Ce protocole détaille les procédures de production recombinante de l’holoenzyme myosine-7a humaine à l’aide du système de baculovirus MultiBac et d’étude de sa motilité à l’aide d’un test de glissement de filament in vitro sur mesure.
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Ce protocole détaille les procédures de production recombinante de l’holoenzyme myosine-7a humaine à l’aide du système de baculovirus MultiBac et d’étude de sa motilité à l’aide d’un test de glissement de filament in vitro sur mesure.
La myosine-7a est une protéine motrice basée sur l’actine essentielle aux processus auditifs et visuels. Les mutations de la myosine-7a conduisent au syndrome d’Usher de type 1, la forme la plus courante et la plus grave de surdicécité chez l’homme. On suppose que la myosine-7a forme un complexe d’adhésion transmembranaire avec d’autres protéines Usher, essentiel à l’intégrité structurelle et fonctionnelle des cellules photoréceptrices et des cellules ciliées cochléaires. Cependant, en raison des défis liés à l’obtention de protéines pures et intactes, les mécanismes fonctionnels exacts de la myosine-7a humaine restent insaisissables, avec peu d’études structurelles et biomécaniques disponibles. Des études récentes ont montré que la myosine-7a de mammifère est un complexe moteur multimérique composé d’une chaîne lourde et de trois types de chaînes légères : la chaîne légère régulatrice (RLC), la calmoduline et la protéine 4 de type calmoduline (CALML4). Contrairement à la calmoduline, CALML4 ne se lie pas aux ions calcium. Les calmodulines, sensibles au calcium et insensibles, sont essentielles à la myosine-7a de mammifère pour un bon réglage fin de ses propriétés mécaniques. Ici, nous décrivons une méthode détaillée pour produire une holoenzyme humaine recombinante de myosine-7a à l’aide du système d’expression de la protéine MultiBac Baculovirus. Cela permet d’obtenir des quantités de milligrammes de protéines complètes de haute pureté, ce qui permet leur caractérisation biochimique et biophysique. Nous présentons en outre un protocole pour évaluer ses propriétés mécaniques et mobiles à l’aide de tests de motilité in vitro sur mesure et de microscopie à fluorescence. La disponibilité de la protéine myosine-7a humaine intacte, ainsi que le protocole de caractérisation fonctionnelle détaillé décrit ici, ouvrent la voie à d’autres investigations sur les aspects moléculaires de la myosine-7a dans la vision et l’audition.
Les myosines sont des protéines motrices moléculaires qui interagissent avec l’actine pour piloter de nombreux processus cellulaires 1,2,3,4. L’homme possède 12 classes et 39 gènes de la myosine5, qui sont impliqués dans un large éventail de fonctions physiologiques, telles que la contraction musculaire6 et les processus sensoriels7. Chaque molécule de myosine est un complexe multimérique composé d’une chaîne lourde et de chaînes légères. La chaîne lourde est divisée en régions de la tête, du cou et de la queue. La tête contient des sites de liaison à l’actine et aux nucléotides qui sont responsables de l’hydrolyse de l’ATP et de la génération de la force sur les filaments d’actine2. Le col est formé de plusieurs motifs IQ α-hélicoïdaux où un ensemble spécifique de chaînes lumineuses sont liés. Ensemble, ils fonctionnent comme un bras de levier pour amplifier les changements conformationnels du moteur en grands mouvements 8,9,10. La queue contient des sous-domaines spécifiques à une classe et joue un rôle régulateur dans l’ajustement de l’activité motrice de la myosine et la médiation des interactions avec les partenaires de liaison cellulaire 2,11.
La myosine humaine 7a, membre des myosines de classe 7, est essentielle aux processus auditifs et visuels12,13. Les motifs IQ de la myosine-7a humaine sont associés à une combinaison unique de chaînes légères, y compris la chaîne légère régulatrice (RLC), la calmoduline et la protéine 4 de type calmoduline (CALML4)14,15,16. En plus de stabiliser le bras de levier, ces chaînes légères régulent les propriétés mécaniques de la myosine-7a en réponse à la signalisation calcique, une caractéristique qui semble être unique à l’isoforme14 des mammifères.
