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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
프로토콜은 p53 종양 억제 단백질을 예로 사용하여 포유류 세포로부터 유비퀴틴화된 단백질을 정제하는 단계별 방법을 설명합니다. 유비퀴틴화된 p53 단백질은 엄격한 비변성 및 변성 조건 하에서 세포로부터 정제하였다.
유비퀴틴화는 기질 단백질의 안정성뿐만 아니라 국소화 및 기능을 조절하는 번역 후 변형의 한 유형입니다. 유비퀴틴화 과정은 진핵생물에서 세포 내에서 발생하며 거의 모든 기본적인 세포 생물학적 과정을 조절합니다. 유비퀴틴화된 단백질의 정제는 기질 단백질의 기능을 제어하는 유비퀴틴화의 역할에 대한 조사를 돕습니다. 여기서, 포유류 세포에서 유비퀴틴화 단백질을 정제하기 위한 단계별 절차가 p53 종양 억제 단백질을 예로 들어 설명된다. 유비퀴틴화된 p53 단백질은 엄격한 비변성 및 변성 조건 하에서 정제하였다. 총 세포 플래그-태그된 p53 단백질을 비변성 조건 하에 항-플래그 항체-접합된 아가로스로 정제하였다. 대안적으로, 총 세포 His-태그된 유비퀴틴화 단백질을 변성 조건 하에 니켈-하전된 수지를 사용하여 정제하였다. 용출액에서 유비퀴틴화된 p53 단백질은 특정 항체로 성공적으로 검출되었습니다. 이 절차를 사용하여 주어진 단백질의 유비퀴틴화 된 형태를 포유류 세포로부터 효율적으로 정제하여 단백질 기능을 조절하는 유비퀴틴화의 역할에 대한 연구를 용이하게합니다.
유비퀴틴은 76 개의 아미노산 1,2,3의 진화 적으로 보존 된 단백질입니다. 유비퀴틴은 활성화 (E1), 접합 (E2) 및 리가 아제 (E3) 효소를 포함하는 캐스케이드를 통해 표적 단백질의 라이신 잔기에 공유 결합합니다. 유비퀴틴은 먼저 E1 효소에 의해 활성화 된 다음 E2 접합 효소로 옮겨집니다. 이어서, E3 유비퀴틴 리가 아제는 유비퀴틴-로딩 된 E2 효소 및 기질 단백질 모두와 상호 작용하고, 유비퀴틴의 C- 말단과 기질 1,2,3,4,5의 라이신 잔기 사이의 이소 펩티드 결합의 형성을 매개한다. 유비퀴틴화는 유비퀴틴 잔기를 기질 단백질 상의 라이신 잔기 또는 그 자체에 부착시켜 단백질 모노유비퀴틴화 또는 폴리유비퀴틴화를 유도하는 것을 포함한다. 이 유비퀴틴화 과정은 진핵생물에서 세포 내에서 발생하며 다양한 생물학적 과정을 조절합니다. 유비퀴틴화는 유비퀴틴-프로테 아좀 시스템 1,2,3,4,5를 통해 기질 단백질의 분해를 초래한다. 또한, 유비퀴틴화는 세포3,5에서 단백질 세포 내 국소화, 단백질 복합체 형성 및 단백질 트래피킹을 조절한다. 기질 단백질에 연결된 유비퀴틴 잔기는 데유비퀴틴화 효소(DUB)에 의해 제거될 수 있습니다6,7. 특히, 유비퀴틴 사슬이 조립되는 다양한 방법은 다양한 생물학적 과정을 조절하는 무수한 수단을 제공합니다 1,5. 기질 단백질 기능을 조절하는 유비퀴틴화의 정확한 역할은 지금까지 불완전하게 이해되고 있습니다. 유비퀴틴화 된 단백질의 정제는 다양한 세포 과정에 대한 단백질 유비퀴틴화의 효과의 해명에 기여한다.
