Basierend auf dem Montagemechanismus des INAD-Proteinkomplexes wurde in diesem Protokoll eine modifizierte Affinitätsreinigung plus Wettbewerbsstrategie entwickelt, um den endogenen Drosophila TRP-Kanal zu reinigen.
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Methodenartikel
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Basierend auf dem Montagemechanismus des INAD-Proteinkomplexes wurde in diesem Protokoll eine modifizierte Affinitätsreinigung plus Wettbewerbsstrategie entwickelt, um den endogenen Drosophila TRP-Kanal zu reinigen.
Die Drosophila-Phototransduktion ist einer der schnellsten bekannten G-Protein-gekoppelten Signalwege. Um die Spezifität und Effizienz dieser Kaskade zu gewährleisten, bindet der Calcium (Ca2+)-permeable Kationenkanal, das transiente Rezeptorpotential (TRP), fest an das Gerüstprotein Inactivation-No-after-potential D (INAD) und bildet einen großen Signalproteinkomplex mit augenspezifischer Proteinkinase C (ePKC) und Phospholipase Cβ/No Rezeptorpotential A (PLCβ/NORPA). Die biochemischen Eigenschaften des Drosophila TRP-Kanals bleiben jedoch unklar. Basierend auf dem Montagemechanismus des INAD-Proteinkomplexes wurde eine modifizierte Affinitätsreinigung plus Wettbewerbsstrategie entwickelt, um den endogenen TRP-Kanal zu reinigen. Zuerst wurde das gereinigte Histidin (His)-markierte NORPA 863-1095-Fragment an Ni-Perlen gebunden und als Köder verwendet, um den endogenen INAD-Proteinkomplex aus Drosophila-Kopfhomogenaten abzuziehen. Dann wurde den Ni-Perlen ein übermäßig gereinigtes Glutathion-S-Transferase (GST)-markiertes TRP 1261-1275-Fragment hinzugefügt, um mit dem TRP-Kanal zu konkurrieren. Schließlich wurde der TRP-Kanal im Überstand durch Größenausschlusschromatographie vom übermäßigen TRP 1261-1275-Peptid getrennt. Diese Methode ermöglicht es, den Gating-Mechanismus des Drosophila TRP-Kanals sowohl aus biochemischer als auch aus struktureller Sicht zu untersuchen. Die elektrophysiologischen Eigenschaften von gereinigten Drosophila TRP-Kanälen können auch in Zukunft gemessen werden.
Phototransduktion ist ein Prozess, bei dem absorbierte Photonen in elektrische Codes von Neuronen umgewandelt werden. Es leitet ausschließlich Opsine und die folgende G-Protein-gekoppelte Signalkaskade sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen weiter. In Drosophila organisiert das Gerüstprotein Inactivation-No-after-potential D (INAD) unter Verwendung seiner fünf PDZ-Domänen einen supramolekularen Signalkomplex, der aus einem transienten Rezeptorpotential (TRP)-Kanal, Phospholipase Cβ/No-Rezeptorpotential A (PLCβ/NORPA) und einer augenspezifischen Proteinkinase C (ePKC)1 besteht. Die Bildung dieses supramolekularen Signalkomplexes garantiert die korrekte subzelluläre Lokalisation, hohe Effizienz und Spezifität der Drosophila-Phototransduktionsmaschinerie. In diesem komplexen Komplex wirken lichtempfindliche TRP-Kanäle als nachgeschaltete Effektoren von NORPA und vermitteln den Kalziumeinstrom und die Depolarisation von Photorezeptoren. Frühere Studien zeigten, dass die Öffnung des Drosophila TRP-Kanals durch Protonen, Störung der lokalen Lipidumgebung oder mechanische Kraft 2,3,4 vermittelt wird. Der Drosophila TRP-Kanal interagiert auch mit Calmodulin5 und wird durch Calcium sowohl durch positive als auch durch negative Rückkopplung 6,7,8 moduliert.
