형광 공명 에너지 전달(FRET)은 살아있는 세포에서 단백질 상호 작용을 감지하기 위한 이미징 기술입니다. 여기에서는 식물 조직에서 유전자 발현의 후성유전학적 조절을 위해 히스톤 변형 효소와 전사 인자를 모집하는 전사 인자의 연관성을 연구하기 위해 FRET 프로토콜이 제시됩니다.
방법 논문
형광 공명 에너지 전달(FRET)은 살아있는 세포에서 단백질 상호 작용을 감지하기 위한 이미징 기술입니다. 여기에서는 식물 조직에서 유전자 발현의 후성유전학적 조절을 위해 히스톤 변형 효소와 전사 인자를 모집하는 전사 인자의 연관성을 연구하기 위해 FRET 프로토콜이 제시됩니다.
유전자 발현의 후성유전학적 조절은 일반적으로 전사 억제 또는 활성화를 위해 각각 이색성 또는 진색소 히스톤 마크를 생성하는 히스톤 변형 효소(HME)의 영향을 받습니다. HME는 전사 인자(TF)에 의해 표적 염색질에 모집됩니다. 따라서 HME와 TF 간의 직접적인 상호 작용을 감지하고 특성화하는 것은 기능과 특이성을 더 잘 이해하는 데 중요합니다. 이러한 연구는 생체 조직 내에서 생체 내에서 수행되는 경우 생물학적으로 더 관련이 있습니다. 여기에서는 형광 공명 에너지 전달 (FRET)을 사용하여 식물 히스톤 데비 퀴티 나제와 식물 전사 인자 사이의 식물 잎에서의 상호 작용을 시각화하기위한 프로토콜이 설명되며,이를 통해 서로 <10nm 이내에있는 단백질 분자 간의 복합체를 검출 할 수 있습니다. FRET 기술의 두 가지 변형이 제시됩니다 : SE-FRET(감작 방출) 및 AB-FRET(수용체 표백), 여기서 에너지는 공여체에서 수용체로 비방사성으로 전달되거나 수용체의 광표백시 공여체에 의해 방사적으로 방출됩니다. SE-FRET와 AB-FRET 접근법 모두 플란타의 다른 단백질 간의 다른 상호 작용을 발견하기 위해 쉽게 적용할 수 있습니다.
식물 히스톤 데유비퀴티나제는 히스톤의 번역 후 변형에 의해, 특히 이들의 모노유비퀴틸화 마크를 삭제함으로써 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다1. 지금까지 OTLD1은 애기장대 2,3에서 분자 수준에서 특징 지어지는 몇 안되는 식물 히스톤 데비 키티 나제 중 하나입니다. OTLD1은 H2B 히스톤 분자로부터 모노 유비 퀴틴 그룹을 제거하여 표적 유전자 염색질 4,5에서 H3 히스톤의 유 크로 마틱 아세틸 화 및 메틸화 변형의 제거 또는 첨가를 촉진합니다. 또한, OTLD1은 다른 염색질 변형 효소 인 히스톤 라이신 데 메틸 라제 KDM1C와 상호 작용하여 표적 유전자 6,7의 전사 억제에 영향을 미친다.
대부분의 히스톤 변형 효소는 DNA 결합 능력이 부족하여 표적 유전자를 직접 인식 할 수 없습니다. 한 가지 가능성은 이러한 효소에 결합하여 염색질 표적에 지시하는 DNA 결합 전사 인자 단백질과 협력한다는 것입니다. 구체적으로, 식물에서, 몇몇 주요 히스톤-개질 효소 (즉, 히스톤 메틸트랜스퍼라제 8,9, 히스톤 아세틸트랜스퍼라제 10, 히스톤 데메틸라제 11, 및 폴리콤 억제 복합체12,13,14)가 전사 인자에 의해 모집되는 것으로 알려져 있다. 이러한 아이디어와 일치하게, 최근에, OTLD1과 전사 인자 LSH1015의 특정 단백질-단백질 상호작용에 기초하는 표적 프로모터로의 OTLD1 모집을 위한 하나의 가능한 메커니즘이 제안되었다.