p53 단백질은 가장 중요한 종양 억제 단백질 중 하나이며 거의 모든 인간 암 8,9,10,11에서 유전 적 돌연변이 또는 불 활성화를 나타냅니다. p53 안정성 및 활성은 유비퀴틴화, 인산화, 아세틸화 및 메틸화12,13을 포함하는 번역후 변형에 의해 생체내에서 섬세하게 조절된다. p53 단백질은 다양한 세포에서 6 분에서 40 분 범위의 짧은 반감기를 가지며, 이는 주로 폴리 유비 퀴틴 화 및 후속 프로테아좀 분해10,12로 인해 발생합니다. 마우스 더블분 2 (Mdm2)는 p53의 N 말단에 결합하여 그의 전사 활성12,14,15를 억제하는 p53의 E3 유비퀴틴 리가제이다. Mdm2는 p53의 폴리유비퀴틴화 및 프로테아좀 분해를 촉진하여 안정성을 제어하고 p53의 모노유비퀴틴화를 유도하여 핵 수출12,14,15,16을 촉진합니다. 여기서, 유비퀴틴화 Mdm2 매개 p53은 포유동물 세포로부터 유비퀴틴화 단백질을 정제하는 방법을 구체적으로 소개하기 위한 예로 사용된다. 표적 단백질의 유비퀴틴화 상태에 영향을 미치는 조절자는 포유류 세포에서 과발현되거나 녹다운/녹아웃될 때 이 생체 내 유비퀴틴화 분석을 사용하여 확인할 수 있습니다. 또한, 유비퀴틴화 단백질은 시험관내 탈유비퀴틴화 분석을 위한 기질로서 사용될 수 있다. 유비퀴틴화된 기질을 개별 DUB와 함께 배양하여 표적 단백질에 대한 특정 DUB를 식별하기 위해 고처리량 스크리닝을 수행할 수 있습니다. 유비퀴틴화된 단백질은 세포에서 다운스트림 신호전달 단백질을 모집하는 스캐폴드로서 작용할 수 있다. 유비퀴틴화된 표적 단백질 복합체는 천연 정제 조건 하에서 순차적 면역침전에 의해 정제될 수 있고 질량 분석법에 의해 확인될 수 있다. 현재 프로토콜은 유비퀴틴화에 의해 조절되는 세포 단백질을 조사하기 위해 광범위하게 사용될 수 있다.
친화성 태그가 부착된 유비퀴틴, 유비퀴틴 항체, 유비퀴틴 결합 단백질 및 분리된 유비퀴틴 결합 도메인(UBD)의 사용을 포함하는 유비퀴틴화된 단백질을 정제하기 위한 몇 가지 방법이 확립되었습니다17. 여기에서는 포유동물 세포에서 유비퀴틴화 단백질을 정제하기 위한 매개체로 친화성 태그된 유비퀴틴을 사용하는 프로토콜을 제공합니다. poly-His-tagged 유비퀴틴의 사용은 다른 방법들에 비해 이점을 제공한다. 유비퀴틴화 단백질은 강력한 변성제의 존재 하에서 정제되며, 이는 세포 단백질을 선형화하고 단백질-단백질 상호 작용을 방해함으로써 니켈 하전 수지에 대한 비특이적 결합을 감소시킵니다. 대조적으로, 유비퀴틴 항체, 유비퀴틴 결합 단백질 및 분리된 UBD를 매개체로 사용하는 것은 덜 엄격한 조건에서 정제를 수행해야 하기 때문에 표적 단백질에서 결합 파트너를 효과적으로 배제할 수 없습니다. 더욱이, 정제는 또한 이들 매개체를 사용하여 관련없는 단백질의 결합 증가를 유도 할 수있다. 또한, 다양한 유비퀴틴 결합 유형뿐만 아니라 유비퀴틴 결합 단백질 또는 단리된 UBDs(17)에 의한 모노- 및 폴리-유비퀴틴화에 대한 결합 성향이 존재한다. poly-His-tagged 유비퀴틴의 사용은 모든 세포 유비퀴틴화 단백질을 끌어내리는 데 기여합니다. 대안적으로, 시판되는 항-플래그 또는 항-HA 항체-접합된 아가로스의 사용은 비변성 조건 하에서 대규모 플래그- 또는 HA-태그된 표적 단백질을 면역침전시키는 것을 용이하게 한다. 제2 정제 단계는, 예를 들어, 폴리-히스-태그된 유비퀴틴을 표적화하는 니켈-하전된 수지에 의해, 다운스트림 실험을 위해 고순도의 유비퀴틴화된 표적 단백질을 획득하는데 사용될 수 있다. 특히, 에피토프 태깅 정제 전략은 표적 단백질을 효과적으로 면역침전시키기 위해 특정 항체를 획득할 수 없을 때 적응될 수 있다. 마지막으로, 포유류 세포에서 유비퀴틴화 단백질의 정제는 시험관 내 정제와 비교하여 더 많은 생리학적 조건 하에서 표적 단백질의 유비퀴틴 결합 모드를 유지합니다.
참고 : H1299 세포는 중국 과학원의 줄기 세포 은행에서 친절하게 제공했으며 마이코 플라스마 오염에 대해 음성으로 입증되었습니다.
