方法論記事
* These authors contributed equally
ニューロンのタウタンパク質の凝集体は、アルツハイマー病患者のニューロンの内部に見られます。この疾患の発症は、タウの異常なリン酸化の増加を伴います。タウの疾患における機能不全の分子研究の過程で、核磁気共鳴(NMR)分光法を使用して、タウの複数のリン酸化を同定します。ここでは、細菌におけるタウの組換え生産の詳細なプロトコルと、NMR研究のための同位体濃縮を紹介します。タウの熱安定性と高等電点を活かした精製ステップについて記載します。組換え活性化ERK2によるタウのin vitroリン酸化のプロトコールは、複数のリン酸化の生成を可能にします。タンパク質サンプルは、これらのステップの問題でデータ取得の準備ができています。次に、分光器で記録を開始するためのパラメータ設定を検討します。最後に、NMRデータに基づいて修飾タウのリン酸化部位を同定する戦略について説明します。この分析法の利点について、免疫検出法や質量分析法(MS)など、リン酸化部位の同定に使用される他の手法と比較した場合の点について説明します。
21世紀の医療の主な課題の1つは、アルツハイマー病(AD)などの神経変性疾患です。タウは、微小管(MT)の形成を刺激する微小管結合タンパク質です。タウは、最もよく知られている、いわゆるタウオパチーは、ADである、いくつかの神経変性疾患においても同様に関与しています。これらの疾患では、タウ対らせん状フィラメント(たPHF)で自己集合体とは、リン酸化の1のような翻訳後修飾(PTMを)により、多くの残基に変更された発見されました。タウタンパク質のリン酸化は、MTの安定化とADの神経細胞を特徴付ける関数の病理学的喪失のその生理学的機能の両方の調節に関与しています。
また、病気のニューロンでのPHFに統合タウタンパク質は、必ず2を過剰リン酸化されています。 2-3リン酸基を含んでいる通常のタウとは異なり、のPHF中の過リン酸化タウは、5から9 phosphatが含まれていますe基3。タウの過剰リンは、いくつかのサイトでの化学量論の増加におよびリン酸化の病理学的部位と呼ばれる追加の部位のリン酸化の両方に対応しています。しかし、オーバーラップはレベル4で量的な違いにもかかわらず、ADおよびリン酸化の正常な成人のパターンとの間に存在します。タウのどの特定のリン酸化事象の影響関数と機能障害はほとんど不明のまま。私たちは、分子レベルでのPTMによってタウ規制を解読することを目指しています。
タウの分子的側面の理解を深めるために、我々は技術的な課題に対処する必要があります。まず、タウは、溶液中で単離された本質的に無秩序なタンパク質(IDP)です。そのようなタンパク質は、生理学的条件下で十分に定義された三次元構造を欠き、その機能(複数可)および構造的特性を研究するために、特定の生物物理学的方法を必要とします。タウは、多くの場合、関連付けられた発見、国内避難民の成長クラスのパラダイムであります神経変性疾患のような病理は、したがって、それらの機能の基礎となる分子パラメータを理解するために関心が高まっ。第二に、タウのリン酸化の特徴付けは最長441アミノ酸のタウアイソフォームの配列に沿って80の潜在的なリン酸化部位で、分析的な課題です。抗体の数は、タウのリン酸化されたエピトープに対して開発されており、ニューロンまたは脳組織中の病理学的タウの検出のために使用されます。リン酸化事象は、プロリンに富む領域内に近接して、プロリン指向性キナーゼによって標的と少なくとも20のサイトにそれらのほとんどを行うことができます。定性(どのサイト?)および定量的(どの化学量論?)キャラクタリゼーションは、最も最近のMS技術5により困難です。
