タンパク質間相互作用は、標的タンパク質の機能解明に重要であり、共免疫沈降(co-IP)によりPPIを容易に確認することができます。エピトープタグ付きタンパク質をコードするプラスミドをHEK-293細胞に一過性にトランスフェクションし、2つの標的タンパク質の結合を簡便に確認できる免疫沈降法を開発しました。
タンパク質間相互作用は、標的タンパク質の機能解明に重要であり、共免疫沈降(co-IP)によりPPIを容易に確認することができます。エピトープタグ付きタンパク質をコードするプラスミドをHEK-293細胞に一過性にトランスフェクションし、2つの標的タンパク質の結合を簡便に確認できる免疫沈降法を開発しました。
タンパク質間相互作用(PPI)は、細胞組織化、細胞内シグナル伝達、転写調節などの生物学的現象において極めて重要な役割を果たします。したがって、PPIを理解することは、標的タンパク質の機能をさらに調査するための重要な出発点です。本研究では、ポリエチレンイミン法を用いて哺乳類の発現ベクターをHEK-293細胞に導入し、自家製タンパク質溶解バッファー中で細胞を溶解し、エピトープタグアフィニティーゲル上で標的タンパク質を引き下げることにより、2つの標的タンパク質の結合を決定する簡単な方法を提案します。また、種々のエピトープタグ融合タンパク質間のPPIは、エピトープタグアフィニティーゲルの代わりに各タグに対するアフィニティー抗体を用いることで確認することができます。このプロトコルは、他の細胞株からの核抽出物を含むさまざまなPPIの検証にも使用できます。そのため、様々なPPI実験の基本的な手法として活用できます。タンパク質は、長時間の経過と凍結融解の繰り返しによって分解されます。したがって、細胞溶解、免疫沈降、および免疫ブロッティングは、可能な限りシームレスに実行する必要があります。
タンパク質は、情報処理、代謝、輸送、意思決定、構造構成など、すべての細胞機能において主要な役割を果たしています。タンパク質は、他の分子と物理的に相互作用することによってその機能を媒介します。タンパク質間相互作用(PPI)は、シグナル伝達の媒介、環境の感知、エネルギーの身体運動への変換、代謝酵素やシグナル伝達酵素の活性の調節、細胞組織の維持など、細胞機能を媒介するために重要です1。このように、PPIは未知の関数を解明するために利用できる2。PPIの検出方法は、 in vitro、 in vivo、 in silicoの3種類に分類できます。 in vitro PPI検出には、共免疫沈降(co-IP)、アフィニティークロマトグラフィー、タンデムアフィニティー精製、タンパク質アレイ、ファージディスプレイ、タンパク質フラグメント相補、X線結晶構造解析、および核磁気共鳴分光法が使用されています3。これらの方法の中で、co-IPはそのシンプルさから広く使用されています。
融合タグFLAGは、エンテロキナーゼ切断部位を含む8つのアミノ酸(AspTyrLysAspAspAspAspLys:DYKDDDDK)からなり、免疫親和性クロマトグラフィー用に特別に設計されました4。DYKDDDDKタグ付きタンパク質は、抗DYKDDDDK抗体を用いて認識され、捕捉されます。したがって、DYKDDDDK結合アガロースビーズ5 を使用して効率的に引き下げ、簡単な方法で特定のタンパク質への結合を確認します。免疫沈降は様々な細胞で行うことができ、目的のタンパク質に対する抗体を用いて幅広いPPIを確認することができます。抗DYKDDDDKアガロースビーズによる免疫沈降およびペプチド溶出は、以前に報告されています5。
ここでは、DYKDDDDKタグ付きタンパク質をコードするプラスミドをHEK-293細胞に一過性に導入して、目的の2つのタンパク質の会合を確認する簡単な免疫沈降法を提供します。特定のDYKDDDDK抗体は、融合タンパク質のN末端とC末端の両方に結合できますが、他の抗体には結合できません6。したがって、混乱を避けるために、N末端とC末端の両方に融合したタグを認識する抗体を選択する必要があります。エピトープタグを挿入する場合、エピトープタグと標的タンパク質の間に3〜12塩基対を挿入することで、タンパク質の構造変化を回避できる場合があります。ただし、挿入されたシーケンスは、フレームシフトを回避するために、3の倍数のベースペアである必要があります。
図 1 は、プロトコルの概要を示しています。
1. 溶液と緩衝液の調製
2. プラスミドトランスフェクション
3. 細胞溶解とサンプル調製
注:タンパク質の分解を避けるために、その後のステップは、サンプルの保存または凍結融解をできるだけ行わずに実行する必要があります。
4.スラリーの調製