1. 세포 배양
2. 플라스미드 형질감염
3. 세포 수집
4. 비변성 조건에서 유비퀴틴화된 단백질의 정제
5. 변성 조건하에서 유비퀴틴화된 단백질의 정제
6. 웨스턴 블롯팅에 의한 정제된 유비퀴틴화 단백질의 검출
도식도는 플래그 태그 p53(Flag-p53) 및 His/HA 이중 태그 유비퀴틴(HH-Ub) 단백질을 보여줍니다(그림 1A). 유비퀴틴화된 단백질을 정제하는 데 사용되는 절차는 그림 1B에 요약되어 있습니다. Poly-His-태그된 유비퀴틴은 포유동물 세포 내의 표적 단백질에 라이게이션될 수 있다. 유비퀴틴화된 단백질은 비변성 조건에서 Flag/M2 비드로 정제하거나 변성 조건에서 고정화된 금속 이온 친화성 크로마토그래피(IMAC)로 정제할 수 있습니다(그림 1B). 유비퀴틴화된 p53을 포함한 총 p53 단백질은 비변성 조건하에서 H1299 세포로부터의 Flag/M2 비드로 면역침전시켰다. 저분자량에서 고분자량까지 번진 밴드로 나타나는 유비퀴틴화 p53 단백질의 신호는 Mdm2가 이들 세포에서 외분비로 발현되었을 때 현저하게 증가하여 유비퀴틴화된 p53 단백질이 세포에서 효과적으로 정제되었음을 시사합니다(그림 2). 다음으로, 세포를 변성 조건 하에서 용해시키고, 전체 세포 유비퀴틴화 단백질을 니켈-하전 수지로 끌어내렸다. 총 세포 단백질은 항-HA 모노클로날 항체를 사용한 웨스턴 블롯에 의해 검출되었고, 유비퀴틴화된 p53 단백질은 항-p53 모노클로날 항체를 사용하여 검출하였다. 결과는 총 유비퀴틴화 단백질 수준은 변하지 않았지만 유비퀴틴화 p53 단백질 수준은 Mdm2가 이들 세포에서 과발현된 후 극적으로 증가했음을 보여주었습니다. 이러한 결과는 유비퀴틴화된 p53을 함유한 총 유비퀴틴 단백질이 변성 조건 하에서 세포 용해물로부터 효과적으로 제거되었음을 나타냅니다(그림 3).

그림 1: 유비퀴틴화된 단백질을 정제하는 데 사용되는 절차의 요약. (A) 플래그 태그 p53 (Flag-p53) 및 His/HA 이중 태그 유비퀴틴 (HH-Ub) 단백질의 개략도. (B) 유비퀴틴화 단백질은 비변성 조건에서 Flag/M2 비드로 정제할 수 있고 변성 조건에서 IMAC로 정제할 수 있습니다. 약어 : His/HA = 폴리히스티딘/헤마글루티닌; Ub = 유비퀴틴; 플래그/M2 비드 = 항-플래그 M2 항체 접합 비드; IMAC = 고정 금속 이온 친화성 크로마토그래피. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 유비퀴틴화된 p53 단백질은 비변성 조건에서 정제되었습니다. Flag-p53 발현 플라스미드를 단독으로, HH-Ub로, 또는 Mdm2 및 HH-Ub와 함께 H1299 세포 내로 형질감염시켰다. 총 p53 단백질 및 유비퀴틴화된 형태는 세포 추출물로부터의 Flag/M2 비드에 의해 면역침전되었다. 용출액을 항-p53 (A) 및 항-HA (B) 모노클로날 항체로 웨스턴 블롯팅을 실시하였다. (c) 조세포 추출물(Input)을 항-p53 및 항-Mdm2 단일클론항체로 웨스턴 블롯팅을 실시하였다. GFP를 로딩 대조군으로 사용하였다. 약어 : HH-Ub = His/HA 이중 태그 유비퀴틴; HA = 헤마글루티닌; 플래그/M2 비드 = 항-플래그 M2 항체 접합 비드; GFP = 녹색 형광 단백질. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 유비퀴틴화된 p53 단백질은 변성 조건에서 정제되었습니다. Flag-p53 발현 플라스미드를 단독으로, HH-Ub로, 또는 Mdm2 및 HH-Ub와 함께 H1299 세포 내로 형질감염시켰다. 전체 세포 유비퀴틴화 단백질을 니켈-하전된 수지로 끌어내고, 이어서 항-p53 및 항-HA 단일클론 항체로 웨스턴 블롯팅을 실시하였다. (a) 유비퀴틴화된 p53 단백질은 항-p53 항체를 이용하여 검출하였다. (b) 총 유비퀴틴화된 단백질은 항-HA 항체를 사용하여 검출하였다. (c) 조세포 추출물(Input)을 항-p53 및 항-Mdm2 단일클론항체로 웨스턴 블롯팅을 실시하였다. GFP를 로딩 대조군으로 사용하였다. 약어 : HH-Ub = His/HA 이중 태그 유비퀴틴; HA = 헤마글루티닌; GFP = 녹색 형광 단백질. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 경쟁하는 재정적 이익이 없다고 선언합니다.
