Este protocolo describe la purificación y el etiquetado covalente de la reflectina A1, así como un ensayo de dilución FRET para caracterizar el intercambio dinámico de la proteína reflectina entre conjuntos de proteínas en función de la edad.
Artículo de método
Este protocolo describe la purificación y el etiquetado covalente de la reflectina A1, así como un ensayo de dilución FRET para caracterizar el intercambio dinámico de la proteína reflectina entre conjuntos de proteínas en función de la edad.
Como impulsor molecular de la iridiscencia sintonizable en cefalópodos, el comportamiento de la fase sintonizable de la proteína reflectina A1 sigue siendo un foco de la ingeniería de biomateriales. La modulación de la concentración de sal y la densidad de carga neta de proteínas de la reflectina A1 impulsa a la proteína a formar ensamblajes dinámicos como intermedios para la separación de fases líquido-líquido. Los ensamblajes de reflectina, aunque limitados en tamaño por el grado de neutralización de carga de la repulsión catiónica de la proteína catiónica, están inicialmente en intercambio dinámico con monómeros u oligómeros de la solución circundante. Se utilizó un nuevo ensayo de dilución de transferencia de energía de resonancia de fluorescencia (FRET), junto con ensayos de dispersión dinámica de luz (DLS) y concentración de proteínas, para caracterizar el flujo bidireccional de proteínas entre los ensamblajes de reflectina A1 y una fase diluida en función de la edad de ensamblaje. Este ensayo de dilución FRET distingue entre el flujo unidireccional y bidireccional de proteínas dentro y fuera de los conjuntos de proteínas y, por lo tanto, se puede aplicar durante la formación del ensamblaje. Diferenciar entre ensamblajes de proteínas dinámicos y cinéticamente detenidos es crucial para comprender sus orígenes biofísicos, y este nuevo ensayo de dilución FRET se puede adaptar para complementar las investigaciones biofísicas de otros ensamblajes de proteínas.
La iridiscencia sintonizable en calamares loligínidos está mediada por proteínas reflectinas en células de iridocitos 1,2,3. Los iridocitos contienen invaginaciones de membrana extensas y regulares que forman pilas de laminillas de Bragg densas en proteínas, que reflejan la luz de una manera dependiente del ángulo y la longitud de onda 1,4,5,6. Una cascada de señales activada por acetilcolina culmina en la fosforilación de las proteínas de reflectina catiónica 1,2,7, reduciendo la repulsión electrostática intra e interproteica e impulsando la condensación de reflectinas en las láminas de Bragg de partículas de radio hidrodinámico de 10-50 nm a un condensado líquido denso 3,8,9. La reflectina A1 in vitro forma conjuntos de radio de 10+ nm de tamaño estable cuyos tamaños se ajustan con precisión mediante la densidad de carga neta de proteínas 10,11,12, y este comportamiento coloidal sintonizable ha generado mucho interés en la bioingeniería en el diseño de materiales biofotónicos sintonizables basados en reflectina 13,14,15,16,17,18. Recientemente se demostró que el NaCl impulsa el ensamblaje de reflectina A1 y LLPS (separación de fase líquido-líquido) aumentando entrópicamente la contribución energética del efecto hidrofóbico y cribando las cargas repulsivas de los enlazadores catiónicos alternos19.
Para condensados similares a líquidos densos en proteínas, el intercambio dinámico entre la fase densa y la fase diluida se puede analizar fácilmente utilizando FRAP (recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo) de gotas enteras20; Se necesita un ensayo análogo para ensamblajes de proteínas a escala nanométrica. Informes recientes de ensamblajes de proteínas fisiológicamente relevantes como intermedios de LLPS 19,21,22 sugirieron la necesidad de métodos equivalentes para interrogar la dinámica de ensamblaje y el intercambio dinámico entre ensamblajes y la fase diluida coexistente. Los grupos de proteínas pueden incluir coloides similares al vidrio detenidos cinéticamente producidos por la descomposición espinosa detenida, ensamblajes de equilibrio dinámico que intercambian monómeros u oligómeros de la fase diluida y grupos metaestables 23,24,25,26,27. Por lo tanto, la dinámica de ensamblaje de proteínas dependiente de la edad es clave para comprender los procesos físicos que impulsan la formación de ensamblajes de proteínas en el contexto de un comportamiento de fase más complejo.