Des défauts dans le gène codant pour la chaîne lourde de la myosine-7a (MYO7A/USH1B) sont responsables du syndrome d’Usher de type 1, la forme la plus grave de perte combinée de la vision et de l’ouïe chez l’homme17. De plus, le gène de la chaîne légère CALML4 fait partie des gènes candidats cartographiés pour contenir l’allèle causal de l’USH1H, une autre variante du syndrome d’Usher de type 115,18. Dans la rétine, la myosine-7a est exprimée dans l’épithélium pigmentaire rétinien et les cellules photoréceptrices13. Il a été impliqué dans la localisation des mélanosomes dans l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR)19 et la phagocytose des disques du segment externe des photorécepteurs par les cellules EPR20. Dans l’oreille interne, la myosine-7a se trouve principalement dans les stéréocils, où elle joue un rôle essentiel dans l’établissement des faisceaux de cheveux et dans le déclenchement du processus de transduction mécano-électrique 12,21,22.
Si l’importance de la myosine-7a dans les cellules sensorielles est bien établie, ses mécanismes fonctionnels au niveau moléculaire restent mal compris. Cette lacune dans les connaissances est en partie due aux défis liés à la purification de la protéine intacte, en particulier de l’isoforme de mammifère. Récemment, des progrès significatifs ont été réalisés en utilisant le système MultiBac pour exprimer de manière recombinante l’holoenzyme14 complète de la myosine humaine 7a. Cette avancée a permis des caractérisations structurales et biophysiques de cette protéine motrice, conduisant à la découverte de plusieurs propriétés uniques de la myosine-7a humaine qui sont spécifiquement adaptées aux fonctions auditives des mammifères14,23.
Le système MultiBac est une plate-forme avancée de cellules de baculovirus/insectes spécialement conçue pour l’expression de complexes multimériques eucaryotes24,25. Une caractéristique clé de ce système est sa capacité à héberger plusieurs cassettes d’expression génique, chacune codant pour une sous-unité du complexe, au sein d’un seul baculovirus MultiBac. L’assemblage des cassettes d’expression multigénique est facilité par un module dit de multiplication : un site d’endonucléase à tête chercheuse (HE) et un site BstXI conçu par correspondance flanquant les sites de clonage multiple (MCS). Ce module permet l’assemblage itératif d’une cassette d’expression unique par restriction/ligature, en tirant parti du fait que les sites de restriction HE et BstXI sont éliminés lors de leur ligature. Dans cet article, la chaîne lourde de la myosine-7a humaine, la RLC, la calmoduline et le CALML4 sont chacun clonés dans le module de multiplication du vecteur pACEBac1 (Figure 1A), qui sont ensuite assemblés en une cassette d’expression multigénique par le processus itératif (Figure 1B). La cassette multigénique de la myosine-7a est intégrée dans le génome du baculovirus (bacmid) par la transposition de l’élément mini-Tn7 du vecteur pACEBac1 vers le site cible de la mini-attTn7 dans le génome (Figure 1C). Suivant les procédures de purification du bacmid, de production et d’amplification du baculovirus (figures 1D, E), le baculovirus recombinant myosine-7a MultiBac est préparé et peut être utilisé pour la production de protéines à grande échelle (figure 1F). De plus, les chaînes légères de myosine-7a peuvent être produites séparément chez E. coli et purifiées à l’aide d’une étiquette His6-SUMO clivable 26,27,28. Les chaînes légères purifiées sont utiles pour étudier leur dynamique de liaison et la régulation de la myosine-7a.