Bisher basierten elektrophysiologische Studien über den Gating-Mechanismus von Drosophila TRP und TRP-ähnlichen (TRPL) Kanälen auf ausgeschnittenen Membranpflastern, Ganzzellaufzeichnungen von dissoziierten Wildtyp-Drosophila-Photorezeptoren und heteroexprimierten Kanälen in S2-, SF9- oder HEK-Zellen 2,9,10,11,12,13, aber nicht auf gereinigten Kanälen. Die Strukturinformationen des Drosophila-TRP-Kanals in voller Länge bleiben ebenfalls unklar. Um die elektrophysiologischen Eigenschaften von gereinigtem Protein in einer rekonstituierten Membranumgebung zu untersuchen und strukturelle Informationen des Drosophila-TRP-Kanals in voller Länge zu gewinnen, ist die Gewinnung gereinigter TRP-Kanäle in voller Länge der notwendige erste Schritt, ähnlich den Methoden, die in den TRP-Kanalstudien von Säugetieren verwendet werden 14,15,16,17.
Kürzlich wurde auf der Grundlage des Montagemechanismus des INAD-Proteinkomplexes18,19,20 erstmals eine Affinitätsreinigungs- und Wettbewerbsstrategie entwickelt, um den TRP-Kanal von Drosophila-Kopfhomogenaten durch Streptavidin-Perlen5 zu reinigen. In Anbetracht der geringen Kapazität und der teuren Kosten von Streptavidin-Perlen wird hier ein verbessertes Reinigungsprotokoll eingeführt, das His-getaggtes Köderprotein und entsprechende kostengünstige Ni-Perlen mit viel höherer Kapazität verwendet. Die vorgeschlagene Methode wird dazu beitragen, den Gating-Mechanismus des TRP-Kanals aus strukturellen Winkeln zu untersuchen und die elektrophysiologischen Eigenschaften des TRP-Kanals mit gereinigten Proteinen zu messen.
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1. Reinigung von GST-markierten TRP- und His-markierten NORPA-Fragmenten
2. Vorbereitung von Drosophila-Köpfen
3. Drosophila TRP-Kanalreinigung
4. Größenausschlusssäulenreinigung des Drosophila TRP-Kanals
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In diesem Artikel wird eine Proteinreinigungsmethode zur Reinigung des endogenen Drosophila-TRP-Kanals demonstriert (Abbildung 1).
Zuerst werden rekombinante Proteinexpression und -reinigung angewendet, um die Köder- und Konkurrenzproteine zu erhalten. Dann wird ein GST-markiertes TRP 1261-1275-Fragment in E. coli BL21 (DE3)-Zellen in LB-Medium exprimiert und mit Glutathionkügelchen und einer Größenausschlusssäule gereinigt (...
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INAD, das fünf PDZ-Domänen enthält, ist der Hauptorganisator der Drosophila-Fototransduktionsmaschinerie. Frühere Studien zeigten, dass INAD PDZ3 mit exquisiter Spezifität (KD = 0,3 μM) an den TRP-Kanal C-Terminal Tail bindet18. Das INAD PDZ45 Tandem interagiert mit NORPA 863-1095 Fragment mit extrem hoher Bindungsaffinität (KD = 30 nM). Diese Ergebnisse liefern eine solide biochemische Grundlage für die Entwicklung der Affinitätsreinigungs- und Wettbewerbsstrategie,...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 31870746), Shenzhen Basic Research Grants (JCYJ20200109140414636) und der Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (Nr. 2021A1515010796) an W. L. unterstützt. Wir danken LetPub (www.letpub.com) für die sprachliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Bacterial stämme | |||
| BL21(DE3) Competent Cells | Novagen | 69450 | Proteinüberexpression |
| Experimentmodelle | |||
| D.melanogaster: W1118 Stamm | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC:3605 | Drosophila head Vorbereitung |
| Material | |||
| 20/30/40 mesh Edelstahlsiebe | Jiufeng Metallgitter Firma | GB/T6003.1 | Drosophila head Zubereitung |
| 30% Acrylamid-N,N′-Methylenbisacrylamid (29:1) | Lablead | A3291 | SDS-PAGE Gelvorbereitung |
| Ammoniumpersulfat | Invitrogen | HC2005 | SDS-PAGE Gelpräparation |