NMR分光法は、配座のアンサンブルから構成される非常に動的なシステムである無秩序なタンパク質を研究するために使用することができます。高分解能NMR分光法は、アプリましたタウタンパク質の構造と機能の両方を調査するために編。 8 -また、タウのリン酸化プロファイルの複雑性は、リン酸化部位6を識別するためのNMRを使用して分子ツール、新しい分析法の開発につながりました。分析方法としてNMRは、リン酸取り込みの程度の全体的な方法で、タウのリン酸化部位の同定、単一の実験内のすべての単一サイトの変更の可視化、定量化を可能にします。タウ上のリン酸化研究は文献にあふれているが、それらのほとんどは、リン酸化の完全なプロファイルの不確実性の大きな程度のため、個々のリン酸化事象の真のインパクトを残して、抗体を用いて行われてきたので、この点は必須です。 PKA、グリコーゲンシンターゼキナーゼ3β(GSK3β)、サイクリン依存性キナーゼ2 /サイクリンA(CDK2 / CycA)、サイクリン依存性キナーゼ5(CDK5)/ P25の行為を含む組換えキナーゼタウ向かっリン酸化活性を示すivatorタンパク質、細胞外シグナル調節キナーゼ2(ERK2)と微小管親和性調節キナーゼ(MARK)は、活性形態で調製することができます。また、十分に特徴付けられたリン酸化パターンと特定のタウタンパク質アイソフォームの生成を可能にするタウ変異体は、タウのリン酸化のコードを解読するために使用されます。 8 - NMR分光法は次に酵素的に修飾されたタウのサンプル6を特徴付けるために使用されます。タウのin vitroリン酸化は、このようなグルタミン酸(Gluの)残基に選択されたセリン/スレオニンの変異などによって擬似リン酸化よりも困難ではあるが、このアプローチは、そのメリットがあります。実際に、リン酸化のいずれも構造的な影響も相互作用パラメータは、常にグルタミン酸によって模倣することができます。例では、Gluの突然変異9で再現されていないホスホセリン202(pSer202)の周りに観察ターンモチーフ/ホスホトレオニン205(pThr205)、です。
ここで、NMR調査のための同位体標識されたタウの調製は、最初に説明します。 ERK2によってリン酸化タウタンパク質は、リン酸化の病理学的部位として説明多数のサイト上で修正、したがって、過リン酸化タウの興味深いモデルを表しています。組換えERK2キナーゼによるインビトロでのリン酸化のタウの詳細なプロトコルが提示されています。 12 - ERK2は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ/ ERKキナーゼ(MEK)10によるリン酸化によって活性化されます。修飾された、同位体標識されたタウタンパク質の調製に加えて、のPTMの同定のために使用されるNMR戦略が記載されています。
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15 N、13 C-タウ(図1)の1.生産
15 Nの2精製、13 C-タウ(図2)
15 N-タウのin vitroリン酸化3.
NMRスペクトルの4買収(FIグレ5)
リン酸化部位の同定5.
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図3Aは、溶出勾配の間に観察された280nmの主要な吸収ピークを示します。クロマトグラム以上のアクリルアミドゲル上で見られるように、このピークは、精製されたタウタンパク質に相当します。 図3Bは、タンパク質の脱塩が効率的であることを確認して、280 nmおよび導電率のピーク時によく分離吸収ピークを示しています。 図4は、タンパク質のSDS-PAGE分析により、複数のタンパク質のリン酸化の16の特性を観察したゲルシフト(比較レーン2及び3)を示します図6は、(マイクロ秒単位)パルス長の増加とともにプロトン(1 H)1Dの一連のスペクトルを示しています。信号を最小化することによって較正することが容易であるように設定に90°1 Hスピン磁化を回転させるパルスの長さは、360°の回転に対応するパルスは、実際に使用されます。 360°パルスの長さが適切に定義されているときに水プロトンの信号はnullです。 360に対応した値76;回転は、この実験では4 p1で分割さ10.5マイクロ秒です...
