このプロトコルは、リフレクチンA1の精製と共有結合標識、ならびにタンパク質集合体間のリフレクチンタンパク質の動的交換を年齢の関数として特徴付けるためのFRET希釈アッセイを記述する。
方法論記事
このプロトコルは、リフレクチンA1の精製と共有結合標識、ならびにタンパク質集合体間のリフレクチンタンパク質の動的交換を年齢の関数として特徴付けるためのFRET希釈アッセイを記述する。
頭足類における調整可能な虹色の分子ドライバーとして、リフレクチンA1タンパク質の調整可能な位相挙動は、生体材料工学の焦点であり続けています。リフレクチンA1の塩濃度とタンパク質の正味電荷密度を調節すると、タンパク質は液液相分離の中間体として動的集合体を形成します。リフレクチンアセンブリは、タンパク質のカチオン性、クーロン反発力の電荷中和の程度によってサイズが制限されますが、最初は周囲の溶液からのモノマーまたはオリゴマーと動的に交換されます。新しい蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)希釈アッセイを動的光散乱(DLS)およびタンパク質濃度アッセイと組み合わせて使用して、リフレクチンA1アセンブリと希薄相の間のタンパク質の双方向フラックスをアセンブリ年齢の関数として特徴付けました。このFRET希釈アッセイは、タンパク質アセンブリに出入りするタンパク質の一方向フラックスと双方向フラックスを区別するため、アセンブリ形成中に適用できます。動的停止タンパク質アセンブリと速度論的に停止したタンパク質アセンブリを区別することは、それらの生物物理学的起源を理解するために重要であり、この新しいFRET希釈アッセイは、他のタンパク質アセンブリの生物物理学的調査を補完するために適応できます。
ロリギニドイカの調整可能な虹色は虹彩細胞のリフレクチン蛋白質によって媒介される1,2,3虹彩細胞には、タンパク質密度の高いブラッグラメラのスタックを形成する広範かつ規則的な膜陥入が含まれており、角度および波長に依存する方法で光を反射します1,4,5,6。アセチルコリン誘発シグナルカスケードは、カチオン性リフレクチンタンパク質1,2,7のリン酸化で最高潮に達し、タンパク質内およびタンパク質間の静電反発を減少させ、ブラッグラメラのリフレクチンの凝縮を10〜50 nmの流体力学的半径粒子から高密度の液体凝縮物3,8,9に駆動します。リフレクチンA1は、in vitroでサイズが安定した10 + nm半径アセンブリを形成し、そのサイズはタンパク質の正味電荷密度10,11,12によって正確に調整され、この調整可能なコロイド挙動は、リフレクチンベースの調整可能なバイオフォトニック材料の設計において多くの生物工学的関心を集めています13,14,15,16,17,18.NaClは、疎水性効果のエネルギー寄与をエントロピー的に増加させ、交互カチオン性リンカー19の反発電荷をスクリーニングすることにより、A1アセンブリとLLPS(液液相分離)をリフレクトインで駆動することが最近実証されました。
タンパク質密度の高い液体状凝縮物の場合、全液滴FRAP(光退色後の蛍光回収)20を使用して、緻密相と希薄相の間の動的交換を容易に分析できます。ナノメートルスケールのタンパク質アセンブリには同様のアッセイが必要です。LLPS 19,21,22の中間体としての生理学的に関連するタンパク質アセンブリの最近の報告は、アセンブリと共存する希薄相との間のアセンブリダイナミクスおよび動的交換を調査するための同等の方法の必要性を示唆しました。タンパク質クラスターには、停止したスピノーダル分解によって生成される速度論的に停止したガラス様コロイド、希薄相からモノマーまたはオリゴマーを交換する動的平衡集合体、および準安定クラスター23、24、25、26、27が含まれます。したがって、年齢依存性のタンパク質集合ダイナミクスは、より複雑な相挙動のコンテキスト内でタンパク質集合体の形成を促進する物理的プロセスを理解するための鍵となります。
ドナー蛍光色素標識タンパク質の集合体とアクセプター蛍光色素標識タンパク質の集合体との間の相互作用を分析するFRETベースのアプローチは、準安定タンパク質クラスターのダイナミクスを特徴付けるために使用されています21。これらのクラスターを混合すると、FRETの出現は、クラスター21へのタンパク質の交換と輸送を示します。ただし、リフレクチンA1などの一部のタンパク質では、クラスターは実験19の期間中継続的に形成および成長します。このようなタンパク質には、動的に停止したクラスターの継続的な形成中に発生する可能性のあるように、クラスターへのタンパク質の一方向輸送をデコンボリュートするアプローチと、アセンブリ間のタンパク質の双方向輸送が必要です。
