이 프로토콜은 리플렉틴 A1의 정제 및 공유 라벨링뿐만 아니라 단백질 어셈블리 간의 리플렉틴 단백질의 동적 교환을 연령의 함수로 특성화하기 위한 FRET 희석 분석을 설명합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 리플렉틴 A1의 정제 및 공유 라벨링뿐만 아니라 단백질 어셈블리 간의 리플렉틴 단백질의 동적 교환을 연령의 함수로 특성화하기 위한 FRET 희석 분석을 설명합니다.
두족류에서 조정 가능한 무지개 빛깔의 분자 동인으로서 리플렉틴 A1 단백질의 조정 가능한 위상 거동은 계속해서 생체 재료 공학의 초점이 되고 있습니다. 리플렉틴 A1의 염 농도와 단백질 순 전하 밀도를 조절하면 단백질이 액체-액체상 분리의 중간체로서 동적 어셈블리를 형성하도록 유도합니다. 반사 어셈블리는 단백질의 양이온, 쿨롱 반발력의 전하 중화 정도에 의해 크기가 제한되지만 처음에는 주변 용액의 단량체 또는 올리고머와 동적으로 교환됩니다. 새로운 형광 공명 에너지 전달(FRET) 희석 분석을 동적 광산란(DLS) 및 단백질 농도 분석과 함께 사용하여 리플렉틴 A1 어셈블리와 희석상 사이의 단백질의 양방향 플럭스를 어셈블리 연령의 함수로 특성화했습니다. 이 FRET 희석 분석은 단백질 어셈블리 안팎으로 들어오는 단백질의 단방향 플럭스와 양방향 플럭스를 구별하므로 어셈블리 형성 중에 적용할 수 있습니다. 동적 단백질 어셈블리와 동역학적으로 정지 된 단백질 어셈블리를 구별하는 것은 생물물리학적 기원을 이해하는 데 중요하며, 이 새로운 FRET 희석 분석은 다른 단백질 어셈블리에 대한 생물물리학적 조사를 보완하는 데 적용될 수 있습니다.
롤리지니드 오징어의 조정 가능한 무지개 빛깔은 홍채 세포 1,2,3의 리플렉틴 단백질에 의해 매개됩니다. 홍채세포는 각도 및 파장 의존적 방식으로 빛을 반사하는 단백질 밀도가 높은 Bragg 라멜라 스택을 형성하는 광범위하고 규칙적인 막 함입을 포함합니다 1,4,5,6. 아세틸콜린 유발 신호 캐스케이드는 양이온성 반사 단백질 1,2,7의 인산화에서 절정에 이르며, 단백질 내 및 단백질 간 정전기 반발력을 감소시키고 브래그 라멜라에서 반사의 응축을 10-50nm 유체역학적 반경 입자에서 조밀한 액체 응축수로 유도합니다 3,8,9. 시험관 내 리플렉틴 A1은 단백질 순 전하 밀도10,11,12에 의해 크기가 정밀하게 조정되는 크기가 안정적인 10+ nm 반경 어셈블리를 형성하며, 이러한 조정 가능한 콜로이드 거동은 리플렉틴 기반 조정 가능한 생체 광자 재료 13,14,15,16,17,18 설계에 많은 생명 공학적 관심을 불러일으켰습니다. NaCl이 소수성 효과의 에너지 기여도를 엔트로피적으로 증가시키고 교대 양이온 링커의 반발 전하를 스크리닝함으로써 A1 어셈블리 및 LLPS(액체-액체상 분리)를 구동한다는 것이 최근에 입증되었습니다19.
