단백질-단백질 상호작용은 표적 단백질의 기능을 규명하는 데 중요하며, co-IP(co-immunoprecipitation)를 통해 PPI를 쉽게 확인할 수 있습니다. 에피토프 태그 단백질을 인코딩하는 플라스미드를 HEK-293 세포에 임시로 transfection하고 두 타겟 단백질의 결합을 쉽게 확인할 수 있는 면역침전 방법을 개발했습니다.
방법 논문
단백질-단백질 상호작용은 표적 단백질의 기능을 규명하는 데 중요하며, co-IP(co-immunoprecipitation)를 통해 PPI를 쉽게 확인할 수 있습니다. 에피토프 태그 단백질을 인코딩하는 플라스미드를 HEK-293 세포에 임시로 transfection하고 두 타겟 단백질의 결합을 쉽게 확인할 수 있는 면역침전 방법을 개발했습니다.
단백질-단백질 상호 작용(PPI)은 세포 조직, 세포 내 신호 전달 및 전사 조절과 같은 생물학적 현상에서 중추적인 역할을 합니다. 따라서 PPI를 이해하는 것은 표적 단백질의 기능에 대한 추가 연구를 위한 중요한 출발점입니다. 본 연구에서는 폴리에틸렌이민 방법을 사용하여 HEK-293 세포에 포유류 발현 벡터를 도입하고, 집에서 만든 단백질 용해 완충액에서 세포를 용해하고, 에피토프 태그 친화성 겔에서 표적 단백질을 끌어내려 두 표적 단백질의 결합을 결정하는 간단한 방법을 제안합니다. 또한, 다양한 에피토프 태그 융합 단백질 간의 PPI는 에피토프 태그 친화성 겔 대신 각 태그에 대한 친화성 항체를 사용하여 확인할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다른 세포주에서 핵 추출물을 포함한 다양한 PPI를 검증하는 데에도 사용할 수 있습니다. 따라서 다양한 PPI 실험에서 기본 방법으로 사용할 수 있습니다. 단백질은 연장된 시간 경과와 반복되는 동결-해동 주기에 의해 분해됩니다. 따라서 세포 용해, 면역침전 및 면역블로팅은 가능한 한 원활하게 수행되어야 합니다.
단백질은 정보 처리, 신진대사, 수송, 의사 결정 및 구조적 조직을 포함한 모든 세포 기능에서 중요한 역할을 합니다. 단백질은 다른 분자와 물리적으로 상호 작용하여 기능을 매개합니다. 단백질-단백질 상호작용(PPI)은 신호 전달 매개, 환경 감지, 에너지를 물리적 움직임으로 전환, 대사 및 신호 전달 효소의 활동 조절, 세포 조직 유지와 같은 세포 기능을 매개하는 데 중요합니다1. 따라서 PPI는 알려지지 않은 기능을 설명하는 데 사용할 수 있습니다2. PPI를 검출하는 방법은 in vitro, in vivo 및 in silico의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 공면역침전(co-IP), 친화성 크로마토그래피, 탠덤 친화도 정제, 단백질 어레이, 파지 디스플레이, 단백질 절편 보완, X선 결정학 및 핵 자기 공명 분광법이 체외 PPI 검출에 사용되었습니다3. 이러한 방법 중 co-IP는 단순성으로 인해 널리 사용됩니다.
융합 태그 FLAG는 엔테로키나제 절단 부위를 포함한 8개의 아미노산(AspTyrLysAspAspAspLys: DYKDDDDK)으로 구성되며, 면역친화성 크로마토그래피4를 위해 특별히 설계되었습니다. DYKDDDDK 태그 단백질은 anti-DYKDDDDK 항체를 사용하여 인식되고 캡처됩니다. 따라서 DYKDDDDK 결합 아가로스 비드5 를 사용하여 효율적으로 끌어내려 간단한 방법으로 특정 단백질에 대한 결합을 확인합니다. 면역침전은 다양한 세포에서 수행될 수 있으며, 관심 단백질에 대한 항체를 사용하여 광범위한 PPI를 확인할 수 있습니다. anti-DYKDDDDK 아가로스 비드를 사용한 면역침전 및 펩타이드 용출은 이전에 보고된 바 있다5.
