כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר את מפרטי התכנון, תקני בקרת האיכות ומערכת האימות הפונקציונלית של TAT-PIP, פפטיד מעכב שינוי לאחר תרגום.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר את מפרטי התכנון, תקני בקרת האיכות ומערכת האימות הפונקציונלית של TAT-PIP, פפטיד מעכב שינוי לאחר תרגום.
חלבונים הם המוציאים לפועל העיקריים של פעילויות החיים ומווסתים ברמות שעתוק, תרגום ושינוי לאחר תרגום (PTM). יתר על כן, PTM מייצג מנגנון מסובך יותר לוויסות פעילויות חלבון שכן לחלבון יש בדרך כלל סוגים שונים של PTMs ואתרים מרובים עבור PTM ספציפי. ניתן להשתמש בטרנספקציה של פלסמיד או לנטי-וירוס ואדנווירוס בסינון ראשוני של אתר ה-PTM החשוב מבחינה תפקודית בין כל האתרים שזוהו; עם זאת, שיטות אלו תמיד מתמודדות עם אתגרים כמו יעילות נמוכה בכניסת תאים ורקמות, עלויות גבוהות וגוזלות זמן, תגובה חיסונית פוטנציאלית וכו'. כדי לטפל בכך, פיתחנו לאחרונה והשתמשנו בהצלחה בסוג של פפטיד משולב שנקרא TAT-PIP, TAT-מצומד PTM מעכב פפטיד. TAT-PIP מורכב ממודול TAT המאפשר כניסת תאים ורקמות ומודול PIP המפחית באופן ספציפי את ה-PTM באתרים ממוקדים באמצעות קשירה תחרותית. כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר את מפרטי התכנון, תקני בקרת האיכות ומערכת האימות הפונקציונלית של TAT-PIP. בסעיף העיצוב, אנו מתארים את העקביות, האורך האופציונלי, הספציפיות והשימור של TAT-PIP. לאחר מכן, אנו מציגים את דרישות בדיקת האיכות של TAT-PIP, המבטיחות את יעילותו ובטיחותו. ביישום החלק של TAT-PIP, הצגנו את מבחן שיפוע הריכוז של TAT-PIP, תהליך הדגירה של התאים שנבדקו והזיהוי הפנוטיפי שלאחר מכן. לסיכום, אנו מתארים שיטה יעילה לסינון אתרי PTM על ידי הפלה סלקטיבית של אתר ספציפי והתבוננות בפנוטיפ המתקבל כדי להסיק את תפקודו. בשל עלותה הסינתטית הנמוכה ויעילותה הגבוהה, שיטה זו מתגברת על מגבלות הטכנולוגיות הקיימות, כגון טרנספקציה של פלסמיד.
חלבונים הם המוציאים לפועל העיקריים של פעילויות החיים, ותהליכי הבקרה הביולוגיים שלהם כוללים שני היבטים מרכזיים של ויסות ביטוי גנים - שעתוק גנים ותרגום mRNA. עם זאת, במהלך העשורים האחרונים, שינוי לאחר תרגום (PTM) הפך למנגנון הכרחי נוסף לוויסות תפקודים תאיים1. זרחון, ה-PTM המוכר ביותר לחוקרים, ממלא תפקיד חשוב במיוחד בתפקודים פיזיולוגיים. לדוגמה, לאחר שקינאז מווסת אותות חוץ-תאיים (ERK) עובר זרחון על ידי MEK קינאז באתרי Thr202 ו-Tyr204, הקונפורמציה שלו משתנה, וחושפת את האתר הפעיל, המפעיל חלבוני מטרה במורד הזרם, כגון גורמי שעתוק2. לעומת זאת, כאשר ה-N-terminal Ser9 של GSK-3β עובר זרחן על ידי Akt/PKB קינאז, כיס קשירת המצע שלו נחסם, מה שמוביל לאובדן פעילות קינאז3. Ubiquitination הוא PTM חשוב נוסף המווסת תהליכים תאיים שונים באמצעות התקשרות קוולנטית של מולקולות יוביקוויטין לחלבוני סובסטרט. יוביקוויטין מכיל 7 שאריות ליזין (K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63) ומתיונין N-terminal (M1). הקישור של שרשראות יוביקוויטין באתרים שונים מקנה גורלות שונים לחלבוני הסובסטרט. התפקיד העיקרי של ubiquitination המקושר ל-K48 הוא לסמן חלבוני סובסטרט לפירוק על ידי פרוטאזום4. לעומת זאת, התפקיד העיקרי של ubiquitination המקושר ל-K63 הוא לעסוק בהעברת אותות לא מתכלה, כגון תיקון נזק ל-DNA, תגובות דלקתיות ואנדוציטוזיס5. בשנים האחרונות, עם ההתקדמות המהירה של טכנולוגיות פרוטאומיקה, התגלה מספר הולך וגדל של PTMs חדשים. מעבר לאצטילציה קלאסית, זוהו אצילציות חדשות כגון פרופיונילציה, קרוטונילציה וגלוטרילציה6. בתחום השינויים בהיסטון, לקטוסילציה של היסטון מפריעה לשינוי RNA m6A ולהומאוסטזיס של המיקרו-סביבה החיסונית7. בתחום השינויים שאינם היסטונים, הפחתת הקרוטונילציה של ATP5O היא גורם מזיק עיקרי בוויסות הפחתה של חילוף החומרים של פוספוליפידים8.
