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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
タンパク質は互いに相互作用し、これらの相互作用が彼らの機能の大部分を決定します。タンパク質相互作用パートナーは、ジヒドロ葉酸レダクターゼタンパク質フラグメント相補アッセイ(DHFR-PCA)に基づく酵母適応度アッセイを使用して、in vivoでハイスループットで同定できます。
タンパク質は、細胞プロセスのビルディングブロック、エフェクター、シグナルメディエーターです。タンパク質の機能、調節、局在は、多くの場合、他のタンパク質との相互作用に依存します。ここでは、生細胞内のタンパク質間の直接的および近位の関連を検出する強力な方法である酵母タンパク質フラグメント相補アッセイ(PCA)のプロトコルについて説明します。2つのタンパク質間の相互作用は、それぞれがジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)タンパク質断片に融合しており、メトトレキサート(MTX)の存在下での酵母株の増殖につながります。再構成されたDHFR酵素の量が異なることに起因する適応度の違いは、高密度コロニーアレイで定量化できるため、相互作用する餌と被食者のペアと相互作用する餌と被食者のペアを区別することができます。ここで紹介するハイスループットプロトコルは、相補的なDHFRフラグメント融合タンパク質を保有する餌株と獲物株の交配を並列化するロボットプラットフォームとMTXでの生存アッセイを使用して実行されます。このプロトコルは、目的のベイトタンパク質が関与する数千のタンパク質-タンパク質相互作用(PPI)を体系的に試験することを可能にし、タンパク質局在を変更することなく、複雑なレポーターコンストラクトの組み立てを必要とせずに、その内因性プロモーターから発現されるタンパク質の研究を含む、他のPPI検出アッセイに比べていくつかの利点を提供します。
タンパク質相互作用ネットワーク(ピン)は、タンパク質が機能的にセル1に編成されている方法の低解像度マップを提供します。各物理的な2つのタンパク質間の接続、またはタンパク質 - タンパク質相互作用(PPI)は、そのようなタンパク質複合体の中に見られるように、時間的に安定して関連付けを表すことができ、それは細胞の構造的組織化に寄与する。これらの接続には、活性、安定性、局在化および2のパートナーの相互作用を調節する過渡関連を表すことができる。与えられたタンパク質の物理的相互作用パートナーを識別すること、したがってそのタンパク質2,3の機能と規制に関する豊富な情報を提供しています。これらの理由から、大きな努力が大腸菌 4-6、 シロイヌナズナ7、サッカロマイセス·セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)8-12、キイロショウジョウバエ<などのモデル生物でのPINのマッピングに向けて置かれている/ em>の13、線虫は、14と15 サピエンスホモエレガンス 。これらの研究は、タンパク質が細胞内で編成されているかを重要な洞察および未知の機能を有するタンパク質上のため、重要な情報を提供してきた。
いくつかの戦略は、ピンを研究するために長年にわたって開発されてきた。これらの技術は広く(16-18に概説)はPPIの上に提供する情報の種類に基づいて、三つのカテゴリーに分類することができる。最初の1は、酵母ツーハイブリッドおよびその誘導体19に基づいています。これらの技術は、バイナリのネットワークを構築することができ、タンパク質のペアの間の直接的な関連、上の情報を提供します。第二のファミリーは、ベイトタンパク質のアフィニティー精製および質量分析20に続くアフィニティー精製などのそれらの関連パートナーの同定に基づく。これらのアプローチは、直接であるタンパク質のグループを識別するまたは間接的に、一般的に安定した方法で、関連する、およびタンパク質複合体を同定するために非常に強力である。第三のアプローチは、タンパク質断片相補アッセイ(PCAは)11,21に基づいています。それは、タンパク質間の直接および近位の関連付けを検出することができますように、このアプローチは、二人の元のアプローチの解像度の中間レベルを提供します。最近18を見直しとして各技術は、独自の長所と短所があります。