注:免疫沈降の前日または当日に、プロテインGゲルとエピトープタグアフィニティーゲルの1:1スラリーを調製します。
5. プロテインGゲルでプレクリアし、エピトープタグアフィニティーゲルでタンパク質複合体を捕捉する
6. 沈殿したタンパク質を洗浄して溶出させる
7.イムノブロッティング
注:イムノブロッティング手順は、以前の報告7,8に基づいています。
褐色およびベージュの脂肪細胞としても知られる熱発生性脂肪細胞は、潜在的な抗肥満および抗耐糖能不耐症効果を有する。PR(PRD1-BF1-RIZ1相同)ドメイン含有16(PRDM16)は、熱発生性脂肪細胞の同一性を決定する上で重要な役割を果たす転写補因子である9,10。
EHMT1(ユークロマティックヒストン-リジンN-メチルトランスフェラーゼ1)は、GLPとしても知られ、主に補因子S-アデノシルメチオニン11を使用して、ヒストンH3(H3K9)のリジン9のモノメチル化およびジメチル化を触媒します。以前の報告では、EHMT1は、ヒストンメチル化を介して熱発生脂肪細胞の運命を制御するPRDM16複合体の必須メチルトランスフェラーゼであることが示されました12,13。さらに、PRDM16とEHMT1の発現レベルは、ヒト腎周囲褐色脂肪組織(BAT)の熱発生遺伝子の発現レベルと有意に相関していることを以前に報告しており、PRDM16とEHMT1の両方がヒトBATの発生に重要な役割を果たしていることを示唆しています8。
PPIを確認する方法としてこのプロトコルの有効性を実証するために、DYKDDDDK-PRDM16およびHA-EHMT1をHEK-293細胞にトランスフェクションし、上記のプロトコルを使用してDYKDDDDK-PRDM16を免疫沈降させました。DYKDDDDKタグ付きPRDM16およびHAタグ付きEHMT1を、哺乳類発現ベクターpcDNA3.1のクローニング部位に挿入しました( 材料表を参照)。イムノブロッティングにより、DYKDDDDK-PRDM16とHA-EHMT1をトランスフェクトした群において、DYKDDDDK-PRDM16とHA-EHMT1との関連が確認されました(図2)。

図1:共免疫沈降の概略図。 プロトコルの概略図を次に示します。右側は、プロトコルのワークフローを示しています。左側は反応をグラフで示しています。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図2:PRDM16はEHMT1に関連付けられています。 HEK-293細胞にベクター(ネガティブコントロール)、DYKDDDDK-PRDM16、またはDYKDDDDK-PRDM16およびHA-EHMT1をトランスフェクションしました。続いて、DYKDDDDKタグアフィニティーゲルを用いて共免疫沈降を行い、続いてイムノブロッティングを行った。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
| タンパク質溶解バッファー 250 mL (0.22 μm ろ過、4 °C で保存) | ||
| ミリリットル | 最終濃度 | |
| 1 M トリス pH 8.0 | 12.5 | 50 mM |
| 5 M NaCl | 7.5 | 150 mM |
| 0.5 Mエチレンジアミン四酢酸 | 0.5 | 1 mM |
| グリセロール | 25 | 10% |
| ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル | 2.5 | 1% |
| 重水素減少水 | 202 | |
| トータル | 250 | |
表1:タンパク質溶解バッファーの組成。
このプロトコルは、以前に報告されたプロトコル5,7,14,15とほぼ同じです。このプロトコルの重要なポイントは、細胞溶解ステップから免疫沈降ステップまで実験を決して停止しないことです。タンパク質分解はPPI検出を妨げます。長時間の経過と凍結融解のサイクルを繰り返すと、タンパク質が分解されます。SDS-PAGEでの電気泳動は、タンパク質の分解を最小限に抑えるだけでなく、PPI検出を最大化するために、免疫沈降の同じ日に実施する必要があります。
熱発生性脂肪細胞では、EHMT1とPRDM16の相互作用が以前の研究で報告されています13。EHMT1-PRDM16複合体は、褐色脂肪細胞細胞の運命と熱発生を調節します13。EHMT1は、PRDM16-アミロイドタンパク質結合タンパク質(APPBP)216の相互作用を中断することにより、PRDM16を安定化させます。このPRDM16安定化は、cullin(CUL)2-APPBP2およびEHMT116によって制御されています。