여기에서는 DYKDDDDK 태그 단백질을 암호화하는 플라스미드를 HEK-293 세포에 일시적으로 도입하여 두 관심 단백질의 연관성을 확인하는 간단한 면역침전 방법을 제공합니다. 특정 DYKDDDDK 항체는 융합 단백질의 N-말단과 C-말단 모두에 결합할 수 있지만 다른 항체는 결합할 수 없다6. 따라서 혼동을 피하기 위해 N-말단과 C-말단 모두에 융합된 태그를 인식하는 항체를 선택해야 합니다. 에피토프 태그를 삽입할 때, 에피토프 태그와 타겟 단백질 사이에 3 내지 12개의 염기쌍을 삽입함으로써 단백질의 구조적 변화를 피할 수 있을 수 있다. 그러나 삽입된 시퀀스는 프레임 이동을 피하기 위해 3의 배수로 된 기본 쌍이어야 합니다.
그림 1 은 프로토콜의 개요를 보여줍니다.
1. 용액 및 완충액의 준비
2. 플라스미드 transfection
3. 세포 용해 및 시료 전처리
참고: 단백질 분해를 방지하기 위해 가능한 한 샘플을 보존하거나 동결-해동하지 않고 후속 단계를 수행해야 합니다.
4. 슬러리의 제조
참고: 단백질 G 겔과 에피토프 태그 친화성 겔의 1:1 슬러리를 면역침전 전날 또는 당일에 준비합니다.
5. 단백질 G 겔로 사전 클리어링하고 에피토프 태그 친화성 겔로 단백질 복합체를 포획합니다.
6. 침전된 단백질을 세척하고 용출시키기
7. 면역블로팅
참고: 면역블로팅 절차는 이전 보고서 7,8을 기반으로 합니다.
갈색 및 베이지색 지방세포라고도 하는 열발생 지방세포는 잠재적인 항비만 및 항포도당 불내성 효과가 있습니다. PR(PRD1-BF1-RIZ1 상동) 도메인 함유 16(PRDM16)은 열발생 지방세포 정체성 9,10을 결정하는 데 중요한 역할을 하는 전사 보조인자입니다.
GLP라고도 하는 EHMT1(euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 1)은 주로 보조 인자 S-아데노실 메티오닌11을 사용하여 히스톤 H3(H3K9)의 라이신 9의 단중 및 디메틸화를 촉매합니다. 이전 보고서에 따르면 EHMT1은 히스톤 메틸화12,13을 통해 열발생 지방 세포 운명을 제어하는 PRDM16 복합체의 필수 메틸전이효소입니다. 또한, PRDM16 및 EHMT1의 발현 수준이 인간 신장 주위 갈색 지방 조직(BAT)의 열발생 유전자와 유의한 상관관계가 있다고 보고한 바 있으며, 이는 PRDM16 및 EHMT1이 모두 인간 BAT 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다8.
PPI를 확인하는 방법으로서 이 프로토콜의 효율성을 입증하기 위해 DYKDDDDK-PRDM16 및 HA-EHMT1을 HEK-293 세포에 transfection하고 위의 프로토콜을 사용하여 DYKDDDDK-PRDM16을 면역침전시켰습니다. DYKDDDK 태그된 PRDM16 및 HA 태그된 EHMT1을 포유류 발현 벡터 pcDNA3.1의 클로닝 부위에 삽입하였다( 재료 표 참조). 면역블로팅은 DYKDDDDK-PRDM16 및 HA-EHMT1로 형질주입된 그룹에서 DYKDDDDK-PRDM16과 HA-EHMT1 사이의 연관성을 확인했습니다(그림 2).

그림 1: co-immunoprecipitation의 개략도 . 프로토콜의 회로도는 다음과 같습니다. 오른쪽에는 프로토콜의 워크플로가 표시됩니다. 왼쪽은 반응을 그래픽으로 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: PRDM16은 EHMT1과 연결됩니다. HEK-293 세포는 벡터(음성 대조군), DYKDDDDK-PRDM16 또는 DYKDDDDK-PRDM16 및 HA-EHMT1로 형질주입되었습니다. 이어서 DYKDDDDK 태그 친화성 겔을 사용하여 공동 면역침전을 수행한 후 면역블로팅을 수행했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 단백질 용해 완충액 250mL(0.22μm 여과, 4°C에서 보관) | ||
| mL | 최종 농도 | |
| 1 M 트리스 pH 8.0 | 12.5 | 50 mM |
| 5개 m NaCl | 7.5 | 150 밀리미터 |
| 0.5M 에틸렌디아민테트라아세트산 | 0.5 | 1 m엠 |
| 글리세롤 | 25 | 10% |
| 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐 에테르 | 2.5 | 1% |
| 증권 시세 표시기 | 202 | |
| 합계 | 250 | |
표 1: 단백질 용해 완충액의 조성.
이 프로토콜은 이전에 보고된 프로토콜 5,7,14,15와 거의 유사합니다. 이 프로토콜의 중요한 점은 세포 용해 단계에서 면역침전 단계까지 실험을 중단하지 않는다는 것입니다. 단백질 분해는 PPI 검출을 방해합니다. 연장된 시간 경과와 반복되는 동결-해동 주기는 단백질을 분해합니다. SDS-PAGE에 있는 전기 이동법은 또한 단백질 강직을 극소화하기 위하여 뿐만 아니라 또한 PPI 탐지를 확대하기 위하여 immunoprecipitation의 동일한 날에 실행되어야 합니다.
열발생 지방세포에서 EHMT1과 PRDM16 사이의 상호작용은 선행 연구13에서 보고되었다. EHMT1 - PRDM16 복합체는 갈색 지방세포 세포의 운명과 열 발생을 조절한다13. EHMT1은 PRDM16 - 아밀로이드 단백질 결합 단백질(APPBP)의 상호작용을 차단하여 PRDM16을 안정화시킨다 216. 이 PRDM16 안정화는 cullin(CUL) 2-APPBP2 및 EHMT116에 의해 조절됩니다.
이 연구에서는 HEK-293 세포가 재조합 단백질17의 생산에 널리 사용되기 때문에 HEK-293 세포를 사용했습니다. 플라스미드로 transfection하기 쉬운 다른 세포주, 예를 들어 Cos-7 세포 및 Hela 세포를 사용할 수 있습니다. PEI는 종래의 지방검사에 비해 경제적이고 간단하기 때문에 형질주입에 사용되었습니다.
사전 투명화, epitope tag 친화성 겔에서의 회전 및 세척은 이 방법에서 특히 중요한 단계입니다. 프리클리어링(preclearing)은 겔에 비특이적으로 결합하는 단백질을 제거할 수 있습니다. 또한, 과도한 시간은 비특이적 단백질 검출을 초래할 수 있고, 시간이 부족하면 타겟 단백질의 검출을 방해할 수 있기 때문에 epitope tag affinity gel을 사용한 회전 시간이 중요하다.
다음 사항에 유의해야 합니다. HEK-293 세포는 쉽게 분리됩니다. 따라서 샘플을 준비할 때 콜라겐 코팅 접시를 사용해야 합니다. PEI 용액은 세포 독성이 있습니다. 따라서, 배지는 transfection 후 장기간 세포를 떠나지 않고 교체해야 합니다. PPI가 관찰되지 않는 경우, transfection된 plasmid의 양이 불충분하거나 IP로 유입되는 단백질의 양이 적을 수 있습니다. 또한 세탁 횟수가 과도하면 상호 작용을 놓칠 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 HEK-293 세포에 도입되는 플라스미드의 양을 늘리고, IP에 사용되는 단백질의 양을 늘리고, 세척 횟수를 줄이는 방법을 고려할 수 있습니다. 또한, 최종 세척에 너무 많은 상층액이 남아 있으면 소듐 도데 실 설페이트-폴리아크릴아미드 겔의 우물에서 넘쳐 나옵니다. 비특이적 밴드가 관찰되는 경우, IP에 사용되는 플라스미드/단백질의 양이 너무 많거나, 세척 횟수 또는 강도가 충분하지 않을 수 있습니다. 이는 IP에 사용되는 플라스미드/단백질의 양을 줄이거나, 세척 횟수를 늘리거나, 세척 완충액의 염분 농도를 증가시켜 세척력을 증가시킴으로써 해결할 수 있습니다.
폴리옥시에틸렌(10), 옥틸페닐 에테르와 같이 일반적으로 사용되는 세제는 기능적으로 중요한 PPI를 방해할 수 있다18. 더 가벼운 세제는 기능적으로 중요한 복합체의 회수를 증가시킬 수 있는 반면, 불완전한 용해화로 인해 허용할 수 없는 수준의 비특이적 상호 작용을 생성할 수 있습니다. 현재 연구에 사용된 단백질 용해 완충액에는 1% 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐 에테르가 포함되어 있습니다. 이 완충액은 transfection된 plasmid에 의해 과발현된 많은 양의 단백질과 함께 세포질 단백질을 용해합니다. 핵과 세포질을 분리하여 제조한 샘플에 대해 면역침전을 수행하면 전세포 용해로 준비한 샘플에 비해 배경이 줄어들고 명확한 표적 밴드를 식별할 수 있다17. 핵 내의 단백질로 면역침전을 수행하는 경우, 핵 단백질은 상용 핵 추출 키트를 사용하거나 세제를 함유한 저염 완충액으로 세포질을 파괴 및 제거한 후 고염 완충액(19)으로 핵 단백질을 추출할 수 있습니다. 면역블로팅의 개발 시간은 배경을 피하는 것뿐만 아니라 특정 밴드를 검출하기 위해 조정되어야 합니다.
이 방법에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 먼저 탐지할 것으로 예상되는 PPI를 사용했습니다. 둘째, 플라스미드의 조합에 따라 각 유전자의 발현이 달라지기 때문에 단백질이 충분히 얻어지지 않을 수 있으며, 따라서 상호작용이 검출되지 않을 수 있다.
요약하면, 이 방법을 사용하면 PPI를 질량 분석법에 비해 경제적이고 쉽게 확인할 수 있습니다. 다양한 에피토프 태그 융합 단백질 사이의 PPI는 에피토프 태그 친화성 겔 대신 각 태그에 대한 친화성 항체를 사용하여 확인할 수도 있습니다. 유사한 면역침전 방법은 DYKDDDDK 태그에 융합된 임의의 단백질을 발현하는 플라스미드를 도입함으로써 다른 세포 유형에서 수행될 수 있습니다. 또한, epitope tag affinity gel 대신 endogenous antibody를 사용하면 다양한 세포 유형에서 endogenous PPI를 확인할 수 있습니다.
우리는 저자 중 누구도 이 연구와 관련하여 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 연구는 일본 과학 진흥회(JSPS) KAKENHI 보조금 번호 19K18008(G.N.), JSPS KAKENHI 보조금 번호 22K16415(G.N.), JSPS KAKENHI 보조금 번호 22K08672(H.O.), 일본 당뇨병 학회 젊은 연구자를 위한 연구 보조금(G.N.), MSD 생명과학재단 젊은 연구자를 위한 연구 보조금(G.N.)의 지원을 받았습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 0.5 M EDTA (pH8.0) | Nippon gene | 311-90075 | |
| 10 % Mini-PROTEAN TGX 프리 캐스트 단백질 겔, 10-well, 50 µ L | 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 베이클라이트 | MS-93170 | |
| 콜라겐 I 코트 접시 100mm | IWAKI | 4020-010 | |
| cOmplete, EDTA 무함유 프로테아제 억제제 칵테일 | 로슈 | 4693132001 | |
| DMEM/F-12, 글루타맥스 서플리먼트 | 인비트로겐 | 10565042 | |
| D-PBS (-) | 후지필름 와코 | 045-29795 | |
| 글리세롤 | 후지필름 와코 | 072-00626 | |
| 글리신 | 후지필름 Wako | 077-00735 | |
| HA-Tag (C29F4) Rabbit mAb #3724 | 세포 신호 전달 | C29F4 | |
| Laemmli 샘플 버퍼 | Bio-Rad Laboratories | 161-0747 | |
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