La protéine myosine-7a purifiée peut être soumise à des études structurales, biochimiques et biophysiques pour mieux comprendre la régulation structurelle-fonctionnelle de cette protéine motrice. De plus, ses interactions avec le réseau d’actine et d’autres protéines de liaison29 peuvent être examinées à l’aide de diverses approches de reconstitution in vitro. Les résultats de ces analyses éclaireront les propriétés biophysiques de cette myosine, conduisant à une compréhension mécaniste de la façon dont la myosine-7a entraîne les changements cytosquelettiques et, en fin de compte, façonne la morphologie et la fonction uniques des cellules sensorielles. Dans cet article, nous détaillons un flux de travail pour le test de glissement des filaments d’actine qui a été spécifiquement adapté à la myosine-7a de mammifère. Le test de glissement des filaments d’actine est un test de motilité in vitro robuste qui étudie quantitativement le mouvement des filaments d’actine fluorescents propulsés par un grand nombre de moteurs de myosine immobilisés sur une surface de lamelle 30,31,32. Les avantages de ce test comprennent sa simplicité d’installation, ses exigences minimales en matière d’équipement (un microscope à fluorescence à grand champ équipé d’un appareil photo numérique) et sa grande reproductibilité. De plus, comme le mouvement des filaments d’actine est entraîné par un groupe de moteurs de myosine immobilisés, ce test est particulièrement utile pour étudier la motilité des myosines monomères telles que la myosine-7a14,33. Les protocoles comprennent plusieurs modifications, allant des procédures expérimentales à l’analyse d’imagerie, spécifiquement adaptées aux propriétés mobiles uniques de la myosine-7a de mammifère. Grâce à la disponibilité de la protéine myosine-7a intacte et au protocole de caractérisation fonctionnelle décrit ici, cet article jette les bases d’une étude plus approfondie des rôles moléculaires de la myosine-7a dans les processus physiologiques et pathologiques.
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REMARQUE : Nous décrivons ici un protocole permettant de synthétiser l’holoenzyme humaine intacte myosine-7a et de caractériser sa motilité in vitro. Ce protocole est divisé en trois sections : premièrement, l’expression de la myosine-7a humaine à l’aide du système d’expression de la protéine du baculovirus MultiBac ; Deuxièmement, la purification des chaînes légères de myosine-7a séparément à l’aide du système E.coli His6-SUMO ; et enfin, l’étude de la motilité de la myosine-7A humaine à l’aide du test de glissement des filaments d’actine.
1. Production de complexes myosine-7a basée sur le système MultiBac
2. Purification des chaînes légères RLC et CALML4 à l’aide du système E. coli His6-SUMO (7 jours)
REMARQUE : Jours 1 à 4 - Clonage et purification des plasmides. Jour 5 - Transformation bactérienne. Jours 6-7 - Purification, aliquotage et congélation des protéines finales.
3. Test de glissement du filament d’actine adapté à la myosine-7a (3 h)
REMARQUE : Les méthodes utilisées dans cette section sont similaires à celles décrites pour d’autres myosines31 , les principales modifications étant l’incubation et l’application de la myosine dans un tampon à haute force ionique et le long intervalle nécessaire pour obtenir une mesure précise des déplacements d’une image à l’autre.
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Le complexe myosine-7a purifié et les protéines à chaînes légères peuvent être évalués par électrophorèse sur gel SDS-PAGE, comme le montre la figure 3. La bande au-dessus du marqueur de 200 kDa correspond à la chaîne lourde de la myosine-7a (255 kDa). Les trois bandes qui migrent entre les marqueurs de 22 et 14 kDa de haut en bas sont respectivement RLC (20 kDa), calmoduline et CALML4. Alors que la calmoduline et CALML4 ont un poids moléculaire similaire d’environ 17 kDa, les deux protéines...