| Cocktail-Proteasehemmer | Roche | 05892953001 | Proteasehemmer |
| Coomassie brilliant blue R-250 | Sangon Biotech | A100472-0025 | SDS-PAGE Gelfärbung |
| DL-Dithiothreitol (DTT) | Sangon Biotech | A620058-0100 | Präparation |
| für GrößenausschlusssäulenpufferEthylendiamintetraessigsäure Dinatriumsalz (EDTA) | Sangon Biotech | A500838-0500 | Legierungspufferpräparat mit Größenausschluss |
| Glycin | Sangon Biotech | A610235-0005 | SDS-PAGE Pufferpräparation |
| Glutathion-Sepharose 4 Fast Flow Kügelchen | Cytiva | 17513202 | Affinitätschromatographie |
| Imidazol | Sangon Biotech | A500529-0001 | Elutionspuffer Vorbereitung für Ni-Säule |
| Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranosid (IPTG) | Sangon Biotech | A600168-0025 | Induktion der Proteinüberexpression |
| LB Bouillon Pulver | Sangon Biotech | A507002-0250 | E.coli. Zellkultur |
| L-Glutathion reduziert (GSH) | Sigma-aldrich | G4251-100G | Elutionspuffer Vorbereitung für Glutathionkügelchen |
| Ni-Sepharose excel beads | Cytiva | 17371202 | Affinitätschromatographie |
| N-Dodecyl beta-D-maltosid (DDM) | Sangon Biotech | A610424-001 | Detergens für die Proteinreinigung |
| N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (TEMED) | Sigma-aldrich | T9281-100ML | SDS-PAGE Gelpräparation |
| PBS | Sangon Biotech | E607008-0500 | Homogenisierungspuffer für E.coli.- |
| Zellen PMSF Lablead | P0754-25G | Proteaseinhibitor | |
| Vorgefärbter Proteinmarker | Thermo Scientific | 26619/26616 | Leiter für vorgefärbte Proteinleiter |
| Größenausschlusssäule (Präparationsqualität) | Cytiva | 28989336 | HiLoad 26/60 Superdex 200 PG-Säule |
| Größenausschlusssäule (analytische Qualität) | Cytiva | 29091596 | Superose 6 Erhöhung 10/300 GL Säule |
| Natriumchlorid | Sangon Biotech | A501218-0001 | Puffervorbereitung für Proteinaufreinigung |
| Natriumdodecylsulfat (SDS) | Sangon Biotech | A500228-0001 | SDS-PAGE Gel/Puffer Vorbereitung |
| Tris-Base | Sigma-aldrich | T1503-10KG | Vorbereitung für Proteinreinigungspuffer |
| Ultrafiltration Spin Säule | Millipore | UFC901096/801096 | Proteinkonzentration |
| Equipment | |||
| Analysenwaage | DENVER | APX-60 | Metage of Drosophila head |
| Tischgekühlte Hochgeschwindigkeits-Kühlzentrifuge für konische 15-ml- und 50-ml-Zentrifugationsröhrchen | Eppendorf | 5810R | Proteinkonzentration |
| Gekühlte Hochgeschwindigkeitszentrifuge für den Schreibtisch 1,5 mL Zentrifugationsröhrchen | Eppendorf | 5417R | Zentrifugation von Drosophila Kopflysat nach der Homogenisierung |
| Leere Schwerkraft-Durchflusssäule (Innendurchmesser = 1,0 cm) | Bio-Rad | 738-0015 | TRP-Proteinreinigung |
| Leere Schwerkraft-Durchflusssäule (Innendurchmesser = 2,5 cm) | Bio-Rad | 738-0017 | Aufreinigung von Ködern und Konkurrenzproteinen aus E.coli. |
| Gel Dokumentationssystem | Bio-Rad | Universal Hood II Gel Doc XR System | SDS-PAGE Imaging |
| Kühlzentrifuge Hochgeschwindigkeitszentrifuge | Beckman-Schar | Avanti J-26 XP | Zentrifugation von E.coli. Zellen/Zelllysat |
| Hochdruck-Homogenisator | UNION-BIOTECH | UH-05 | Homogenisierung von E.coli. Zellen |
| Flüssigstickstofftank | Taylor-Wharton | CX-100 | Drosophila head-Zubereitung |
| Proteinaufreinigungssystem | Cytiva | AKTA-Auffrischer | Proteinaufreinigung |
| Kühlschrank (-80 Grad; C) | Thermo | 900GP | em>Drosophila Kopfpräparation |
| Spektralphotometer | MAPADA | UV-1200 | OD600 Messung von E.coli. Zellen |
| Spektralphotometer | Thermo Scientific | NanoDrop 2000c | Bestimmung der Proteinkonzentration |
| Ultrazentrifuge | Beckman-Schar | Optima XPN-100 Ultrazentrifuge | Ultrazentrifugation |
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