FRET希釈アプローチは、蛍光色素希釈(図1)を介してこれを実現し、FRETの減少はアセンブリ間のタンパク質の双方向輸送を意味します。リフレクチンタンパク質のタンパク質アセンブリは、アクセプター蛍光色素またはドナー蛍光色素のいずれかで標識された等量のタンパク質を含むものを調製しました。これらの共標識リフレクチンアセンブリを、非標識リフレクチンアセンブリを含む溶液で希釈し、アセンブリ間のタンパク質の動的交換をアセンブリ年齢の関数として分析しました。この方法は、準安定クラスター、オストワルド熟成または同様の粗大化プロセスによって成長するクラスター、融合によって成長するクラスター、およびLLPSの中間体ではないクラスターを含むがこれらに限定されない、速度論的に停止したタンパク質クラスターの継続的な形成を動的クラスターと区別します。動的交換のこれらの異なるメカニズムを区別するだけではなく、動的光散乱、ナノ粒子追跡分析(NTA)、ブラッドフォードアッセイなどの直交法が必要です19,21。このプロトコルは、リフレクチンA1野生型および単一システイン含有変異体A1-C232Sの精製方法、A1-C232Sの共有結合標識、およびFRET希釈分析について説明しています。
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使用する試薬と機器は 、材料表に記載されています。
1. タンパク質精製と共有結合標識
2. FRET時系列
3. データ分析
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ドナー蛍光色素標識タンパク質とアクセプター蛍光色素標識タンパク質の両方を含むリフレクチンA1アセンブリを非標識リフレクチンA1アセンブリで希釈した後、希釈されていないアセンブリと比較して588 nmでのFRET発光の初期減少が観察されました(図2A)。0分齢のアセンブリのFRETはポジティブコントロールと同様であり、1620分齢のアセンブリのFRETは(アセンブリ形成から非標識リフレクチンアセンブリと標識リフレクチンアセンブリの混合までの時間)はネガティブコントロールよりも短かった(図2A)。Em588 / Em520 をアセンブリ年齢の関数としてプロットすると、アセンブリ集団全体が最初は完全に動的であり、動的交換の程度はアセンブリの年齢が上がるにつれて徐々に減少したことがわかります(図2B)。人口のわずか19%が24時間前のアセンブリの動的交換に参加しました(図2B
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精製中のタンパク質損失の共通点は、封入体精製プロトコルのすべてのステップで封入体ペレットの不完全な再懸濁、および精製された封入体の最終的な8M尿素5%v / v酢酸への再浮遊です。封入体の再溶解には、40 mLのコニカルチューブ内の小さな磁気撹拌バーを使用して、最大24時間の激しい攪拌が必要です。フィルターへのタンパク質の大幅な損失を避けるために、FPLCおよびHPLCに先行するろ過を15,000 x g で70分間遠心分離に置き換えて、溶液を清澄化し、液体クロマトグラフィーシステムを詰まらせる可能性のある大きな粒子を除去しました。封入体の相対的な純度により、精製プロセスからFPLCを省略することができ、HPLCだけでリフレクチンA1を精製するのに十分である可能性があります30;ただし、逆相HPLCカラムのより頻繁なディープクリーニングが必要になります。完全性を保つために、このプロトコルにFPLCを含めました。
野生型リフレクチンA1は、pH値4.5...
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著者らは開示するものは何もない。
研究は、米国陸軍研究局からの助成金W911NF-19-2-0026およびW911NF-23-1-0330を通じて、共同バイオテクノロジー研究所によって支援されました。情報の内容は、必ずしも政府の立場や政策を反映しているわけではなく、公式の支持を推測すべきではありません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10 & ムー;L容量マイクロピペット | |||
| 2 &ミュー;L容量マイクロピペット | |||
| 2-[(5-フルオレセイニル)アミノカルボニル]メタンチオスルホン酸エチル | サンタクルーズバイオテクノロジーズ | SC-216155 | CAS 351330-42-2 |
| 20 & ムー;L容量マイクロピペット | |||
| 200 & ムー;L容量マイクロピペット | |||
| 3-(N-モルホリノ)プロパンスルホン酸、4-モルホリンプロパンスルホン酸 | シグマ・アルドリッチ | M1254 | CAS 1132-61-2 |
| 酢酸 | シグマ・アルドリッチ | A6283 | CAS 64-19-7 |
| アセトニ トリル | シグマ・アルドリッチ | 34851-1L | CAS 75-05-8 |
| 寒天粉末 | カロライナバイオロジカル | 842133 | CAS 9002-18-0 |
| アルミホイル | |||
| Amicon 超遠心フィルター、10 kDa MWCO | ミリポアシグマ | UFC501008 | 容量0.5ml |
| Amicon 超遠心フィルター、10 kDa MWCO | ミリポアシグマ | UFC901008 | 15ml容量 |
| 分析天びん | |||
| ベンゾナーゼ | ミリポアシグマ | 70664-3 | CAS 9025-65-4 |
| BugBuster タンパク質抽出試薬 | ミリポアシグマ | 70584-3 | |