LSH10은 중앙 발달 조절자 16,17,18,19,20,21,22로 기능하는 식물 ALOG (애기장대 LSH1 및 Oryza G1) 단백질의 계열에 속합니다. ALOG 단백질 패밀리의 구성원이 DNA 결합 모티프(23)를 함유하고, 전사 조절22, 핵 국소화19, 및 동종이량체화(homodimerization)24에 대한 능력을 나타낸다는 사실은 LSH10을 포함하는 이들 단백질이 전사의 후성유전학적 조절 동안 특정 전사 인자로서 작용할 수 있다는 개념을 더욱 뒷받침한다. 생체 내에서 LSH10-OTLD1 상호 작용을 특성화하는 데 사용되는 주요 실험 기술 중 하나는 형광 공명 에너지 전달(FRET)15입니다.
FRET는 살아있는 세포 내에서 서로 <10nm 이내의 단백질25 사이의 근거리 상호 작용을 직접 검출하기위한 이미징 기술입니다. FRET 접근법26에는 감응 방출 (SE-FRET) (도 1A) 및 수용체 표백 (AB-FRET) (도 1B)의 두 가지 주요 변형이 있다. SE-FRET에서, 상호작용 단백질 - 그 중 하나는 공여체 플루오로크롬 (예를 들어, 녹색 형광 단백질, GFP)으로 태그되고 다른 하나는 수용체 형광 색소 (예를 들어, 단량체성 적색 형광 단백질, mRFP27,28)를 갖는 비-공여체로부터 수용체로 여기 상태 에너지를 전달한다. 이 전송 중에 광자가 방출되지 않기 때문에 수용체와 유사한 복사 방출 스펙트럼을 갖는 형광 신호가 생성됩니다. AB-FRET에서 단백질 상호 작용은 수용체가 광퇴색에 의해 영구적으로 비활성화되어 기증자로부터 전달된 비방사성 에너지를 수신할 수 없을 때 기증자의 상승된 복사 방출을 기반으로 검출되고 정량화됩니다(그림 1). 중요하게도, FRET 형광의 세포내 위치는 세포에서 상호작용하는 단백질의 국소화를 나타낸다.
FRET를 생체 조직에 배치하고 이러한 상호 작용 자체를 감지하는 동시에 상호 작용하는 단백질의 세포 내 위치를 결정할 수 있는 능력은 FRET를 생체 내 단백질-단백질 상호 작용의 연구 및 초기 특성화에 선택하는 기술로 만듭니다. 유사한 생체내 형광 이미징 방법론인 이분자 형광 보완(BiFC)29,30,31,32가 좋은 대안적 접근법이지만, FRET와는 달리, BiFC는 자가형광 BiFC 리포터(33)의 자발적 조립으로 인해 위양성을 생성할 수 있고, 그 데이터의 정량화는 덜 정확하다.
이 기사에서는 SE-FRET와 AB-FRET 기술을 모두 구현한 성공적인 경험을 공유하고 식물 세포에서 OTLD1과 LSH10 간의 상호 작용을 조사하기 위한 배포 프로토콜을 제시합니다.
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본 연구에는 니코티아나 벤타미아나, 아그로박테리움 투메파시엔스 균주 EHA105 또는 GV3101이 사용되었다.
1. FRET 벡터 구성
2. 농업 침투
3. 컨포칼 현미경
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도 2 는 세포핵이 3개의 채널(즉, 공여자 GFP, 수용체 mRFP, 및 SE-FRET)에서 동시에 기록된 SE-FRET 실험의 전형적인 결과를 도시한다. 이러한 데이터는 의사 색상 스케일로 코딩된 SE-FRET 효율의 이미지를 생성하는 데 사용되었습니다. 이 척도에서 파란색에서 빨간색으로의 전환은 0%에서 100%까지의 단백질-단백질 근접성을 측정하는 FRET 효율의 증가에 해당합니다. 본 대표적인 실험에서 SE-FRET 신호는 세포핵에 기록되었으며, LSH10 및 OTLD1의 동시 발현 후 강도는 mRFP-GFP 발현 후 관찰된 강도(즉, 양성 대조군)와 유사하였다. 음성 대조군 (즉, OTLD1-mRFP 및 LSH4-GFP 또는 유리 mRFP 및 LSH10-GFP의 동시 발현)에서는 SE-FRET가 관찰되지 않았다.