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Voici un protocole détaillé pour la production de la protéine myosine-7a humaine recombinante à partir de cellules d’insectes. Bien que le système Sf9/baculovirus ait été utilisé pour produire une variété de myosines 40,41,42,43, ce n’est que récemment que la myosine-7a de mammifère a été purifiée avec succès à l’aide du système de baculovirus MultiBac
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Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Nous remercions le centre d’imagerie microscopique et le centre de fonction visuelle et de morphologie de l’Université de Virginie-Occidentale pour la discussion et l’aide à l’analyse des images. Ce travail est soutenu par les fonds de démarrage menant à la permanence de la faculté de médecine de l’Université de Virginie-Occidentale à R.L. Ce travail est également soutenu par le Centre d’excellence en recherche biomédicale (Vs-CoBRE) (P20GM144230) de l’Institut national des sciences médicales générales (NIGMS) et le Réseau d’excellence en recherche biomédicale de Virginie-Occidentale (WV-INBRE) (P20GM103434).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Tubes de microcentrifugation de 1,7 mL | VWR | 87003-294 | |
| 1X FLAG Peptide | GenScript | N/A | Synthèse peptidique personnalisée |
| 22x22mm N° 1,5 lamelles | VWR | 48366-227 | |
| 250 mL Tubes à centrifuger coniques | Nunc | 376814 | |
| 250 mL Erlenmyer Shaker Flask | ventilé IntelixBio | DBJ-SF250VP | |
| 2-Mercaptoethanol | VWR | M131 | |
| 75x25x1 mm Lames de microscope Vistavision | VWR | 16004-42 | |
| Protéine d’actine (>99 % pure) | Cytosquelette | AKL99 | |
| Amicon Ultra-0.5 Unité de filtre centrifuge | Millipore Sigma | UFC510024 | |
| Amicon Ultra-4 Unité de filtre centrifuge | Millipore Sigma | UFC801024 | |
| ANTI-FLAG M2 Affinity Gel | Millipore Sigma | A2220 | |
| ATP | Millipore Sigma | A7699 | |
| ATP | Millipore Sigma | A7699 | |
| Colonne de chromatographie jetable Bio-Spin | Bio-Rad | 732-6008 | |
| BL21 Competent E. coli | New England Biolabs | C2530H | |
| Bluo-Gal | Thermo Fisher | ||
| Albumine sérique bovine | Millipore Sigma | 5470 | |
| BstXI Enzyme | New England Biolabs | R0113S | |
| Calmoduline | Millipore Sigma | 208694 | |
| Catalase | Millipore Sigma | C40 | |
| Champion pET-SUMO Système d’expression | Thermo Fisher | K30001 | |
| Cocktail d’inhibiteurs de protéase sans EDTA Roche | Diagnostics | 5056489001 | |
| Cutsmart Buffer | New England Biolabs | B6004S | |
| DL-Dithiothreitol | Millipore Sigma | DO632 | |
| DL-Dithiothreitol | Millipore Sigma | DO632 | |
| DNase I, Spectrum Chemical | Fisher Scientific | 18-610-304 | |
| Ruban adhésif double face | Office Depot | 909955 | |
| EGTA, Biologie moléculaire | Grade Millipore Sigma | 324626-25GM | |
| EGTA, Biologie moléculaire | Grade Millipore Sigma | 324626-25GM | |
| Ethanol | Thermo Fisher | BP2818 | |
| ExpiFectamine Sf Refection Reagent | Gibco | A38915 | |
| FAST program | http://spudlab.stanford.edu/fast-for-automatic-motility-measurements; ; | ||
| Fisherbrand ; Modèle 505 Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FB505110 | |
| Gentamicin Solution | Gibco | 15710-064 | 10 mg/mL dans de l’eau distillée |
| Glucose | Millipore Sigma | G5767 | |
