2025年5月30日
ここでは、酵母表面表示基質を酵素修飾アッセイに使用するためのプロトコールを紹介します。このプラットフォームは、代表的な酵素修飾アッセイとして、チロシンホスファターゼSHP-2の基質の1つに対する脱リン酸化活性の分析を使用して実証されました。
この研究は、細胞の挙動を決定するタンパク質の化学修飾を研究することに焦点を当てています。この場合の目標は、さまざまな基質を修飾する酵素の好みと動態を理解することです。
酵母の表面に現れた基質分子を脱リン酸化する能力が初めて実証されました。この発見は、以前はアクセスできなかった酵素修飾の一般化可能な速度論マッピングの可能性を開きます。この研究は、酵素基質の相互作用を理解することに関連する課題に対処します。通常、このタイプの評価には、細胞ライセートまたはカスタマイズされたペプチドが必要です。ここでは、酵母で表示された基質を使用して、FasLの代替品が提供されます。
このプロトコルは、従来の酵母表面表示を、細胞外空間における通常細胞内酵素反応の分析に向けて進歩させ、これらの通常は評価が困難な相互作用のFasL分析を可能にします。
このプロトコルにより、ハイスループット法を通じてさまざまな酵素の基質の好みを調べ、簡単な読み出しで速度論的研究を行うことができます。
[講師]まず、準備した酵母細胞のアリコートを氷上で解凍します。酵母ディスプレイコンストラクトを含む0.5〜1.5マイクログラムのプラスミドDNAを細胞に直接添加します。次に、形質転換液または滅菌50%ポリエチレングリコールと0.1モル酢酸リチウム溶液のいずれかを0.5ミリリットル加えます。細胞、プラスミドDNA、形質転換液の混合物をピペッティングで完全に結合します。形質転換混合物を摂氏30度で30〜60分間静的にインキュベートし、15分間隔で混合物をボルテックスします。1000Gで遠心分離して細胞を回収します。4.5ミリリットルのプラスミド含有酵母細胞増殖、またはSDCAA培地を含む14ミリリットルの培養チューブを調製します。所望のプラスミドを含む細胞を500マイクロリットルのSDCAAに再懸濁し、調製した4.5ミリリットルの培地を接種します。50マイクロリットルの接種培養物を、オーガーに穴を開けずにSDCAAプレートに慎重に分配します。摂氏30度で48時間静的にインキュベートして、変換効率を測定します。次に、5ミリリットルのSDCAA細胞培養物を摂氏30度、300RPMの振とうインキュベーターで少なくとも18時間インキュベートします。16時間後に600ナノメートルで光学密度を監視し、20時間後に再度繰り返します。サンプルが6を超えない光学密度に達したら、培養物を2500Gで3分間遠心分離し、酵母ペレットを乱さずに上清を廃棄します。タンパク質発現の誘導、またはSRGCAA培地で酵母ペレットを再懸濁し、1未満の600ナノメートルの最終光学密度にします。酵母培養物を摂氏30度、300RPMの振とうインキュベーターで少なくとも8時間、24時間以内にインキュベートします。次に、600ナノメートルで光学密度を測定して、セル密度を決定します。1.7ミリリットルのバイアルで2X作業緩衝液を脱イオン水で1対2の比率で希釈することにより、サンプルの作業バッファーを調製します。200万個の酵母細胞を回収するために必要な適切な量の酵母培養物を、各サンプルの1.7ミリリットルのバイアルに加えます。バイアルを4500Gで1分間遠心分離し、マイクロピペットを使用して慎重に上清を取り出し、バイオハザード廃棄物として廃棄します。ペレット化した細胞を1ミリリットルのPBSAに再懸濁してから、遠心分離と上清除去を繰り返します。脇に置いておいてください。組換えヒトSHP-2溶液を最終濃度1,000ナノモルで20マイクロリットルの総反応量で調製します。次に、15ミリリットルの円錐形チューブに10ミリリットルの脱イオン水に7.7ミリグラムのDTTを加えて、5ミリモルのDTT溶液を作成します。次に、ペレット化された細胞を取り、最終的な反応量がサンプルあたり20マイクロリットルになるように、作業バッファーに再懸濁します。各サンプルに2マイクロリットルの5ミリモルDTT溶液を加えると、最終的なDTT濃度は0.5ミリモルになります。調製した量のSHP-2を各サンプルに加えて最終容量20マイクロリットルにし、マイクロピペットを使用して穏やかに混合します。漏れや相互汚染を防ぐために、サンプルバイアルの蓋をパラフィルムで包みます。サンプルを摂氏37度でローター上で一定の速度で2時間インキュベートします。ローターからサンプルを取り出した後、各サンプルに 1 ミリリットルの PBSA を加えて反応を停止し、再度 1 分間遠心分離します。次に、上清を捨てます。ペレット化されたサンプルを、対応する一次試薬の20マイクロリットルの混合物に再懸濁し、室温で20分間インキュベートします。20分後、サンプルを4500Gで1分間遠心分離し、上清をバイオハザード廃棄物として廃棄します。