そのプロテオームは、他のモデル真核生物のものよりも比較的複雑であるため、とのPPIを検出するためのハイスループットアッセイは、最初にアッセイされ、より効率的であるたために最善のような真核生物のPINは、部分的には、これまでで出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeの一つですこのモデル生物9-12で実装。酵母系に特に強力な方法は、ジヒドロ葉酸還元酵素タンパク質断片相補アッセイ(DHFR-PCA)、されているアッセイである標準と摂動条件11,22-26における酵母PINを研究するために別のコンテキストで使用。この方法は、定量的に27で内因性発現レベルにおける所与のベイトタンパク質と相互作用パートナー11,21の天然の細胞内の局在化のための直接近直接PPIの検出を可能にする生存アッセイに依存している。このアッセイ(高密度コロニーアレイ上すなわちコロニーサイズ)を使用して得られた信号は、このように、野生型細胞のいずれかとほぼ同等の細胞環境におけるベイトとプレイとの間に形成されるタンパク質複合体の量を反映する。アッセイは、その2つのタンパク質が相互作用するときに目的の2つのタンパク質に融合されるDHFRの2つの相補断片が接近することにより、葉酸代謝に関与するレポーター酵素、ジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)の再構成に基づいている今度は酵素活性1の可逆的再構成につながる1とメトトレキサート(MTX; 図1)を含む培地上で株の増殖。この化合物は、内因性DHFR酵素ではなく、アッセイ28で使用される突然変異したものを阻害する。 PCA株の二つのコレクションを含む1 マタで株〜4300 ORFはDHFR Fに融合した[1,2]フラグメントおよびORFはDHFR [3]断片に融合、に購入することができた株α〜4800 MATを含む1すべての実験室での小規模または大規模にDHFR-PCAを実装する。ここでは、1ベイトタンパク質と、このアッセイを用いて〜4800獲物タンパク質との間のPPIをスクリーニングするための一般的なが、詳細なプロトコルを記述します。
1.建設/ベイト株の検証
2.ピン·ツール滅菌と印刷手順
注:後述の滅菌手順はBM3-BC(S&Pロボティクス)ロボットプラットフォームによって操作ピンツール用に最適化されたが、他のプラットフォームに適合させることができる。このセクションでは、プロトコルの残りのために別の培地から細胞を転送するために使用されるピンツール殺菌、印刷手順を記載している。社内でこれらのルーチンを実行するために使用されるスクリプトは、要求に応じて得ることができる。 THAに注意してくださいtはすべてのステップは、手動、ピンツール30を用いて、ロボットプラットフォームを必要とせずに行うことができる。
自動ロボットプラットフォームを使用して1536アレイではDHFR F [3]コレクションの3凝縮
4.ハイスループットDHFR-PCA手順
5.画像解析
6.データ解析
注記:画像解析の結果は、エクセルまたはR 34のようなスクリプト言語を使用するものとしてタブで処理することができる。次の手順では、カスタムImageJの31スクリプトを使用して手順を説明します。
物理インターアクターの7.検証小規模実験を用いて
注:上記のスコアまたは固体または液体MTX培地上での増殖アッセイを使用して、小規模な実験計画にDHFR-PCAアッセイを使用して検証することができる適用閾値に近いを有する特定の興味のある任意のPPI。以下の手順は、手動で二倍PCA株を構築し、MTX媒体上のスポットアッセイを実行するための手順を示している。実験者は、すべてのnecessarのためにこれらのステップを実行する必要がありますYコントロール(ベイト-DHFR F [1,2]のx L-DHFR F [3]、ジッパー - リンカー - DHFR倍体菌株とリンカ-DHFR二倍体菌株)。
補足表2は、Nup82はDHFR F餌として[1,2]断片に融合した酵母タンパク質を用いて得られた代表的な結果の一例である。 L-DHFR Fで定義されたしきい値は、[3]のコントロールは、高い信頼ヒット( 図3Dおよび3E)を決定するために経験的な閾値として使用することができる。代替的に、スコアランキングは、遺伝子オントロジー濃縮度を実行するために使用することができ、または他の機能は、金基準37に基づいて、36を解析する。餌の既知の物理的相互作用因子はバイオグリッド35のようなデータベースから検索したデータ( 図3E&3F)に重ね合わせることができる。この例では、5つの8のうち、高い信頼のヒットは、以前にNup82の相互作用因子として報告されていると2はNup82の複体、Nup116とNup159( 図3F&3G)の一部である。複雑な、NSP1の他のメンバーは、すべてのインタラックが表示されない我々の実験でる。二つの餌食、Ade17とTEF2( 図3Fには示されていない)が、ハード閾値以上のスコアが適用されていたが、これらは、彼らが我々は(未発表の結果)を行っているPCAの画面のほぼすべての餌タンパク質と相互作用するように偽陽性である可能性が高い。一方、Pex30はNup82の新規物理的相互作用因子を表すことができ、我々は、低スループット( 図3G)でのDHFR-PCAを使用して、この相互作用を確認することができました。 Pex30はペルオキシソーム膜タンパク質であり、数の直接的な相互作用は、核膜孔複合体(NPC)とこの細胞小器官の間で報告されている。ツーハイブリッドスクリーンはPex30 38の物理的な相互作用因子として、他の二つのNPCタンパク質、Nup53とAsm4(Nup59)を同定し、そしてPex30とNup170間の遺伝的相互作用は、39を報告されている。他の二つの相互作用パートナーは、検出されNup120とNup85( 図3F&3G)、能力を示す、Nup82サブ複合体の一部ではありませんDHFR-PCAの中で、より大きな複合体11でsubcomplexes間の相互作用を検出する。