この研究では、HEK-293細胞が組換えタンパク質の産生に広く使用されているため、HEK-293細胞を使用しました17。プラスミドでトランスフェクションしやすい他の細胞株、例えばCos-7細胞やHela細胞などを使用することができます。PEIは従来のリポフェクションと比較してより経済的で簡便であるため、トランスフェクションにPEIを使用しました。
この方法では、プレクリア、エピトープタグアフィニティーゲルでの回転、および洗浄が特に重要なステップです。プレクリアリングにより、ゲルに非特異的に結合するタンパク質を除去できます。また、時間が長すぎると非特異的なタンパク質の検出につながり、時間が足りないと標的タンパク質の検出が妨げられる可能性があるため、エピトープタグアフィニティーゲルとの回転時間が重要です。
以下の点に留意してください。HEK-293細胞は簡単に剥離します。したがって、サンプルを調製するときは、コラーゲンでコーティングされた皿を使用する必要があります。PEI溶液は細胞毒性があります。したがって、トランスフェクション後、培地は細胞を長期間残さずに交換する必要があります。PPIが観察されない場合、トランスフェクションされたプラスミドの量が不十分であるか、IPに取り込まれるタンパク質の量が少ない可能性があります。また、洗浄回数が多すぎると、相互作用が見逃されてしまう可能性があります。これらに対処するために、HEK-293細胞に導入されるプラスミドの量を増やし、IPに使用されるタンパク質の量を増やし、洗浄回数を減らすことが考えられます。さらに、最終洗浄に上清が多すぎると、ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲルのウェルからオーバーフローします。非特異的なバンドが観察された場合、IPに使用されるプラスミド/タンパク質の量が多すぎるか、洗浄の回数または強度が不十分である可能性があります。これらは、IPに使用されるプラスミド/タンパク質の量を減らすか、洗浄回数を増やすか、洗浄バッファー中の塩濃度を上げることで洗浄力を高めることで対処できます。
ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルなどの一般的に使用される界面活性剤は、機能的に重要なPPIを破壊する可能性があります18。より穏やかな界面活性剤は、機能的に重要な複合体の回収率を高める可能性がありますが、不完全な可溶化のために許容できないレベルの非特異的相互作用をもたらす可能性があります。現在の研究で使用されたタンパク質溶解バッファーには、1%のポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルが含まれています。このバッファーは、トランスフェクションされたプラスミドによって過剰発現された大量のタンパク質を含む細胞質タンパク質を溶解します。核と細胞質を分離して調製した試料に対して免疫沈降を行うと、全細胞溶解で調製した試料と比較してバックグラウンドが減少し、明確な標的バンドを同定することができる17。免疫沈降が核内のタンパク質を用いて行われる場合、核タンパク質は、市販の核抽出キットを用いて、または界面活性剤を含む低塩緩衝液で細胞質を破壊して除去し、続いて高塩緩衝液で核タンパク質を抽出することによって抽出することができる19。イムノブロッティングの現像時間は、バックグラウンドを回避するだけでなく、特定のバンドを検出するように調整する必要があります。
この方法にはいくつかの制限がありました。まず、検出が期待できるPPIを使用しました。第二に、各遺伝子の発現はプラスミドの組み合わせに依存するため、不十分なタンパク質が得られ、相互作用が検出されない可能性があります。
要約すると、この方法を使用すると、PPIは質量分析と比較して経済的かつ簡単に確認できます。種々のエピトープタグ融合タンパク質間のPPIは、エピトープタグアフィニティーゲルの代わりに各タグに対するアフィニティー抗体を用いることによっても確認することができる。同様の免疫沈降法は、DYKDDDDKタグに融合した任意のタンパク質を発現するプラスミドを導入することにより、他の細胞型でも実施することができる。さらに、エピトープタグアフィニティーゲルの代わりに内在性抗体を用いることで、様々な細胞種における内在性PPIの確認が可能になります。
著者の誰もこの研究に関連する利益相反を持っていないことを宣言します。
本研究は、日本学術振興会科研費19K18008(G.N.)、日本学術振興会科研費22K16415(G.N.)、JSPS科研費22K08672(H.O.)、日本糖尿病学会若手研究助成(G.N.)、MSD生命科学財団若手研究助成(G.N.)の支援を受けて行われました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5 M EDTA (pH8.0) | Nippon gene | 311-90075 | |