細胞を再び遠心分離する前に、細胞を1ミリリットルのPBSAに再懸濁して細胞を一度洗浄します。次に、対応する二次試薬の20マイクロリットルの混合物にサンプルを再懸濁し、暗所で15分間インキュベートします。 サンプルを遠心分離し、上清を廃棄した後、細胞をPBSAでもう一度洗浄してから、再度遠心分離します。次に、洗浄したサンプルを300〜500マイクロリットルのPBSAに再懸濁し、フローサイトメトリー分析のために5ミリリットルのポリスチレンチューブに移します。サイトメーターを準備したら、[ファイル]をクリックし、次に[新しい実験]ボタンをクリックし、実験に名前を付けて[保存]をクリックして、取得したデータが目的のファイルパスに保存されていることを確認します。上部のツールバーのドットプロットアイコンを選択して、サンプルごとに2つ以上のドットプロットを作成します。ドット プロットの 1 つについて、X 軸名に FSCA チャネルが表示され、Y 軸名に SSCA チャネルが表示されていることを確認します。別のプロットでは、一次抗エピトープタグ抗体を標的とする二次試薬が蛍光を発するチャネルを表示するにはx軸名を選択し、ストレプトアビジン二次試薬が蛍光を発するチャネルを表示するにはy軸名を選択します。チューブを右クリックし、[名前の編集]を選択してサンプル名を入力して、サンプルのわかりやすい名前を入力します。各サンプルチューブをサイトメーターのホルダーに入れ、[実行]をクリックしてサンプルのロードとデータの取得を開始します。必要に応じて、イベント、時間、流量を調整します。SSCA対FSCAプロットで健康な酵母細胞を取り巻くゲートを定義します。次に、すべての対照サンプルの蛍光を記録します。処理されたサンプルを分析する前に、作成したプロットのゲーティング戦略を定義します。フローサイトメトリーソフトウェアを使用してデータを分析する前に、サイトメーターとゲーティング戦略を使用して脱リン酸化サンプルの蛍光を記録します。表面にタンパク質を発現する細胞のy軸中央値と、サンプルとコントロールの間で遊んでいる細胞によって提供されるベースラインリン酸化を測定および比較することにより、リン酸化を評価します。最後に、提供された式を使用してリン酸化差の中央値の割合を計算します。酵母表面に表示された基質のリン酸化差の中央値に対するSHP-2ホスファターゼ濃度とインキュベーション時間の変化の影響をこの図に示します。リン酸化の中央値差は、すべてのSHP-2濃度で時間の経過とともに減少し、1,000ナノモルのSHP-2濃度で4時間で最高の脱リン酸化が観察されました。2時間のインキュベーション後、1,000ナノモルのSHP-2は、リン酸化の中央値が約48.8%となり、同じ時点での750ナノモルの条件よりも有意に低かった。500ナノモル、750ナノモル、および1,000ナノモルのSHP-2濃度でインキュベーションを2時間から3時間に延長した場合、リン酸化差の中央値に有意差は観察されませんでした。
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この研究は、酵母表面に表示された基質を利用した酵素修飾アッセイの新しいプロトコルを導入します。具体的には、基質上でチロシンホスファターゼSHP-2の脱リン酸化活性を示し、酵素修飾の動的マッピングの可能性を強調しています。
High-throughput enzymatic modification screening using yeast surface display enables rapid interrogation of enzyme-substrate specificity and kinetics, directly supporting early-stage target validation and mechanistic de-risking. Flow cytometry-based quantification of extracellular modifications provides scalable, quantitative readouts for portfolio triage and predictive confidence in discovery workflows. This approach expands the accessible reaction space for functional screening, facilitating risk-adjusted advancement decisions in biopharma R&D.
This method integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing through lead identification and preclinical validation, supporting both mechanistic and screening workflows.