Se han utilizado enfoques basados en FRET que analizan la interacción entre los ensamblajes de proteínas marcadas con fluoróforos de donantes y los ensamblajes de proteínas marcadas con fluoróforos aceptores para caracterizar la dinámica de grupos de proteínas metaestables21. Al mezclar estos grupos, la aparición de FRET demuestra el intercambio y el transporte de proteínas a los grupos21. Sin embargo, para algunas proteínas, como la reflectina A1, los grupos se forman y crecen continuamente durante la duración del experimento19. Para tales proteínas, se necesita un enfoque que desconvolucione el transporte unidireccional de proteínas en grupos, como podría ocurrir durante la formación continua de grupos detenidos dinámicamente, y el transporte bidireccional de proteínas entre ensamblajes.
Un enfoque de dilución de FRET logra esto a través de la dilución de fluoróforos (Figura 1), en la que una disminución en FRET significa transporte bidireccional de proteínas entre ensamblajes. Se prepararon conjuntos de proteínas de la proteína reflectina que contenían cantidades iguales de proteína marcada con fluoróforo aceptor o fluoróforo donante. Estos ensamblajes de reflectina comarcados se diluyeron con una solución que contenía ensamblajes de reflectina no marcados, y se analizó el intercambio dinámico de proteínas entre ensamblajes en función de la edad de ensamblaje. Este método distingue la formación continua de grupos de proteínas detenidas cinéticamente de los grupos dinámicos, incluidos, entre otros, grupos metaestables, grupos que crecen debido a la maduración de Ostwald o procesos de engrosamiento similares, grupos que crecen por fusión y grupos que no son intermedios a LLPS. No solo distingue entre estos diferentes mecanismos de intercambio dinámico, lo que requiere métodos ortogonales como la dispersión dinámica de la luz, el análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA) y los ensayos de Bradford19,21. Este protocolo describe métodos para la purificación de reflectina A1 de tipo salvaje y el mutante único que contiene cisteína A1-C232S, el marcado covalente de A1-C232S y el análisis de dilución FRET.
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Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Purificación de proteínas y etiquetado covalente
2. Series temporales FRET
3. Análisis de datos
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Después de diluir los conjuntos de reflectina A1 que contenían tanto la proteína marcada con fluoróforo del donante como la proteína marcada con fluoróforo aceptor con conjuntos de reflectina A1 no marcados, se observó una disminución inicial en la emisión de FRET a 588 nm en relación con los ensamblajes sin diluir (Figura 2A). FRET para ensamblajes de 0 min de edad fue similar al control positivo, y FRET para ensamblajes de 1620 min de edad (el tiempo entre la formación del ensamblaje y la ...
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Los autores no tienen nada que revelar.
La investigación fue apoyada por el Instituto de Biotecnologías Colaborativas a través de las subvenciones W911NF-19-2-0026 y W911NF-23-1-0330 de la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. El contenido de la información no refleja necesariamente la posición o la política del Gobierno, y no debe inferirse ningún respaldo oficial.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 10 μ Micropipeta de capacidad L | |||
| 2 μ Micropipeta de capacidad L | |||
| 2-[(5-fluoresceinil)aminocarbonil]etil metaniliosulfonato | Santa Cruz Biotechnologies | SC-216155 | CAS 351330-42-2 |
| 20 μ Micropipeta de capacidad L | |||
| 200 μ Micropipeta de capacidad L | |||
| Ácido 3-(N-Morfolino)propanosulfónico, 4-MorfolinoÁcido propanosulfónico | Sigma-Aldrich | M1254 | CAS 1132-61-2 |
| Ácido acético | Sigma-Aldrich | A6283 | CAS 64-19-7 |
| Acetonitrilo | Sigma-Aldrich | 34851-1L | CAS 75-05-8 |