프로토콜은 p53 종양 억제 단백질을 예로 사용하여 포유류 세포로부터 유비퀴틴화된 단백질을 정제하는 단계별 방법을 설명합니다. 유비퀴틴화된 p53 단백질은 엄격한 비변성 및 변성 조건 하에서 세포로부터 정제하였다.
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (81972624)의 DL 보조금으로 지원되었습니다.
| β-메르캅토에탄올 | Sangon Biotech | M6250 | |
| Amersham ECL Mouse IgG, HRP linked whole Ab (from sheep) | GE healthcare | NA931 | Secondary antibdoy |
| Amersham ECL Rat IgG, HRP linked whole Ab (from donkey) | GE healthcare | NA935 | Secondary antibdoy |
| Anti-Flag M2 Affinity Gel | Sigma-Aldrich | A2220 | FLAG/M2 beads |
| Anti-GFP monocolonal 항체 | Santa cruz | sc-9996 | Primary 항체 |
| Anti-HA High Affinity | Roche | 11867423001 | Primary 항체 |
| Anti-Mdm2 monocolonal 항체 (SMP14) | Santa cruz | sc-965 | 1차 항체 |
| Anti-p53 monocolonal 항체 (DO-1) | Santa cruz | sc-126 | 1차 항체 |
| EDTA | Sigma-Alddich | E5134 | 용매 |
| 태아 소 혈청 | VivaCell | C04001-500 | FBS |
| FLAG 펩타이드 | Sigma-Alddich | F3290 | 용출 완충액 준비 |
| GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | 보충제 |
| Guanidine-HCI | Sangon Biotech | A100287-0500 | 용매 |
| H1299 | 줄기 세포 은행, 중국 아카데미 과학 | ||
| 이미지 연구소 | Bio-rad | 소프트웨어 | |
| Immidazole | Sangon Biotech | A500529-0100 | 용매 |
| Immobilon Western Chemiluminescent HRP Substrate | Millipore | WBKLS0500 | |
| Lipofectamine 2000 시약 | Invitrogen | 11668019 | Transfection 시약 |
| MG132 | MedChemExpress | HY-13259 | 프로테아솜 억제제 |
| Na2HPO4 | Sangon Biotech | A501727-0500 | 용매 |
| NaCl | Sangon Biotech | A610476-0005 | 용매 |
| NaF | Sigma-Alddich | 201154 | 용매 |
| NaH2PO4 | Sangon Biotech | A501726-0500 | 용매 |
| Ni-NTA Agarose | QIAGEN | 30230 | 니켈 충전 수지 |
| 니트로셀룰로오스 블로팅 멤브레인 | GE 헬스케어 | 10600002 | 0.45 &마이크로; m 기공 크기 |
| Opti-MEM 감소 혈청 배지 | Gibco | 31985-070 | 형질 주입 배지 |
| PBS | Corning | 21-040-cv | |
| 페니실린-스트렙토마이신 용액 | Sangon Biotech | E607011-0100 | 항생제 |
| 프로테아제 억제제 칵테일 | Sigma-Aldrich | P8340 | |
| RPMI 1640 | Biological Industries | 01-100-1ACS | 매체 |
| Sarkosyl | Sigma-Alddich | L5777 | 용매 |
| SDS 로딩 버퍼 | Beyotime | P0015L | |
| 나트륨 피루브산 | Gibco | 11360-070 | 보충제 |
| Tris-base | Sangon Biotech | A501492-0005 | 용매 |
| Tris-HCI | Sangon Biotech | A610103-0250 | 용매 |
| Triton X-100 | Sangon Biotech | A110694-0500 | 시약 |
| Tween-20 | Sangon Biotech | A100777-0500 | 보충제 |
| 초고감도 화학발광 이미징 시스템 | Bio-rad | ChemiDoc XRS+ | |
| Urea | Sangon Biotech | A510907-0500 | 용매 |