ユビキチン化は翻訳後修飾の重要なタンパク質であり、その中で多くのヒト疾患に関与している調節不全である。このプロトコルは、ファージディスプレイを使用して、ユビキチン化の特異性、効率、パターンを制御するE3リガスの活性を結合および調節できる新しいユビキチン変異体を分離する方法を詳述する。
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ユビキチン化は翻訳後修飾の重要なタンパク質であり、その中で多くのヒト疾患に関与している調節不全である。このプロトコルは、ファージディスプレイを使用して、ユビキチン化の特異性、効率、パターンを制御するE3リガスの活性を結合および調節できる新しいユビキチン変異体を分離する方法を詳述する。
ユビキチンは、ユビキチンプロテアソーム系のコア成分である小さな8.6 kDaタンパク質です。その結果、高い特異性を持つが、親和性が低いタンパク質の多様な配列に結合することができます。ファージディスプレイを通じて、ユビキチン変異体(UbV)は、野生型ユビキチンに対する親和性が向上し、標的タンパク質に対する結合特異性を維持するように設計することができる。ファージディスプレイはファージミドライブラリーを利用し、それにより、糸状M13バクテリオファージ(ファージ表面に外部に表示されるために選択される)のpIIIコートタンパク質がUbVと融合する。ヒト野生型ユビキチンの特定の残基は、標的タンパク質との新規相互作用を促進するために必要な多様性を導入しながら、タンパク質の構造の有害な変化を回避するようにUbVを生成するために軟らかくランダム化される(すなわち、天然の野生型配列に偏りがある)。ファージ表示プロセス中に、これらのUbVはファージコートタンパク質上に発現および表示され、目的のタンパク質に対してパンされます。標的タンパク質との良好な結合相互作用を示すUbVは保持され、一方、不良な結合剤は洗い流され、ライブラリプールから除去される。UbVの対応するファージミドを含むファージ粒子に取り付けられた保持されたUbVは、別のファージディスプレイで同じ標的タンパク質に対してパンできるように溶出し、増幅し、濃縮されます。通常、ファージディスプレイの最大5ラウンドが実行され、その間に弱くおよび/または無差別に結合するUbVに対して強い選択圧力が課され、親和性の高い人が濃縮され、濃縮されます。最終的には、野生型よりも標的タンパク質に対する特異性および/または親和性を示すUbVは単離され、さらなる実験を通じて特徴付けることができます。
タンパク質とタンパク質相互作用の分子的詳細を理解することは、生物学的プロセスのシグナル伝達機構、特に臨床的に重要な疾患に寄与するシグナル伝達機構を解き出す上で重要です。近年、ファージディスプレイは、目的の標的タンパク質1,2,3,4に対する結合力が大幅に改善されたタンパク質/ペプチドを単離する実用的かつアクセス可能な方法として利用されており、タンパク質とタンパク質相互作用の細胞内プローブとして使用することができます。
ユビキチン化は酵素活性(E1活性化酵素→E2共役酵素→E3リガース)のカスケードであり、タンパク質基質にユビキチン(Ub)を共有結合して分解または細胞シグナル伝達の変化を仲介する。さらに、デュビキチナーゼはタンパク質からのユビキチンの除去を触媒する。したがって、細胞には何千ものUb依存性タンパク質相互作用があり、その大半は親和性は低いが特異性が高い共通の表面を認識し、大きく多様な表面を介して弱い相互作用を可能にする。
Ernstらは、高い選択性を維持しながら、関心のあるタンパク質に対する結合親和性を高めることができるかどうかを確認するために、Ubの既知の結合領域に突然変異を導入した。100億個以上(7.5 x 1010)Ub変異体(UbV)の組み合わせライブラリで、既知のUbタンパク質相互作用を媒介するUb表面全体の位置に変異が生まれました。このライブラリーは、M13バクテリオファージpIIIコートタンパク質を多様なUbVに融合させたフェゲミドで構成されていました。したがって、個々のUbVは、発現時にコートタンパク質を介してファージ表面に表示することができる。選択プロセス中に、標的タンパク質とのかなりの結合相互作用を有するUbVを表示するファージは、ファージディスプレイの後のラウンドで保持され、濃縮され、一方、標的タンパク質に不十分に結合するUbVを表示するファージは洗い流され、ファージプールから除去される。保持されたファージ粒子は、表示されたUbVに対応するファージミドを含み、それらを配列し、一度単離した後にさらに特徴付けることを可能にする。