LSH10-OTLD1 상호작용은 AB-FRET를 사용하여 정량화하였다. 이를 위해, 공여체 GFP 형광은...
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이 FRET 프로토콜은 간단하고 재현하기 쉽습니다. 또한 최소한의 공급 투자가 필요하며 많은 현대 실험실에 표준 장비를 사용합니다. 특히, 다섯 가지 주요 기술적 특징이이 절차의 다양성을 구별합니다. 첫째, FRET 구축물은 기존의 제한 효소 기반 클로닝에 비해 사용하기 쉽고 정확한 결과를 생성하며 시간을 절약하는 클로닝 접근 방식인 부위 특이적 재조합을 사용하여 생성됩니다. 둘째, N. benthamiana 식물은 재배가 간단하고 비교적 많은 양의 조직을 생산하며 대부분의 실험실에서 사용할 수 있습니다. 셋째, 농 침투는 전달 된 구조물의 일시적인 발현을 초래하고, 따라서 트랜스 제닉 식물을 생산하는 데 필요한 개월에 비해 상대적으로 짧은 기간 (즉, 24-36 시간) 내에 데이터를 생성합니다. 넷째, 공동 농업 침투에 의해 관심있는 구조물의 다양한 조합을 전달하는 능력은 모든 단백질 간의 상호 작용을 테스트 할 수있게합니다. 마지막으로, SE-FRET와 AB-FRET는 레이저 채널 설정 중 하나를 켜거나 끄는...
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이해 상충은 선언되지 않았습니다.
V.C. 실험실에서의 작업은 NIH (R35GM144059 및 R01GM50224), NSF (MCB1913165 및 IOS1758046) 및 BARD (IS-5276-20)의 보조금으로 지원됩니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 아세토시링곤 (3′,5′-Dimethoxy-4′-hydroxyacetophenone) | Sigma-Aldrich | #D134406-1G | |
| Bacto Agar | BD Biosciences | #214010 | |
| Bacto trypton | BD Biosciences | #211705 | |
| Bacto 효모 추출물 | BD Biosciences | #212750 | |
| 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경 (CLSM) | Zeiss | LSM900 | 유사한 기능을 가진 모든 CLSM이 적합합니다 |
| EHA105 | VWR | 104013-310 | 우리는 Citovsky 세균 실험실 재고 컬렉션의 재고를 사용합니다 |
| Gateway BP Clonase II | Invitrogen | #11789100 | |
| Gateway LR Clonase II | Invitrogen | #11791020 | |
| GV3101 | VWR | 104013-296 | 우리는 Citovsky 박테리아 실험실 재고 컬렉션의 재고를 사용합니다 |
| ImageJ | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | ||
| MES | Sigma-Aldrich | #69889-10G | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | #63068-250G | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | #S5886-500G | |
| Nicotiana benthamiana 씨앗 | Herbalistics Pty | RA4 또는 LAB | 우리는 Citovsky 씨앗 실험실 재고 컬렉션의 재고를 사용합니다. |
| pDONR207 | Invitrogen | #12213013 | |
| pPZP-RCS2A-DEST-EGFP-N1 | N/A | 참조 15, 28 | |
| pPZP-RCS2A-DEST-mRFP-C1 | 해당 없음 | pPZP-RCS2A-DEST-EGFP-C1 구성을 기반으로 생성됨(참조 15, 28) | |
| pPZP-RCS2A-DEST-mRFP-N1 | N/A | pPZP-RCS2A-DEST-EGFP-N1 구조 | |
| Rifampicin | Sigma-Aldrich | #R7382-5G | |
| Spectinomycin | Sigma-Aldrich | #S4014-5G | |
| 주사기 바늘 없음 | BD | 309659 | |
| Zen 소프트웨어 CLSM 이미징 | Zeiss | ZEN 3.0 버전 | 소프트웨어는 사용된 CLSM과 호환되어야 합니다. |
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