| 10% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels, 10-well, 50 µL | Biorad | 4561034 | |
| 10x Tris/Glycine/SDS | Biorad | 1610772 | |
| ANTI-FLAG M2 Affinity Gel | Sigma | A2220 | |
| Anti-Mouse IgG, HRP Linked Whole Ab Sheep | GE Healthcare | NA931-1ML | |
| Anti-Rabbit IgG, HRP Linked Whole Ab Donkey | GE Healthcare | NA934-1ML | |
| Cell Scraper M | Sumitomoベークライト | MS-93170 | |
| コラーゲンI.コートディッシュ 100mm | 岩城 | 4020-010 | |
| cOmplete, EDTAフリープロテアーゼ阻害剤 カクテル | ロシュ | 4693132001 | |
| DMEM/F-12, GlutaMAX サプリメント | Invitrogen | 10565042 | |
| D-PBS (-) | 富士フイルム和光 | 045-29795 | |
| グリセロール | 富士フイルム和光 | 072-00626 | |
| グリシン | 富士フイルム和光 | 077-00735 | |
| HA-Tag (C29F4) Rabbit mAb #3724 | Cell Signaling | C29F4 | |
| Laemmli Sample buffer | Bio-Rad Laboratories | 161-0747 | |
| マイクロバイオスピンクロマトグラフィーカラム | Biorad | 7326204 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell for Mini Precast Gels | Biorad | 1658004JA | |
| モノクローナル ANTI-FLAG M2 抗体 produced in mouse | Sigma | F3165 | |
| NaCl | 富士フイルム 和光 | 191-01665 | |
| pcDNA3.1-FLAG-PRDM16 | 本論文 | N/A | |
| pcDNA3.1-vector | |||
| 本論文 | N/A | ||
| PEI MAX - Transfection Grade Linearポリエチレンイミン塩酸塩 | PSI | 24765 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン溶液 | 富士フイルム 和光 | 168-23191 | |
| ピアス BCA タンパク質アッセイキット | サーモサイエンティフィック | 23227 | |
| ポリオキシエチレン(10) オクチルフェニルエーテル | 富士フイルム和光 | 168-11805 | |
| ポリオキシエチレン(20) モノラウリン酸ソルビタン | 富士フイルム和光 | 167-11515 | |
| プロテインG セファロース 4 ファストフロー ラボパック | Cytiva | 17061801 | |
| Protein LoBind Tubes | eppendorf | 30108442 | |
| ROTATOR RT-5 | TAITEC | RT-5 | |
| skim milk | 森永製菓 | 0652842 | |
| ストリッピングソリューション | 富士フイルム 和光 | 193-16375 | |
| トランスブロット ターボ ミニ PVDF トランスファー パック | バイオラッド | 1704156B03 | |
| トランスブロット ターボ システム | バイオラッド | N/A | |
| トリズマ ベース | シグマ | T1503-1KG | |
| USDA テスト済み ウシ胎児血清 (FBS) | HyClone | SH30910.03 | |
| ベリブロット | Abcam | ab131366 | |
| β-Actin (13E5) Rabbit mAb #4970 | Cell Signaling | 4970S |