| ケーリー・エクリプス蛍光分光計 | キャリー・エクリプス | ||
| Cary Eclipseソフトウェア | |||
| コーニング 50 ml 遠心分離管 | ミリポアシグマ | CLS430829 | |
| 使い捨てシリンジ、ルアーロック 10 mL | コール・パーマー | UX-12915-02 | |
| DMSOの | シグマ・アルドリッチ | D8418 | CAS 67-68-5 |
| ドライアイス | |||
| デュアルポンプFPLCシステム | |||
| デュアルポンプHPLCシステム | |||
| エタノール | ミリポアシグマ | EX0280-3 | CAS 64-17-5 |
| 床置き遠心分離機ローター 500 ml バイアル容量 | |||
| 床置き型遠心分離機 | |||
| 冷凍庫、-80°C | |||
| ヒュームフード | |||
| 塩酸グアニジン | サーモサイエンティフィック | AAA135430B | 50-01-1 |
| HiTrap SP HP カチオン交換クロマトグラフィーカラム | サイトバ | 17115101 | |
| 塩酸 | シグマ・アルドリッチ | 258148-25MLです | CAS 7647-01-0 |
| 孵卵器 | |||
| イソプロピル&β;-D-1-チオガラクトピラノシド | シグマ・アルドリッチ | I6758-1G | |
| 硫酸カナマイシン | シグマ・アルドリッチ | K1637 | CAS 25389-94-0 |
| 凍結乾燥機 | |||
| リゾチーム | サーモサイエンティフィック | 90082 | |
| マグネティックスターバー | |||
| 磁気撹拌プレート | |||
| マイクロpH電極 S7 | メトラー・トレド | 51343160 | |
| 温度制御付きマイクロ遠心分離機 | |||
| Millex PVDFシリンジフィルター | ミリポール | SLGVR33RS | 0.22 & ミュー;m、直径33mm。 |
| Milli-Q ミリパックフィルター | ミリポアシグマ | MPGP002A1 | |
| Milli-Q UltraPure浄水システム | ミリポアシグマ | ||
| NaCl | サーモサイエンティフィック | AA12314A9 | CAS 7647-14-5 |
| Nalgene遠心分離機ボトル、スタイル3120 | ミリポアシグマ | B1283-4EA | バクテリアのペレット化用 |
| オービタルラボ インキュベーター付きシェーカー | |||
| パソコン | |||
| ペトリ皿 | シグマ・アルドリッチ | P5731-500EA | |
| PJ411プラスミド | DNA2.0 | ||
| プロテインLoBind コニカルチューブ | エッペンドルフ | EP30108302 | 5ml容量 |
| プロテインLoBind マイクロ遠心チューブ | エッペンドルフ | EP022431102 | 容量0.5ml |
| パイレックスバッフル三角フラスコ 1,000 ml | ミリポアシグマ | CLS44501 | 細菌培養のインキュベーション用 |
| パイレックス グリフィン ビーカー 2,000 mL | ミリポアシグマ | CLS10002L | すべてのバッファーおよび溶液の調製 用。 |
| パイレックス丸型メディア保存ボトル 1,000 ml | ミリポアシグマ | CLS13951L | すべてのバッファーおよび溶液調製の保管には、真空フラスコフィルターと一緒に使用してください |
| Qiaprep スピン ミニプレップキット | キアゲン | 27104 | |
| 冷蔵庫 | |||
| Rosetta 2(DE3)コンピテントセル | ノヴァゲン | 71397-3 | |
| スライドライザー透析カセット 10K MWCO | サーモサイエンティフィック | PI66383 | 容量0.5ml |
| 酢酸ナトリウム三水和物 | シグマ・アルドリッチ | S8625 | CAS 6131-90-4 |
| 水酸化ナトリウム | シグマ・アルドリッチ | 567530-250GMの | CAS 1310-73-2 |
| Steritop真空ボトルトップフィルター | ミリポアシグマ | S2GPT05RE | 0.22 & ミュー;m 滅菌フィルター |
| サブマイクロキュベット、50 uL容量 | スターナ細胞 | 16.40F-Q-10/Z15 | |
| スルホルダミンメタンチオスルホン酸塩 | サンタクルーズバイオテクノロジーズ | SC-220172 | CAS 386229-71-6 |
| トリフルオロ酢酸 | シグマ・アルドリッチ | 106232-25G | CAS 407-25-0 |
| トリプトン | スペクトラムケミカル | T1333 | |
| 尿素 | サーモサイエンティフィック | AAA123600E | CAS 57-13-6 |
| 紫外可視分光計 | |||
| 酵母エキス | ギブコ | 211929 |
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