| Agar en polvo | Carolina Biological | 842133 | CAS 9002-18-0 |
| Papel de aluminio | |||
| Filtro centrífugo Amicon Ultra, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC501008 | Capacidad de 0,5 ml |
| Filtro centrífugo Amicon Ultra, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC901008 | 15 ml de capacidad |
| balanza analítica | |||
| Benzonasa | Millipore-Sigma | 70664-3 | CAS 9025-65-4 |
| Reactivo de extracción de proteínas BugBuster | Millipore Sigma | 70584-3 | |
| Espectrómetro de fluorescencia Cary Eclipse | Cary-Eclipse | ||
| Cary Eclipse Software | |||
| Tubos de centrífuga Corning de 50 ml | Millipore-Sigma | CLS430829 | |
| Jeringas desechables, Luer-Lok 10 mL | Cole-Parmer | UX-12915-02 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418 | CAS 67-68-5 |
| Hielo seco | |||
| Sistema FPLC de doble bomba | |||
| Sistema HPLC de doble bomba | |||
| Etanol | Millipore Sigma | EX0280-3 | CAS 64-17-5 |
| Rotor centrífugo de pie de 500 ml de capacidad vial | |||
| Centrífuga de pie | |||
| Congelador, -80° C | |||
| Campana extractora | |||
| Clorhidrato de guanidina | Thermo Scientific | AAA135430B | 50-01-1 |
| Columna de cromatografía de intercambio catiónico HiTrap SP HP | Cytiva | 17115101 | |
| Ácido clorhídrico | Sigma-Aldrich | 258148-25ML | CAS 7647-01-0 |
| Incubadora | |||
| Isopropilo β-D-1-tiogalactopiranósido | Sigma-Aldrich | I6758-1G | |
| Sulfato de kanamicina | Sigma-Aldrich | K1637 | CAS 25389-94-0 |
| Liofilizador | |||
| Lisozima | Thermo Scientific | 90082 | |
| Barra de agitación magnética | |||
| Placa de agitación magnética | |||
| Micro electrodo de pH S7 | Metler Toledo | 51343160 | |
| Microcentrífuga con control de temperatura | |||
| Filtro de jeringa de PVDF Millex | Millipore | SLGVR33RS | 0.22 μ m, 33 mm de diámetro. |
| Filtro Milli-Q Millipak | Millipore Sigma | MPGP002A1 | |
| Sistema de purificación de agua ultrapura Milli-Q | Millipore Sigma | ||
| NaCl | Thermo Scientific | AA12314A9 | CAS 7647-14-5 |
| Frascos centrífugos Nalgene, estilo 3120 | Millipore-Sigma | B1283-4EA | Para granular bacterias |
| Laboratorio orbital agitador con incubadora | |||
| PC | |||
| Placas de Petri | Sigma-Aldrich | P5731-500EA | |
| Plásmido PJ411 | ADN 2.0 | ||
| Proteína LoBind Tubos cónicos | Eppendorf | EP30108302 | Capacidad de 5 ml |
| Proteína LoBind Tubos de microcentrífuga | Eppendorf | EP022431102 | Capacidad de 0,5 ml |
| Matraz Erlenmeyer con deflectores Pyrex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS44501 | Para incubar cultivos bacterianos |
| Vasos de precipitados Pyrex Griffin 2.000 mL | Millipore-Sigma | CLS10002L | Para todas las preparaciones de tampón y solución |
| Botellas redondas de almacenamiento de medios Pyrex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS13951L | Para el almacenamiento de todo el tampón y la preparación de la solución, utilícelo con filtros de matraz de vacío |
| Qiaprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| Refrigerador | |||
| Células competentes de Rosetta 2(DE3) | Novagen | 71397-3 | |
| Casetes de diálisis Slide-a-lyzer 10K MWCO | Thermo Scientific | PI66383 | Capacidad de 0,5 ml |
| Acetato de sodio trihidrato | Sigma-Aldrich | S8625 | CAS 6131-90-4 |
| Hidróxido sódico | Sigma-Aldrich | 567530-250GM | CAS 1310-73-2 |
| Filtro superior de botella de vacío Steritop | Millipore Sigma | S2GPT05RE | 0.22 μ Filtro estéril M |
| Submicrocubeta, capacidad de 50 uL | Células Starna | 16.40F-Q-10/Z15 | |
| metanoetiosulfonato de sulforodamina | Santa Cruz Biotechnologies | SC-220172 | CAS 386229-71-6 |
| Ácido trifluoroacético | Sigma-Aldrich | 106232-25G | CAS 407-25-0 |
| Triptona | Spectrum Chemical | T1333 | |
| Urea | Thermo Scientific | AAA123600E | CAS 57-13-6 |
| Espectrómetro UV-VIS | |||
| Extracto de levadura | Gibco | 211929 |
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