このタンパク質工学戦略を用いて、UbV阻害剤はヒトデュビキチン酵素5およびウイルスプロテアーゼ6のために開発された。重要なことに、我々は、E2結合部位をハイジャックし、HECTドメイン7上のUb結合エキソサイトを占有するUbVを活性化することによって、ヒトHECTファミリーE3リガス用の阻害UbVを生成した。また、E2結合部位を標的とすることにより単量体リングファミリーE3を阻害し、均一体性RING E3s8を活性化するためにUbV二量体化を誘導することができる。マルチサブユニットリングE3の場合、UbvはRINGサブユニット(例えば、APC / C complex9)を標的にするか、または複合体形成を妨害することによって阻害を達成することができます(例えば、SCF E3s10の場合)。UbVを活用して、Ub-プロテアソーム系(UPS)におけるタンパク質とタンパク質の相互作用を体系的に問い合わせて、UPS酵素の生化学的メカニズムをよりよく解読し、治療介入のための機能的部位を同定および検証することができます。
以下のプロトコルは、以前に生成されたファージ表示UbVライブラリを使用して目的のタンパク質を標的とする方法と、ファージディスプレイの連続したラウンドを介して標的タンパク質と相互作用するUbVバインダーを濃縮する方法を説明する。
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1. 試薬の準備
2. タンパク質調製
3. ラウンド1の選択の準備
4. 1回の選択
0.6-0.8)になるまで、200 rpm軌道揺れで37°Cでインキュベートします。これには約3時間かかります。
0.6-0.8)で大腸菌細胞を接種し、LB/炭水化物にメッキを行うことによって決定することができる。5. その後の選択の準備
0.6 - 0.8)。これには約1時間かかります。6. その後の選択ラウンド
7. 選択後処理とファージの分離
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ファージディスプレイから製造されたバインダーは、多くの方法で検証および分析することができます。ファージミドライブラリー内の多様なインサートに隣接するプライマーでファージをシーケンシングする方法を最初に進めることが推奨されます。理想的なファージディスプレイ実験は、いくつかの配列に対する明確なバイアスを示す(図1)。他のシーケンスも存在しますが、カウントが少ないほど、バックグラウンドノイズとして表示されます。提供された例では、ユビキチン変異体(UbV)と野生型UBE4Bの間でファージ表示が行われたところに、配列#1-4に対する特定のバイアスがある。シーケンスファイルを整理および分析するための Python スクリプトの例が提供されています (「phageDisplaySeqAnalysis.py」)。結合剤の有意性を確認するために、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)は、野生型標的タンパク質、変異標的タンパク質、ならびにオフターゲットタンパク質に対する相対的結合親和性の迅速な尺度として使用することができる(図1)。新しい...
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ステップ2.1(タンパク質調製物)で述べたように、タンパク質濃度を評価するために様々な方法を使用することができ、ファージディスプレイに使用される特定の標的タンパク質に基づいて、それぞれがユニークな利点と欠点を有するであろう。一般的なメソッドの詳細な説明とプロトコルのソースは、以前に提供されています 11.
前のラウンドのファージディスプレイによって保持されたファージを後続のラウンドの入力として使用すると、弱く、一過性に、または偶然に結合したバインダーを徐々に除去することによって、良好な結合剤を豊かにする。ラウンド4と5によって理想的には、ペプチド配列の小さく、特定のセットに向かって明確なバイアスが存在し、標的タンパク質の結合好みを示す。
このプロトコルは、UbVライブラリでの使用に最適化されています。これらのステップは一般的に他の種類のライブラリ(例えば、ペプチド、抗体など)に適用されるかもしれませんが、そのような非UbVライブラリに対応するために適応する必要があります。ステップ...