ביצוע מחקר על PTM דורש קידום שיטתי של הניתוח של פרוטאום PTM9. תחום זה מקיף שני כיווני מחקר עיקריים: ניתוח פרופילי PTM ברמת הפרוטאום השלמה וזיהוי מקיף של אתרי PTM של חלבון ספציפי. למרות שספקטרומטריית מסה מודרנית יכולה לזהות ביעילות סוגים שונים של PTMs ואת האתרים הספציפיים, הסינון והאימות של אתרים פונקציונליים מרכזיים נותר אתגר מדעי מרכזי המגביל את התקדמות המחקר. קביעת אסטרטגיות סינון אתרים יעילות היא הצעד הראשון לקראת פתרון התפקוד של אתרי רגולציה מרכזיים. שיטות מסורתיות כוללות בניית פלסמידים מוטנטיים לאתרים ספציפיים (השבתת מוטציות, הפעלת מוטציות), החדרתם לתאי מטרה באמצעות טכניקות טרנספקציה במבחנה , והערכה שיטתית של שינויים באינדיקטורים פנוטיפיים כגון התפשטות תאים, אפופטוזיס ומתח חמצוני. עם זאת, אסטרטגיה זו עומדת בפני מכשולים טכניים משמעותיים במודלים של תאים שקטים מבחינה שעתוק כמו ביציות ומערכות תרבית רקמות ראשוניות. למרות שמערכת התמרה של לנטי-ויראלי או אדנו-וירוס יכולה להתגבר חלקית על נושא יעילות הטרנספקציה, היישום שלה עומד בפני אתגרים כפולים: עלויות כלכליות גבוהות ויעילות חדירה נמוכה של חלקיקים נגיפיים במודלים של רקמות מבחנה . בעוד שהאסטרטגיה של בניית עכברים מוטנטיים היא ארוכת טווח ויקרה ביותר. בסך הכל, דחוף לפתח אסטרטגיות כלכליות ויעילות לסינון ראשוני של אתרי PTM חשובים מבחינה תפקודית.
בשנים האחרונות, הצוות שלנו פיתח והשתמש בהצלחה בטכניקת ויסות PTM מהירה הנקראת TAT-PIP, פפטיד מעכב PTM מצומד TAT, המבוסס על עיכוב תחרותי של פוליפפטיד. היתרון המרכזי שלו הוא האוניברסליות והיעילות הגבוהה שלו לביצוע סינון ראשוני של אתרי PTM חשובים מבחינה תפקודית, המספק בסיס חיוני לניתוחים מעמיקים של המנגנונים המולקולריים של אתרי PTM מרכזיים. מחקר זה מבהיר באופן שיטתי את המסגרת העיקרית ותהליך היישום של TAT-PIP, ומדגים את יעילותו בוויסות רמת ה-PTM באתר ספציפי באמצעות נתונים ניסיוניים מייצגים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תכנון רצף TAT-PIP
הערה: TAT-PIP מורכב משני חלקים של פפטידים (איור 1): החלק הטרמינלי N הוא TAT, CYGRKKRQRRRR, אשר נשאר ללא שינוי עבור כל TAT-PIP ויכול לסייע בכניסה יעילה לתאים בתרבית במבחנה או לרקמות in vivo ; החלק הטרמינלי C הוא רצף פוליפפטיד סביב אתר ה-PTM הספציפי (איור 1, בדרך כלל ליזין בסמל "K", מודגש באדום) של חלבון אובייקט. אורך ה-PIP הוא כ-10-15 שאריות AA (אם ארוך יותר, העלות עולה; אם קצר יותר, הסגוליות יורדת משמעותית).
2. סינתזה ואימות איכות של TAT-PIP
3. היישום של TAT-PIP
4. כתם מערבי
5. אימות תפקודי של TAT-PIP בתאים מתורבתים במבחנה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר זה מתאר אסטרטגיה המשתמשת ב-TAT-PIP כדי להפחית את רמת ה-PTM של חלבון מטרה באתר ספציפי בהתבסס על עיכוב תחרותי. בדוגמה טיפוסית, ה-TAT-PIP כאן שונה במיוחד ל-THCIP. הוא מורכב משני מודולים פונקציונליים: (1), פפטיד חודר תא N-terminal TAT (CYGRKKRRQRRR), המאפשר ל-THCIP לחדור לתאים; (2) הרצף הטרמינלי C סביב K116 של H3, AIHAKRVTIMPKD, שמתחרה באופן ספציפי עם H3 האנדוגני שיש לעבור קרוטונילציה ב-K116 (איור 2A). הנוגדן הספציפי נגד אתר זה נקרא H3crHS (נוגדן H3 ליזין קרוטונילציה באתר מאה ושישה עשר).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בפרוטוקול זה, השלבים הבאים הם קריטיים. ראשית, תכנון TAT-PIP מתייחס לספציפיות של הפפטיד. שנית, לייעל את היישום והריכוז הסופי; יש לבדוק בקפידה את הריכוז האופטימלי כדי להשיג נוקדאון יעיל ומהיר. שלישית, כדי לאמת את ההשפעה של TAT-PIP, מומלץ לבצע ניסויים מרובים במקום להסתמך על ניסוי בודד כדי לאשר את ההשפעות הנוספות שלו.
