oder T188D-Kinaseaktivitäten nach Aktivierung durch MEK1R4F mit bekannten ERK2-Substraten nucleoporin-153 (Nup153) und Pankreas- und Duodenal-Homobox 1 (PDX1). Phosphorylierte Substrate werden durch Keile und Phosphoryla bezeichnetTed ERK2 und T188 durch Sternchen. Nachgedruckt (und modifiziert) mit Genehmigung von McReynolds et al. , 2016 12 (Copyright 2016 American Chemical Society). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Proteinkinasen sind hochentwickelte Signalisierungsenzyme und Gerüste, die für die inter- und intrazelluläre Signaltransduktion kritisch sind. Wir stellen ein Protokoll zur Messung der Kinaseaktivität durch die Verwendung von radioaktiv markiertem Adenosintriphosphat ([γ- 32 P] ATP) vor, ein zuverlässiges Verfahren zur Erleichterung der zellulären Signalregulation.
Die Autoren danken allen aktuellen und ehemaligen Mitgliedern des Cobb-Labors für wertvolle Arbeit und Diskussionen und Dionne Ware für administrative Unterstützung. Diese Studien wurden von National Institutes of Health Grant R37 DK34128 und Welch Foundation Grant I1243 an MHC unterstützt
| Protein A Sepharose CL-4B | GE Healthcare Life Sciences | 17-0963-03 | |
| Radioaktiv markiert [γ-32P] ATP | Perkin Elmer | NEG035C010MC | |
| Laemmli Buffer | Bio-Rad | #1610737 | |
| Radioaktive Abschirmung | Forschungsprodukte International | BR-006 | |
| R-250 Farbstoff (Coomassie) | Thermo Fisher | 20278 | |
| Whatman Grade 3 qualitatives Filterpapier | Whatman | 1003-917 | |
| Platten-Gel-Vakuumtrockner | Bio-Rad | Modell 583 Gel-Trockner #1651745 | |
| Autorad Markierer | Agilent Technologies | 420201 | |
| Phosphoreszierendes Lineal | Sigma Aldrich | R8133 | |
| Phosphoreszierende Punkte | Sigma Aldrich | L5149 | |
| Geigerzähler | Ludlum | Model 3 mit 44-9 Detektor | |
| BioMax Kassette 8 x 10" | Carestream Health | 107 2263 | |
| BioMax MS-Film 8" x 10" | Carestream Health | 829 4985 | |
| BioMax MS Intensivierungssieb 8" x 10" | Carestream Health | 851 8706 | |
| Medizin-/Röntgenfilmprozessor | Konica Minolta | SRX-101A | |
| Szintillationsfläschchen | Forschungsprodukte International | 125500 | |
| Szintillationsflüssigkeit | MP Biomedicals | 188245305 | |
| Beckman LS 6500 Szintillationszähler | Beckman | LS 6500 |