L'ubiquitinazione, una modifica post-traduzionale indispensabile, è un regolatore critico delle funzioni intracellulari delleproteine 1. Il sistema ubiquitina-proteosoma (UPS), che media la degradazione di oltre l'80% delle proteine negli eucarioti, è composto da ubiquitina (Ub), enzimi attivanti E1, enzimi coniuganti E2, ligasi E3, enzimi deubiquitilanti (DUB) e ilproteosoma 26S 2. Questo sistema regola il ricambio proteico con alta specificità, controllando così processi cellulari essenziali come la progressione del ciclocellulare 3, la trasduzione delsegnale 4,5 e le risposte allo stress 6,7. L'ubiquitinazione è un processo enzimatico a più fasi. E1 idrolizza ATP in adenilato il capolinea C di Ub, formando un intermedio Ub-AMP. Successivamente, l'Ub attivato viene trasferito da E1 alla cisteina del sito attivo di un enzima coniugante E2, formando un legame tioestere. Infine, una ligasi E3 recluta sia il complesso E2-Ub sia una proteina bersaglio, catalizzando il trasferimento di Ub da E2 a un residuo di lisina sul substrato8.
L'ubiquitina può formare diverse catene di poliubiquitina tramite collegamento a sette residui di lisina (Lys6, Lys11, Lys27, Lys29, Lys33, Lys48, Lys63) o Met1(M1)4. Ogni tipo di collegamento determina risultati biologici distinti: le catene K48 mirano principalmente alle proteine per la degradazioneproteasomale 9, le catene K63 regolano la segnalazione e la riparazione del DNA10,11, e le catene collegate a M1 sono fondamentali per le risposte immunitarieinnate 12. Ubiquitinazione e deubiquitinazione sono processi fondamentali di modifica post-traduzionale che governano diversi eventi cellulari, che vanno dalla degradazione delle proteine alla trasduzione del segnale. Ad esempio, nel cancro colorettale, l'attivazione aberrante dell'ubiquitinazione p53 mediata da MDM2 porta a una degradazione eccessiva della p53, compromettendone la capacità di indurre arresto del ciclo cellulare e apoptosi, favorendo così la progressione tumorale e la chemioresistenza13,14. Nella lesione da ischemia e reperfusione epatica, OTUD1 stabilizza NRF2 rimuovendo la sua poliubiquitinazione K48-legata, migliorando così i livelli di stress ossidativointracellulare 15,16. Una serie di inibitori del proteassoma, come bortezomib, carfilzomib e ixazomib, sono entrati progressivamente nella pratica clinica per malattie come il mielomamultiplo 17,18,19.
Attualmente esistono numerosi metodi per rilevare proteine ubiquitinate, tra cui western blotting, saghi basati sulla radioattività e saggi difluorescenza 20. Tuttavia, nella ricerca scientifica, il western blot rimane il metodo preferito per la rilevazione dell'ubiquitinazione delle proteine grazie al suo protocollo relativamente rapido e diretto. I metodi tradizionali per rilevare proteine ubiquitinate sono simili alla tecnologia di co-immunoprecipitazione (co-IP): utilizzano un tampone di lisi per incubare e lisare pellet cellulari a bassa temperatura per rilasciare proteine, poi usano anticorpi per rilevare l'ubiquitinazione delle proteine delsubstrato 21,22. Tuttavia, questo protocollo sperimentale spesso richiede un gran numero di celle. Inoltre, poiché il metodo relativamente lieve della lisi a bassa temperatura non può interrompere completamente le interazioni proteiche, questo aumenta la probabilità di falsi positivi nella rilevazione dell'ubiquitinazione. Il riscaldamento e l'uso della SDS possono compromettere significativamente la struttura proteica, inducendone la completa denaturazione, riducendo così efficacemente i falsi positivi causati dalle interazioniproteina-proteina 23,24,25. Analogamente, le cellule subiscono una lisi sufficiente dopo il riscaldamento e il trattamento SDS, rilasciando più proteine e, di conseguenza, riducendo il numero di cellule necessarie per l'esperimento. In sintesi, sia il metodo del bagno di ghiaccio che quello del trattamento termico lisano le cellule e rilevano i livelli di ubiquitinazione delle proteine del substrato tramite incubazione di anticorpi. Tuttavia, il metodo di riscaldamento porta a una maggiore lisi cellulare e a una denaturazione proteica più forte.
TGF-β svolge un doppio ruolo nei processi fisiopatologici di varie malattie26,27. SMAD2 è un fattore di trascrizione critico a valle del TGF-β. L'ubiquitinazione mediata da SMURF2 di SMAD2 la prende di mira per la degradazione proteasomica, regolando così l'intensità di segnalazioneTGF-β 28. Questo studio delinea e confronta due metodi di lisi cellulare per misurare i livelli di ubiquitinazione nelle cellule di mammiferi, utilizzando SMURF2/SMAD2 come modello. Qui, la sovraespressione proteica nelle cellule HEK293T è stata indotta tramite trasfezione transitoria con plasmidi HA-Ub, FLAG-SMAD2 e MYC-SMURF2. Le celle sono state lisate utilizzando rispettivamente il metodo del bagno di ghiaccio e il metodo del trattamento termico. Le proteine ubiquitinate sono state rilevate tramite analisi Western blot. Abbiamo scoperto che sia il metodo del bagno di ghiaccio che quello del trattamento termico possono essere utilizzati per rilevare i livelli di ubiquitinazione, e il metodo del trattamento termico potrebbe facilitare la rilevazione dell'ubiquitinazione di SMAD2. Questo protocollo offre una nuova alternativa per rilevare proteine ubiquitinate. Inoltre, per alcune proteine del substrato fortemente associate all'ubiquitinazione, il metodo di trattamento termico raggiunge una migliore efficienza di lisi proteica, consentendo così una maggiore rilevazione dell'ubiquitinazione.