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PPI sind die Grundlage verschiedener zellulärer Prozesse. Zu den traditionellen Methoden zur Identifizierung von PPI gehören Hefe-Zwei-Hybrid-Screening (Y2H) und Immunpräzipitation in Verbindung mit Massenspektrometrie (IP-MS)1. Beide haben jedoch einige Nachteile. Beispielsweise erfordert das Y2H-Screening die Verfügbarkeit einer Y2H-Bibliothek der Zielpflanze oder Tierart. Der Bau dieser Bibliotheken ist arbeitsintensiv und teuer. Darüber hinaus wird der Y2H-Ansatz in der heterologen einzelligen eukaryotischen Organismushefe durchgeführt, die möglicherweise nicht den zellulären Status höherer eukaryotischer Zellen darstellt.
Im Gegensatz dazu zeigt IP-MS eine geringe Effizienz bei der Erfassung vorübergehender oder schwacher PPI, und es ist auch ungeeignet für Proteine mit geringer Häufigkeit oder hoher Hydrophobie. Viele wichtige Proteine, die an den Signalwegen der Pflanze beteiligt sind, wie z. B. Rezeptor-ähnliche Kiinasen (RLKs) oder die NLR-Familie von Immunrezeptoren, werden auf niedrigem Niveau exprimiert und interagieren oft vorübergehend mit anderen Proteinen. Daher schränkt es das Verständnis der Mechanismen, die der Regulierung dieser Proteine zugrunde liegen, stark ein.
Kürzlich wurden näher markierte (PL) Methoden auf Basis von Ascorbatperoxidase (APEX) und einer mutierten Escherichia coli biotin ligase BirAR118G (bekannt als BioID) für die Untersuchung von PPI2,3,4entwickelt und genutzt. Das Prinzip von PL ist, dass ein Zielprotein von Interesse mit einem Enzym verschmolzen wird, das die Bildung von labilem Biotinyl-AMP (Bio-AMP) katalysiert. Diese kostenlosen Bio-AMP werden von PL-Enzymen freigesetzt und diffundieren in die Nähe des Zielproteins, wodurch die Biotinylierung von proximalen Proteinen an den primären Aminen in einem geschätzten Radius von 10 nm5ermöglicht wird.
Dieser Ansatz hat erhebliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Y2H- und IP-MS-Ansätzen, wie z. B. der Fähigkeit, transiente oder schwache PPI zu erfassen. Darüber hinaus ermöglicht PL die Kennzeichnung von proximalen Proteinen des Zielproteins in ihrer nativen zellulären Umgebung. Verschiedene PL-Enzyme haben einzigartige Nachteile, wenn sie auf verschiedene Systeme angewendet werden. Obwohl APEX beispielsweise eine höhere Tagging-Kinetik im Vergleich zu BioID bietet und erfolgreich in Säugetiersystemen angewendet wird, macht die Anforderung an giftiges Wasserstoffperoxid (H2O2) in diesem Ansatz es für PL-Studien an Pflanzen ungeeignet.
Im Gegensatz dazu vermeidet BioID-basierte S-basierte S-basierte S-basierte Verwendung der toxischenH2O2, aber die Rate der Etikettierung ist langsam (erfordert 18–24 h, um die Biotinylierung abzuschließen), wodurch die Erfassung vorübergehender PPI weniger effizient ist. Darüber hinaus führt die höhere Inkubationstemperatur (37 °C), die für eine effiziente PL durch BioID erforderlich ist, zu äußerer Belastung für einige Organismen, wie Pflanzen4. Daher wurde berichtet, dassderbegrenzte Einsatz von BioID-basierter PL in Pflanzen (d. h. Reisprotoplasten, Arabidopsis und N. benthamiana) 6,7,8,9gemeldet wurde. Das kürzlich beschriebene TurboID-Enzym bewältigt die Mängel von APEX und BioID-basierter PL. TurboID zeigte eine hohe Aktivität, die die Ausführung von PL innerhalb von 10 min bei RT10ermöglicht. TurboID-basierte sePL wurde erfolgreich in Säugetierzellen, Fliegen und Würmern10eingesetzt. Kürzlich haben wir und andere Forschungsgruppen den Einsatz von TurboID-basiertem PL für die Untersuchung von PPI in verschiedenen Pflanzensystemen, einschließlich N. benthamiana und Arabidopsis Pflanzen und Tomatenhaarwurzeln11,12,13,14, optimiert und erweitert. Vergleichende Analysen ergaben, dass TurboID bei PL in Anlagen besser abschneidet als BioID11,14. Es hat auch die Robustheit der TurboID-basierten PL in Planta gezeigt, indem eine Reihe von neuartigen Wechselwirkungen mit einem NLR-Immunrezeptor11identifiziert wurde, einem Protein, dessen Interaktionspartner in der Regel mit traditionellen Methoden schwer zu erhalten sind.
Dieses Protokoll veranschaulicht die TurboID-basierte PL in planta, indem es die Identifizierung von Interaktionsproteinen der N-terminalen TIR-Domäne des NLR-Immunrezeptors in N. benthamiana-Pflanzen beschreibt. Die Methode kann auf alle Proteine von Interesse in N. benthamianaerweitert werden. Noch wichtiger ist, es bietet eine wichtige Referenz für die Untersuchung von PPI in anderen Pflanzenarten wie Arabidopsis,Tomaten, und andere.