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著者らは利益相反を宣言しない。
ユビキチン変異体技術は、博士サクデフ・シドゥ(トロント大学)の研究室で考案されました。WZは現在、人間とマイクロバイオームプログラムのCIFARアズリエリグローバルスカラーです。この研究は、WZ(RGPIN-2019-05721)に授与されたNSERCディスカバリー助成金によって資金提供されました。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Axygen Mini Tube System (0.65 mL, sterile, 96/Rack, 10 Racks/pack) | Fisher Scientific | 14-222-198 | ファージディスプレイ後のファージ出力の培養。 |
| BD Difco Dehydrated Culture Media: LB Broth, Miller (Luria-Bertani) | Fisher Scientific | DF0446-17-3 | 力価測定用プレートの準備。 |
| ウシ血清アルブミン(BSA)、フラクションV | バイオショップカナダ | ALB001 | バッファーコンポーネント。 |
| カルベニシリン二ナトリウム塩89.0-100.5%無水 | Millipore-Sigma | C1389-5G | ファージミド感染細胞の培養。 |
| コンパクトデジタルマイクロプレート シェイカー | フィッシャーサイエンティフィック | 11-676-337 | ファージライブラリーとのインキュベーション中にプレートを振る。 |
| コーニングマイクロプレートアルミニウムシーリングテープ | フィッシャーサイエンティフィ | 07-200-684 | シーリングファージグリセロールストック。 |
| 乾燥寒天 | フィッシャーサイエンティフィック | DF0140-01-0 | 力価測定用のプレートの準備。 |
| DS-11 分光光度計/蛍光光度計 | DeNovix | DS-11 FX+ | タンパク質濃度測定。 |
| Greiner Bio-One CellStar 96-Well, Non-Treated, U-shapeped-Bottom Microplate | Fisher Scientific | 7000133 | ファージグリセロールストックの保存. |
| 塩酸 | フィッシャーサイエンティフィック | A144-500 | ファージ溶出。 |
| Invitrogen One Shot OmniMAX 2 T1R Chemically Competent E. coli | Fisher Scientific | C854003 | ファージ感染のための細菌株。 |
| カナマイシン硫酸 | フィッシャー科学 | AAJ1792406 | M13K07ヘルパーファージ感染細胞の培養。 |
| M13KO7ヘルパーファージ | ニューイングランドバイオラボ | N0315S | 膿形動物のパッキングと分泌を許可します。 |
| MaxQ 4000 ベンチトップオービタルシェーカー | フィッシャーサイエンティフィック | 11-676-076 | 細菌細胞培養。 |
| Nunc MaxiSorp 96ウェルマイクロプレート、平底 | Life Technologies | 44-2404-21 | 固定化タンパク質。 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS)10X溶液 | Fisher Scientific | BP3994 | 緩衝成分/ファージ再懸濁培地。 |
| ELISAおよびインキュベーション用ポリエステルフィルム | VWR | 60941-120 | インキュベーション中にマイクロプレートを覆います。 |
| ポリエチレングリコール8000(PEG) | フィッシャーサイエンティフィック | BP233-1 | ファージ沈殿。 |
| 塩化ナトリウム | ミリポアシグマ | S3014 | ファージ沈殿。 |
| 滅菌プラスチック培養チューブ:半透明 | フィッシャーサイエンティフィック | 14-956-1D | ファージインプットの培養。 |
| テトラサイクリン塩酸塩 | フィッシャーサイエンティフィック | BP912-100 | 大腸菌OmniMax細胞。 |
| Tris Base | Fisher Scientific | BP1525 | 出ファージ溶液を中和します。 |
| トリプトンパウダー | フィッシャーサイエンティフィック | BP1421-2 | 細胞増殖培地成分。 |
| Tween 20 | Fisher Scientific | BP337500 | バッファーコンポーネント。 |
| 酵母エキス | フィッシャーサイエンティフィック | BP1422-2 | 細胞増殖培地成分。 |
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