図1:半数体のMATaマットα株のハイスループットDHFR-PCAのためのエンジニアリング酵母株(。Leducqらから適応図2012 33)(A)建設は、DHFRとGene1(G1)とGene2(G2)を融合させF [1,2] -NatMXおよびDHFR F [3] -HPHカセット 、それぞれ。カセットは、その後、[3]の順方向でG1-5」とG2-5を'プライマープラスミドpAG25-DHFR F [1,2]とpAG32-DHFR Fから増幅、およびリバースプライマーG1-3'とG2-3」、とされている相同組換えにより標的遺伝子の3 '末端のゲノムに挿入する。得られたタンパク質は、P1及びP2は、それぞれDに融合されるHFR F [1,2]断片( のMATa)と柔軟なリンカーを介してDHFR F [3]断片(MATα)。(B)構造の検証中(A)はGene1のとGene2者のORFとの間の接合部を配列決定することにより行われるDHFRカセット。接合型の対向構築PCA株はその後、二倍体を形成するために交配させる。二つの相補的DHFR断片がDHFR酵素の活性を再構成P1とP2との間の相互作用によって近接させている場合、二倍体株は、MTX培地上で成長する。(C)建設管理の二倍体PCAは、DHFR-PCAスクリーニングのため株。陰性対照(L-DHFR)は、プラスミドP41リンカーDHFR F [1,2]およびP41リンカーDHFR F [3] 11のそれぞれに別々に半数体のMATa及びMATα株を形質転換することによって構築される。 2株はDHFR断片ができないもので、陰性対照二倍体株ではその結果交配するお互いに(上)を補完する。ポジティブコントロールは、ネガティブコントロールの場合と同じアプローチを使用して構築されているが、プラスミドは、一倍体株(P41-ジッパー-リンカー-DHFR F [1,2](P41-ZL-DHFR F [1,2])とP41で変換リンカー-DHFR--zipper F [3](P41-ZL-DHFR F [3]))、底部(DHFR活性の再構成に強力かつ構成的な相互作用をもたらす、相補的DHFR断片に融合した2 GCN4平行ロイシンジッパーフラグメントを含む)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2:ハイスループットDHFR-PCA手順(Leducq らから適応図33。)(A)MATαDHFR F [3]コレクション。結露の2つの連続ラウンドを1536形式で凝縮されている。まず、グリセロールストックプレート96、ピンツールを使用して、384フォーマットで選択的YPD + HygB媒体上の4つの基によって結合される。第二に、384のアレイ384のピンツールを使用して、1536形式の選択YPD + HygB媒体上の4つの基によって結合される。 のMATa PCAベイト株(B)細胞芝生はベイト株の飽和培養物を増殖させることによって調製されるYPD +ナットomnitray。(C)これらの芝生で培養めっき選択YPD +ナット媒体とは、YPD培地上DHFR F [3]コレクションとベイト株を交配するために使用される。細胞は、連続して二倍体を選択し、二回MTX媒体にPCAを実行するためにYPD + HygB +ナット媒体に二回転送されます。 DHFR断片をベイトおよびプレイタンパク質との間の相互作用の後、お互いを補完した場合、成長は、MTX媒体上に観察される。e.jpg「ターゲット= "_空白">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3:各画像の中央値によるデータは、正規化の工程を経て正の相互作用の有意性閾値と識別の決定を分析する(A)は 、各プレート上のコロニーの大きさの密度分布(2ログ)(B)正規化は、バイアスを補正するプレート間の副作用を伴う。(C)ヒートマップは、手順の再現性を確認し、プレート間のスピアマンの相関係数を示す。テストのPPIのスコアの(D)の分布とL-DHFR F [3]を制御する。ハード閾値は点線の垂直表される([3]の分布の高い信頼性のPPIを識別するためにL-DHFR Fの95 パーセンタイル値に設定することができ各獲物の平均スコアの行)。(E)順位分布。バイオグリッド35 Nup82pの以前に報告され、物理的相互作用パートナーは、円によって識別され、この研究で報告されたものは赤い点で識別されます。 (D)で定義された閾値は点線で示されている。この研究で同定高い組み合わせのPPIを示した(F)ネットワーク。ブルーエッジが以前に報告されたショーの物理的相互作用因子(バイオグリッド35)、イエローエッジがPex30と以前に報告されていない相互作用を示す。