בהשוואה בין השיטות הקיימות, שיטה זו מדגימה בעיקר שלושה יתרונות: ראשית, בהשוואה לטרנספקציה של פלסמיד וזיהום לנטי-ויראלי או אדנו-וירוס, TAT-PIP מפגין ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם מה לחשוף.
אנו מודים לכל חברי המעבדה על עזרתם הנדיבה. מחקר זה נתמך כספית על ידי תוכנית המו"פ הלאומית של סין לדונג ז'אנג (מענק מס': 2022YFC2702202).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מערכת הדמיה רב תכליתית אוטומטית | Tanon | 4600 | מד החשיפה מזהה ומדמה את רצועות חלבון המטרה על ידי זיהוי אותות הקרינה או הכימילומינסנציה על הממברנה לאחר טיפול הפיתוח. |
| ערכת ספירת תאים-8 | GLPBIO | GK10001 | בהתבסס על המתאם בין כדאיות מטבולית של תאים למספר התאים, שיטה זו מעריכה את יכולת ההתפשטות של תאים על ידי מדידת יכולת ההפחתה של תאים לריאגנטים CCK-8 |
| Dulbecco' s Modified Eagle' s Medium (DMEM) | Gibco | 11995065 | מדיום הנשר המותאם (DMEM) של Dulbecco הוא מדיום בסיסי בשימוש נרחב לתמיכה בצמיחה של מגוון רחב של תאי יונקים. |
| מצע כימי ECL | ECL Biosharp | BL520B | ECL מייצרים אותות אור באמצעות תגובות כימילומינסנציה המאפשרות זיהוי של חלבונים או חומצות גרעין ספציפיות. |
| מכשיר אלקטרופורזה | Tanon | EPS600 | התפקיד העיקרי של מנגנון האלקטרופורזה הוא להפריד ולנתח מקרומולקולות ביולוגיות |
| ערכת בדיקת ATP משופרת | Beyotime | S0027 | הערכה יכולה לזהות ביעילות את רמת ה-ATP של דגימות |
| סרום בקר עוברי (FBS) | Gibco | 16000-044 | סרום בקר עוברי (FBS) מספק חומרים מזינים חיוניים וגורמי גדילה לתחזוקה וצמיחה של תאים. |
| GenScript eBlotL1 | GenScript | L00686 | המכשיר יעיל ביותר והוא מסוגל להשיג במהירות העברת חלבון מג'ל פוליאקרילאמיד לקרום PVDF תוך 15 דקות |
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוך | של Olympus Corporation | IX73 | מיקרוסקופ פלואורסצנטי משתמש באור אולטרה סגול כמקור אור כדי להקרין את האובייקט הנבדק כדי לגרום לו לפלוט פלואורסצנטי, ולאחר מכן להתבונן בצורה ובמיקום של האובייקט מתחת מיקרוסקופ. |
| ספקטרופוטומטר UV-Vis מיקרונפח NanoDrop2000 Thermo | Scientific | 2000 | NanoDrop שימש לקביעת ריכוז ה-DNA או RNA |
| PVDF ממברנה | BioRAD | 1620177 | לסוג זה של קרום PVDF יש עמידות כימית מצוינת ויכולת קשירת חלבון גבוהה |
| ערכת בדיקת ROS | Beyotime | S0033S | הערכה יכולה לזהות במדויק את רמת מיני החמצן התגובתי בתאים |
| מצומד TAT-H3K16 פפטיד מעכב קרוטונילציה | נאנג'ינג טאופו ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | CN218107533U | זה יכול להתחרות באופן ספציפי עם ה-H3 האנדוגני לקרוטונילציה ב-K16 |
| TBST | Biosharp | BL602A | TBST יכול לנקות חומרים לא רלוונטיים על הממברנה, להפחית שגיאות ניסוי ולהבטיח את דיוק תוצאות הניסוי > |
| מגרסה אולטרסאונד | חזזית | LC-AUD-150P | הפונקציות העיקריות של המנגנון כוללות פיצול תאים, פיזור חלקיקים ואמולסיה |
| Varioskan | LUX Thermo Fisher | VL0000D0 | Microplate יכולים להשיג ניתוח כמותי בתפוקה גבוהה של דגימות ביולוגיות על ידי זיהוי האותות האופטיים (כגון ספיגה, פלואורסצנטיות או זוהר) של דגימות במיקרו-לוחות |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה