כאן, אנו מציגים פרוטוקול מסך חלבון חוץ-תאי מיקרו-מערכים זיהוי הקולטן הרומן-ליגנד אינטראקציות תפוקה גבוהה. אנו גם מתארים שיטה כדי לשפר זיהוי של אינטראקציות חלבון ארעי באמצעות קומפלקסים של חלבונים-microbead.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול מסך חלבון חוץ-תאי מיקרו-מערכים זיהוי הקולטן הרומן-ליגנד אינטראקציות תפוקה גבוהה. אנו גם מתארים שיטה כדי לשפר זיהוי של אינטראקציות חלבון ארעי באמצעות קומפלקסים של חלבונים-microbead.
גורמים המופרש, קולטני ממברנה-קשורה ושותפים שמעצבת את הרגולטורים העיקריים של התקשורת הסלולארית. והתחלה איתות cascades במהלך הומאוסטזיס ומחלות, וככזה מייצגים עיקרי מטרות טיפוליות. למרות הרלוונטיות שלהם, רשתות אינטראקציה אלה נותרו באופן משמעותי underrepresented במסדי הנתונים הנוכחי; לכן, ביותר חוץ-תאית חלבונים שיהיה אין שותף מחייב מתועדת. חוסר התאמה זה נובע בעיקר האתגרים הקשורים בחקר החלבונים חוץ-תאית, כולל ביטוי של חלבונים פונקציונליים, ואינטראקציות בזיקה חלש, נמוך, חלבון שנוצר לעיתים קרובות בין קולטני פני שטח התא. מטרת שיטה זו היא לתאר את הדפסת ספריה של חלבונים חוץ-תאית בתבנית microarray להקרנה של אינטראקציות חלבון-חלבון. כדי לאפשר זיהוי של אינטראקציות חלשות, מתוארת שיטה המבוססת על multimerization של החלבון שאילתה שנבחנה. מצמידים לגישה זו מבוססת על microbead multimerization על multivalency מוגברת, microarray חלבון מאפשרת זיהוי חזקים של אינטראקציות חלבון ארעי תפוקה גבוהה. שיטה זו מציעה מדגם מהיר ונמוך לצרוך-גישה לזיהוי של אינטראקציות חדשות החלות על כל חלבון חוץ-תאית. חלבון microarray הדפסה וסינון פרוטוקול מתוארים. טכנולוגיה זו תהיה שימושית עבור חוקרים המבקשים שיטה חזקה של גילוי של אינטראקציות חלבון בחלל חוץ-תאית.
השיטה שנסקרו כאן מתאר ההדפסה של אוסף של חלבונים חוץ-תאית בתבנית microarray, ואחריו שיטה להקרנה של מטרה עניין נגד בספריה זו. זיהינו את החלבון multimerization כצעד מכריע לצורך זיהוי של אינטראקציות מאופיין על ידי איגוד נמוך הזיקות. כדי לשפר זיהוי של אינטראקציות אלה, אנו מתארים פרוטוקול מבוסס על multimerization של החלבון שאילתה עניין באמצעות גרגרי.
מופרש, תא השטח הביע חלבונים (הנקרא באופן קולקטיבי חלבונים חוץ-תאית) יחד עם שותפים שמעצבת את הרגולטורים מפתח תקשורת סלולרית, איתות ואינטראקציה עם microenvironment. הם חיוניים, לכן, בוויסות תהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים רבים. בערך רבע של הגנום האנושי (≈5, 000 חלבונים) מקודד חלבונים חוץ-תאית, אשר, בהתחשב שלהם משמעות, נגישות לתרופות מועברות באופן שיטתי, מייצגים מטרות המפתח עבור פיתוח תרופה1. כתוצאה מכך, חוץ-תאית חלבונים מייצגים יותר מ 70% של המטרות חלבון עם פעולה תרופתי ידוע עבור תרופות שאושרו על השוק, המכונה "פרוטאום druggable". למרות החשיבות שלהם, שפע, הרשתות אינטראקציה (אפי) חלבון חוץ-תאית נשארים להפליא underrepresented במסדי הנתונים הזמינים. . זאת באופן מהותי בשל האופי הביוכימי המורכב של החלבונים חוץ-תאית, שמונע את האפיון שלהם באמצעות טכנולוגיות הזמינה ביותר2... ראשית, קרום חלבונים קשים solubilize, תהליך זה כרוך לעתים קרובות תנאים קשים כביסה וחומרי ניקוי; שנית, חלבונים חוץ-תאית לעתים קרובות חוסר שינויים post-translational רלוונטי כגון גליקוזילציה כי הם נעדרים כאשר חלבונים אלה באים לידי ביטוי נפוץ המשמש במערכות heterologous. בסופו של דבר, אינטראקציות בין רצפטורים, כגון קולטנים לעבודה הביעו על תאים חיסוניים, הם לעיתים קרובות ארעי, המאופיינת הזיקות נמוך מאוד (KD μM ~ 1 ל > 100 μM טווח). בסך הכל, הטבע של חלבונים אלה ואיגוד שלהם שותפים רינדור נרחב ביותר מנוצל טכנולוגיות, כגון זיקה טיהור/ספקטרומטריית (AP/MS) או שמרים-שני-היברידית, מתאימים לצורך זיהוי של אינטראקציות במרחב חוץ-תאית 2 , 3.
בניסיון להתגבר על אתגרים טכניים אלה ולהאיץ את הגילוי של אינטראקציות הרומן חלבונים חוץ-תאית, פיתחנו4,5microarray חלבון חוץ-תאית כיסוי גבוהה. מיקרו-מערכים מציעים את היתרון של יצירת משטחים בצפיפות גבוהה עם כמויות קטנות של המדגם, נתונות בדרך כלל מחקרים תפוקה גבוהה. חלבון מבוססי microarray מחקרים בעבר סיפקו תובנות רלוונטיות אינטראקציות חלבון עבור אורגניזמים מספר דגם, אמנם בעיקר תוך התמקדות על אינטראקציות cytosolic או חלבון ספציפי משפחות6,7, 8. לעומת זאת, עבודה מוגבל סיים לחקור אינטראקציות חלבון חוץ-תאית באמצעות טכנולוגיה זו. פיתחנו שיטה microarray חלבון כדי לאפשר מחקרים של ePPIs על ידי בניית ספרייה מקיפה ומגוונת מאוד של חלבונים מטוהרים המופרש והביע קולטנים (STM) transmembrane יחיד רקומביננטי כמו תחומים חוץ-תאית (ECD) מחובר לגבו תגיות נפוצות עבור טיהור זיקה4. ההצלחה של המסכים microarray חלבון מתבסס בעיקר על הקמת ספריה חלבון באיכות גבוהה. ביטוי של חלבון ספריית והן השאילתה, בתרבית של תאים או תאים חרקים מעדיפים נבחרו כמערכות ביטוי heterologous, כדי להבטיח תוספת נכונה של שינויים post-translational כגון אגרות חוב גליקוזילציה או disulphide. מרחביות-דף, גודל אי-הכללה של כרומטוגרפיה, אור לייזר רב זווית פיזור הן טכניקות נפוצות מנוצל כדי להעריך את איכות חלבון רקומביננטי. הספרייה חלבון הוא הבחין על גבי שקופיות epoxysilane ואז ומאוחסנים ב-20 ° C לשימוש ארוך טווח. ריכוז חלבון מעל 0.4 מ"ג/מ"ל מומלצים עבור פרוטוקול המתואר להלן. לכן, נמוך-ביטוי חלבונים עשויה לדרוש צעד ריכוז לפני הדפסת דוגמת ואחסון. למרות זאת, יתרון הראשי של טכניקה זו הוא נפח קטן של החלבון הנדרש (μg 50 של חלבון מספיקה לבצע > מסכי 2,000), לצד צריכת חלבון שאילתה מינימלי (20-25 μg לכל מסך כפילויות). באמצעות פרוטוקול הציוד שמתואר כאן, בתנאי ספריות זמינים, ניתן להפיק תוצאות השאילתה בודדים חלבונים תוך יום עבודה אחד.
האתגר העיקרי באיתור אינטראקציות חלבון בסביבה חוץ-תאית נובע טבעם כאופייני חלש או ארעית, שמונע את זיהוי באמצעות מתודולוגיות הנפוצות ביותר. הגדלת ובצמא מחייב את מאוד משפר את הרגישות לגילוי חלבון חלש אינטראקציות9,10,11. מבוסס על עיקרון זה פיתחנו שיטה כדי multimerize את החלבונים שאילתה (המבוטא פיוז'ן Fc) באמצעות חלבון חרוזים מצופים A4,5. כדי למנוע כל איון פוטנציאלי של החלבון שאילתה על-ידי תיוג אקראי, אנחנו במקום תווית לא רלוונטית האנושי בנוגדנים G עם Cy5 ולהוסיף אותו יחד עם החלבון השאילתה החרוזים חלבון א', וכך למנוע פריטים בשל הבניין ישירה של לצבוע את החלבון עניין. בהתחשב את הזיקות micromolar של מספר זוגות קולטן שיתוף, מתחמי multivalent מאוד לשפר את האות לרעש יחס, לעומת Fc-fusion שאילתה חלבונים מוקרן חלבונים מסיסים4.
לסיכום, המטרה של פרוטוקול זה היא לתאר את הכנת שקופיות microarray המכיל ספריה חלבון חוץ-תאית קיימים עבור זיהוי של קולטן-ליגנד אינטראקציות. אנו בודקים את השלבים עבור שקופית הדפסה, ואחריו פרוטוקול להקרנה של חלבון עניין נגד הספרייה חלבון חוץ-תאית. יתר על כן, אנו מתארים שיטה לגילוי משופרת של ePPIs מבוסס על גרגרי להשגת ובצמא מוגברת של החלבון שנבחנה. חלבון חוץ-תאית הטכנולוגיה microarray המתוארים כאן מייצג גישה מהירה, עמיד ויעיל של ההקרנה וכן זיהוי אפי הרומן עם יחס חיובי-false נמוכה, על ידי ניצול מיקרוגרם בלבד, כמויות החלבון השאילתה תחת החקירה. טכנולוגיה זו הניע מחקרים רבים שסיפקו תובנות רלוונטיות תאיים לא מוכרת, איתות המסלולים למגוון רחב של קולטנים12,13, לרבות נגיפי immunoregulators14, יכול להיות מנוצל כדי לבטל את orphanize חלבון חוץ-תאית בכל עניין.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. דור של ספריה של חלבונים אנושיים חוץ-תאית
2. הדפסה Microarray חלבון חוץ-תאית
3. הכנת קומפלקסים Multivalent פיתיון
הערה: אינטראקציות בין חלבונים חוץ-תאית מאופיינים לעתים קרובות על ידי הזיקות נמוכה. כדי לאפשר זיהוי של אינטראקציות אלה על-ידי הגדלת איגוד ובצמא, בגישה multivalent מבוסס על לכידת החלבון שאילתה, המבוטא מתויג Fc ECD, על חלבון מצופים של גרגרי היה מפותח4.
4. חוץ-תאית חלבון Microarray סינון ועיבוד.
הערה: ישנם מספר יצרנים המספקים פלטפורמות עיבוד אוטומטי. אם תחנה הכלאה אינו זמין, ניתן לבצע את הפעולות הבאות באופן ידני, המבטיח כי יש נפח מספיק של המאגר כדי לשמור את השקופיות שקוע בכל עת.
5. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תיאור סכמטי של זרימת העבודה עבור טכנולוגיית microarray חלבון חוץ-תאית מוצג באיור1. וברגע שהשקופיות microarray המכיל ספריית חלבון חוץ-תאית זמינים, ההקרנה של החלבון עניין וניתוח נתונים יכולה להסתיים תוך יום אחד. רבים רלוונטי מבחינה פיזיולוגית האינטראקציות בין קולטני ממברנה-מוטבע מאופיינים על ידי איגוד חלש מאוד החוזקות (KD בטווח micromolar). כדי לשפר זיהוי של אינטראקציות כאלה, פותחה שיטה המבוססת על השאילתה multimerization חלבון (המבוטא פיוז'ן Fc)-חלבו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מספר משמעותי של קולטנים יתומה הגנום האנושי ו הרומן שותפים שמעצבת להמשיך להופיע חלבונים חוץ-תאית עם ליגנדים מאופיין בעבר. הגדרת קשרי הגומלין ליגנד לקולטן של האדם ואורגניזמים דגם חיוני להבין את המנגנונים מכתיב תקשורת סלולרית במהלך הומאוסטזיס, וכן dysregulation למחלות, ולהודיע לכן חדשות או משופרות אפשרויות טיפוליות. למרות זאת, זיהוי של אינטראקציות חלבון חוץ-תאית על ידי טכנולוגיות בשימוש נרחב ייצג חסם משמעותי בעיקר בשל האתגרים הטכניים משויך את הביוכימיה של קולטני הסלולר ובין שותפותיהן אינטראקציה. בדו ח זה אנו מתארים את השימו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
B.H., S.R-R ו- N.M-M. הם עובדים Genentech ומניות עצמו בקבוצה Genentech בע מ/רושה.
אנו מודים Philamer Calses, קובי יואן על באורח קשה לקרוא את כתב היד. . אנחנו אסירי תודה רנדי ין לקבלת עצה טכנית מצוינת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| גליצרול טהור במיוחד בדרגת MB | USB Corporation | 56-81-5 | אחסון חלבון |
| SeptoMark מאגר חוסם | Zeptosens | BB1, 90-40 | חסימת מאגר מיקרו-מערך שקופיות |
| אלבומין סרום בקר | Roche | 03-117-957-001 | בקרת שקופיות להתאמת מסכה (אופציונלי) |
| צלחות פוליפרופילן מרובות בארות | Greiner Bio One | 82050-678 | אחסון חלבון |
| צלחות פוליפרופילן מרובות בארות | Arrayit | MMP384 | הדפסת שקופיות |
| NanoPrint LM60, או מגע דומה מיקרו-מערך | Arrayit | NanoPrint LM60, או מיקרו-מערך מגע דומה | הדפסת שקופיות |
| מיקרו סיכות איתור | Arrayit | מיקרו סיכות איתור הדפסת | שקופיות |
| תחנת חסימת ZeptoFOG | תחנת חסימה ZeptoFOG, 1210 | חסום שקופיות לאחר הדפסת | |
| אבקת חלב רזה | Thermo Fisher | LP0031 | פתרון |
| חסימהשקופית זכוכית מצופה אפוקסיסילן | Nextrion Slide E | 1064016 | Microarray שקופיות |
| מחזיק זכוכית וסט מתלה שקופיות | Wheaton | 900303 | אחסון שקופיות |
| Cy5 צבע מונו-ריאקטיבי | GE Healthcare | PA23031 | תיוג אלבומין |
| Cy5 צבע מונו-ריאקטיבי | GE Healthcare | PA25001 | תיוג IgG אנושי עמוד |
| התפלה Pro-spin | פרינסטון הפרדות | CS-800 | הסר צבע חופשי |
| אטם רדיד אלומיניום דבק | AlumaSeal | F-384-100 | חותם לוחות מלאי |
| בקבוקונים קריוגניים פוליפרופילן | 430658 | בקבוקוני מאסטר לאחסון ספריית חלבון | |
| מיקרו-חרוזים | Miltenyi | 120-000-396 | מולטימריזציה של חלבון |
| IgG אנושי | ג'קסון Immunoresearch | & נ.ב.פ; 009-000-003 | IgG לא רלוונטי לסימון |
| חלבון A | סיגמא | P7837 | Microarray חסימת שקופיות |
| תחנת היברידיזציה, a-Hyb או תחנת | Miltenyi | דומה, a-Hyb או דומה | עיבוד מיקרו-מערך אוטומטי (אופציונלי) |
| סורק GenePix 4000B או | התקנים מולקולריים | סורק GenePix 4000B או דומה | סריקת שקופיות |
| GenePix Pro או תוכנת חילוץ נתונים שווה ערך | מכשירים | מולקולרייםGenePix Pro או תוכנת חילוץ נתונים שווה ערך | נתונים |
| אות P4.1 | DTU ביואינפורמטיקה, תוכנה מקוונת של האוניברסיטה הטכנית של דנמרק | כלי חיזוי לקביעת נוכחות ומיקום של אתרי מחשוף פפטיד אותות | |
| TMHMM 2.0 שרת DTU | ביואינפורמטיקה, תוכנה מקוונת של האוניברסיטה הטכנית של דנמרק | חיזוי סלילי טרנסממברנה בחלבונים | |
| פוביוס | תוכנה מקוונת של המרכז לביואינפורמטיקה בשטוקהולם | טופולוגיה טרנסממברנית משולבת ומנבא פפטיד אותות | |
| TOPCONS | תוכנה מקוונת | אוניברסיטת שטוקהולם | חיזוי טופולוגיית ממברנה ופפטידי אותות |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.