(G)Nup82-DHFR F [1,2]と獲物-DHFR F [3を含むPCA二倍体株のスポット希釈アッセイ]ペアは、本研究におけるNup82pの物理的な相互作用因子として同定した。増殖アッセイは、DMSO媒体(MTX溶媒、左パネル)およびMTX培地(右パネル)で行った。 [3]とリンカ-DHFR F [1,2]リンカ-DHFR F - - [1,2] Nup82-DHFR Fからなる負の対照リンカ-DHFR F [3]及びTからなるポジティブコントロール2ロイシンジッパー部分間の彼の強力な相互作用(ジッパー-DHFR F [1,2] - ジッパー-DHFR F [3])が含まれていた。 MTX培地でネガティブコントロールに優れた細胞増殖を、物理的相互作用として解釈されるべきである。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| アミノ酸 | 量(g)に |
| アデニン硫酸塩* | 0.2 |
| L-トリプトファン | 0.4 |
| L-チロシン | 0.3 |
| L-フェニルアラニン | 0.5 |
| Lグルタミン酸(ナトリウム塩) | 1.0 |
| L-アスパラギン | 1.0 |
| Lバリン | 1.5 |
| L-スレオニン | 2.0 |
| Lセリン | 3.75 |
| ウラシル | 0.2 |
| L-ヒスチジン塩酸 | 0.2 |
| L-アルギニン塩酸 | 0.2 |
| L-メチオニン* | 0.2 |
| L-リジン* | 0.2 |
| L-ロイシン | 0.6 |
| *(このプロトコルのように)標準的なPCAを実行する際に廃止が、他の目的のために添加することができる。 |
表1:MTX培地で10倍-Lys / MET / ADEドロップアウトの構成数量は10倍、ドロップアウトの1リットル用です。アスタリスクは、標準的なMTX媒体として引き出されるべき化合物を示すが、それは、他の目的のために添加することができる。
補足表1:12試験板から合成されたデータは、表1に連結されたDAが含まれていますImageJの解析からのTAは、各行がそれぞれ1536アレイ上の単一の位置に対応するカスタムImageJのスクリプトを使用して実行。また、各行は、画像ファイル、DHFR収集プレート、複製、ORFおよびタンパク質名に関する情報で注釈されている。
補足表2:菌株ごとの平均正規化された成長表2は、標準偏差と一緒に、コレクションの各株についての平均対数2正規化された成長が含まれています。フィルタ処理餌食、ヒットと既知の物理的相互作用因子は、別の列で識別されている。
この記事のオープンアクセス出版料の一部は、S&Pロボティクスによって支払われた。
タンパク質は互いに相互作用し、これらの相互作用が彼らの機能の大部分を決定します。タンパク質相互作用パートナーは、ジヒドロ葉酸レダクターゼタンパク質フラグメント相補アッセイ(DHFR-PCA)に基づく酵母適応度アッセイを使用して、in vivoでハイスループットで同定できます。
この作品は、ヘルスリサーチ(CIHR)のカナダの研究所によってサポートされていました自然科学とカナダのディスカバリーの助成金とCRLへのヒューマン·フロンティア·サイエンス·プログラムの助成金の工学研究評議会、191597、299432と324265を付与します。 CRLはCIHR新しい研究者である。ギヨームディスはテオのフェローシップでサポートされています。サミュエル·ロシェットはNSERCとFRQNTフェローシップでサポートされています。
| BioMatrixロボット、ベンチトップ構成 | S&ピーロボティクス株式会社 | BM5-BC | |
| 96フォーマット ピンツール | S&ピーロボティクス株式会社 | PH-96-10 | 標準 96フォーマット ピンツール 96本 高精度フローティングピン |
| 384フォーマット ピンツール | S&ピーロボティクス株式会社 | PH-384-10 | 標準 384 フォーマット ピン (384 高精度フローティング ピン付き) |
| 1536 フォーマット ピン ツール | S&ピーロボティクス株式会社 | PH-1536-05 | カスタム1536フォーマット 0.5mm高精度フローティングピン付きピンツール |
| 自動イメージングモジュール | S&ピーロボティクス株式会社 | IMG-02 | |
| メトトレキサート | バイオショップ・カナダ・インク | MTX440型機 | 注意:有毒化合物 |
| ハイグロマイシン B | バイオショップ・カナダ・インク | HYG003 | |
| Nourseothricin 二水素硫酸塩 | Werner BioAgents | 5010000 | |
| 酵母-インタラクトームコレクション | Thermo Scientific | YSC5849 | |
| Omni Tray (蓋付き) 滅菌済み | Thermo Scientific | の242811 | |
| 抗DHFR F[1,2]抗体 | Sigma-Aldrich | D1067 | |
| 抗DHFR F[3]抗体 | シグマ・アルドリッチ | D0942 |