| Glucose Oxidase | Millipore Sigma | G2133 | |
| Glycérol | Invitrogen | 15514-011 | |
| Résine | de cobalt HisPurThermo Fisher | 89966 | |
| I-CEUII Enzyme | New England Biolabs | R0699S | |
| Stabilisateur d’image Plugin | https://www.cs.cmu.edu/~kangli/code/Image_Stabilizer.html | ||
| ImageJ FIJI | https://imagej.net/Fiji/Downloads | ||
| Imidazole | Millipore Sigma | I2399 | |
| In-Fusion Snap Assembly Master Mix | TaKaRa | 638948 | |
| IPTG | Thermo Fisher | 15529019 | |
| Isopropanol | Fisher Scientific | A451SK | |
| Kanamycin | Fisher Scientific | AAJ67354AD | |
| Pointes de pipette à grand orifice | Fisher Scientific | 02-707-134 | 1-200uL |
| LB Agar, Poudre prête à l’emploi | Thermo Fisher | J75851-A1 | |
| Inhibiteur de la lupeptine protéase | Thermo Fisher | 78435 | |
| Chlorure de magnésium | Thermo Fisher | J61014.=E | 1M |
| Chlorure de magnésium | Thermo Fisher | J61014.=E | 1M |
| Efficacité maximale DH10Bac Cellules compétentes | Gibco | 10361012 | |
| Tubes de microcentrifugation, 1,7 mL | VWR | 87003-294 | |
| Tubes de microcentrifugation, 1,7 ml | VWR | 87003-294 | |
| 1,7 ml | VWR | 87003-294 | |
| Modèle Nikon : Eclipse Ti avec système H-TIRF avec objectif | |||
| TIRF Caméra de microscope Appareil | de microscope ORCA-Fusion BT | ||
| Andor iXon Ultra | |||
| Miller' s LB Bouillon | Corning | 46-050-CM | |
| MOPS | Millipore Sigma | M3183 | |
| MOPS | Millipore Sigma | M3183 | |
| NanoDrop One/OneC Spectrophotomètre UV-Vis microvolume | Thermo Fisher | ND-ONE-W | |
| NanoDrop One/OneC Spectrophotomètre UV-Vis microvolume | Thermo Fisher | ND-ONE-W | |
| NEB 5-alpha E.coli compétent (haute efficacité) | New England Biolabs | C2987H | |
| NEBuffer r3.1 | New England Biolabs | B6003S | |
| NIS Elements | Nikon | ||
| NIS-Elements | Nikon | ||
| Nitrocellulose | LADD Research Industries | 53152 | |
| Opti-MEM I Sérum réduit Medium | Gibco | 31985070 | |
| pACEBac1 Vector | Geneva Biotech | ||
| Parafilm | Millipore Sigma | P7793 | |
| PMSF | Millipore Sigma | 78830 | |
| PureLink RNase A (20 mg/mL) | Invitrogen | 12091021 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | QIAGEN | 27106 | |
| QIAquick Gel Extraction Kit (50) | QIAGEN | 28704 | |
| QIAquick PCR Purification Kit (50) | QIAGEN | 28104 | |
| Quick CIP | New England Biolabs | M0525S | |
| Rhodamine phalloidin | Invitrogen | R415 | |
| S.O.C. Medium | Invitrogen | 15544034 | |
| SENP2 protéase | PMID :17591783 | Purifiée en laboratoire | |
| Cellules Sf9 | Thermo Fisher | 11496015 | |
| Sf-900 III SFM (1X) - Média sans sérum Complet | Gibco | 12658-027 | |
| Cassettes de dialyse Slide-A-Lyzer G3, 10K MWCO, 3 mL | Thermo Fisher | A52971 | |
| Chlorure de sodium | Millipore Sigma | S7653 | |
| Chlorure de sodium | Millipore Sigma | S7653 | |
| Système de filtration jetable sous vide à dégagement rapide Stericup | Millipore Sigma | S2GPU01RE | |
| Superdex 75 Increase 10/300 GL | Cytiva | 29148721 | |
| T4 DNA Ligase | New England Biolabs | M0202S | |
| T4 DNA Ligase Buffer - 10X avec 10 mM d’ATP | New England Biolabs | B0202A | |
| Chlorhydrate de tétracycline | Millipore Sigma | T7660-5G | |
| Tris | Millipore Sigma | 10708976001 | |
| Triton X | American Bioanalytical | 9002-93-1 |
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