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私たちは、酵素的に修飾タウサンプルを特徴づけるためにNMR分光法を使用しています。全長ヒトタウタンパク質のためにここに記載の組換え発現および精製は、同様に変異タウまたはタウドメインを生成することができます。同位体濃縮されたタンパク質は、組換え発現を必要とする、NMR分光法のために必要とされます。リン酸化部位の同定は、共鳴の割り当てと15 N、13 C二重標識したタンパク質を必要とします。同位体のコストを考えると、良好な収率は、組換え発現工程で必要とされます。グルコースは、したがって、13 C 6 -グルコースの量は、収率を改善するために、増殖培地のリットルにつき4 gまで増加させることができるM9培地における細菌の増殖を制限する要因です。完全培地およびMEMビタミンの添加は必須ではないですが、成長を刺激し、歩留まりを改善するのに役立ちます。完全なラベルされた媒体の高コストを考えると、この製品は、唯一の成長培地として使用されているsupplemenトン。細菌の増殖は、M9培地に遅いです。一般的に、M9培地を用いて細菌培養物は、インキュベーションの約4時...
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著者らは開示するものは何もない。
NMR施設は、Région Nord、CNRS、リールパスツール研究所、欧州共同体(FEDER)、フランス研究省、リール科学技術大学から資金提供を受けました。TGE RMN THC(FR-3050、フランス)、FRABio(FR 3688、フランス)、リールNMRおよびRPEヘルス&バイオロジーの中核施設からの支援に感謝します。私たちの研究は、LabEx(Laboratory of Excellence)、DISTALZ(アルツハイマー病への学際的アプローチのための革新的な戦略の開発)、EU、ITN、TASPPI、ANR BinAlzからの助成金によってサポートされています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| pET15B 組換え T7 発現プラスミド | Novagen | 69257 | 20 °C に保ちます。C |
| BL21(DE3) 形質転換有能 E. coli 細菌 | New England Biolabs | C2527I | -80 >C |
| オートクレーブLBブロス レノックス | DIFCO | 240210 | 細菌増殖培地 |
| MEM ビタミン 100x | シグマ | 58970C | 細菌増殖培地 サプリメント |
| 15N、13C-ISOGRO 完全培地粉末 | シグマ | 608297 | 細菌増殖培地 サプリメント |
| 15NH4Cl | シグマ | 299251 | 同位体 |
| 13C6-Glucose | Sigma | 389374 | Isotope |
| Protease阻害剤錠 | ロシュ | 5056489001 | 4 °C で維持します。 |
| 1ml中のC 1錠は、-20°Cに保つことができる40倍溶液です。C | |||
| DNaseI | EUROMEDEX | 1307 | -20 °に保ちます。C |
| ホモジナイザー(EmulsiFlex-C3) | AVESTIN | Lysisは4°で実現されます。C | |
| ピアス&トレード;未染色タンパク質MWマーカー | Pierce | 266109 | |
| Active human MEK1 kinase, GST Tagged | Sigma | M8822 | 80 >C |
| AKTÄ純クロマトグラフィーシステム | GE Healthcare FPLC | ||
| HiTrap SP Sepharose FF (5 ml column) | GE Healthcare | 17-5156-01 | 陽イオン交換クロマトグラフィーカラム |
| HiPrep 26/10 脱塩 | GE Healthcare | 17-5087-01 | タンパク質脱塩カラム |
| PD MidiTrap G-25 | GE Healthcare | 28-9180-08 | タンパク質脱塩カラム |
| Tris D11, 97% D | コルテクネット | CD4035P5 | 重水素化NMRバッファー |
| 5mm対称マイクロチューブ SHIGEMI D2O (インナー&アウターパイプ5本セット) | Euriso-top | BMS-005B | NMR 茂美チューブ |
| eVol キット-電子シリンジスターターキット | Cortecnet | 2910000 | ピペッティング |
| Bruker 900 MHz AvanceIII 三重共鳴極低温プローブヘッド付き | データ収集用ブルカーNMR | 分光計 | |
| Bruker 600 MHz Avance 三重共鳴極低温プローブヘッド付き | データ収集用ブルカーNMR | 分光計 | |
| TopSpin 3.1 | Bruker | NMR実験用取得・処理ソフトウェア | |
| Sparky 3.114 | UCSF (T. D. Goddard and D. G. Kneller) | NMRデータ解析ソフトウェア |
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