단백질 밀도가 높은 액체 유사 응축물의 경우, 조밀한 상과 희석상 사이의 동적 교환은 전체 액적 FRAP(광표백 후 형광 회복)20을 사용하여 쉽게 분석할 수 있습니다. 나노미터 규모의 단백질 어셈블리에 대한 유사한 분석이 필요합니다. LLPS 19,21,22의 중간체로서 생리학적으로 관련된 단백질 어셈블리에 대한 최근 보고는 어셈블리와 공존하는 희석상 사이의 어셈블리 역학 및 동적 교환을 조사하기 위한 동등한 방법의 필요성을 시사했습니다. 단백질 클러스터는 정지된 스피노달 분해에 의해 생성된 운동학적으로 정지된 유리 유사 콜로이드, 희석상으로부터 단량체 또는 올리고머를 교환하는 동적 평형 어셈블리 및 준안정 클러스터 23,24,25,26,27을 포함할 수 있습니다. 따라서 연령에 따른 단백질 조립 역학은 보다 복잡한 상 거동의 맥락에서 단백질 조립의 형성을 주도하는 물리적 과정을 이해하는 데 핵심입니다.
기증자 형광단 표지 단백질의 조립체와 수용체-형광단 표지 단백질의 조립체 사이의 상호 작용을 분석하는 FRET 기반 접근법은 준안정 단백질 클러스터의 역학을 특성화하는 데 사용되었습니다21. 이러한 클러스터를 혼합하면 FRET의 출현은 단백질이 클러스터21로 교환되고 수송되는 것을 보여줍니다. 그러나, 리플렉틴 A1과 같은 일부 단백질의 경우, 클러스터는 실험 기간 동안 지속적으로 형성되고 성장한다19. 이러한 단백질의 경우, 동적으로 정지된 클러스터의 지속적인 형성 중에 발생할 수 있는 것처럼 단백질의 단방향 클러스터 수송을 클러스터로 디콘볼루트하는 접근 방식과 어셈블리 간의 단백질의 양방향 수송이 필요합니다.
FRET 희석 접근법은 형광단 희석을 통해 이를 달성하며(그림 1), 여기서 FRET의 감소는 어셈블리 간 단백질의 양방향 수송을 의미합니다. 리플렉틴 단백질의 단백질 어셈블리는 수용체-형광단 또는 공여자-형광단으로 표지된 동일한 양의 단백질을 포함하는 것으로 제조되었습니다. 이러한 공동 표지 반사 어셈블리를 표지되지 않은 반사 어셈블리를 포함하는 용액으로 희석하고, 어셈블리 간 단백질의 동적 교환을 어셈블리 연령의 함수로 분석했습니다. 이 방법은 준안정 클러스터, 오스트왈드 숙성 또는 유사한 거칠기 과정으로 인해 성장하는 클러스터, 융합에 의해 성장하는 클러스터 및 LLPS의 중간체가 아닌 클러스터를 포함하되 이에 국한되지 않는 동적 클러스터와 동역학적으로 정지된 단백질 클러스터의 지속적인 형성을 구별합니다. 동적 광 산란, 나노입자 추적 분석(NTA) 및 브래드포드 분석과 같은 직교 방법이 필요한 동적 교환의 이러한 다양한 메커니즘만 구별하는 것이 아닙니다19,21. 이 프로토콜은 리플렉틴 A1 야생형 및 단일 시스테인 함유 돌연변이 A1-C232S의 정제 방법, A1-C232S의 공유 라벨링 및 FRET 희석 분석을 설명합니다.
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사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.
1. 단백질 정제 및 공유 라벨링
2. FRET 시계열
3. 데이터 분석
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기증자 형광단 표지 단백질과 수용체 형광단 표지 단백질을 모두 포함하는 리플렉틴 A1 어셈블리를 표지되지 않은 리플렉틴 A1 어셈블리로 희석한 후, 희석되지 않은 어셈블리에 비해 588nm에서 FRET 방출의 초기 감소가 관찰되었습니다(그림 2A). 0분 연령의 어셈블리에 대한 FRET는 양성 대조군과 유사했으며 1620분 연령의 어셈블리(어셈블리 형성과 표지되지 않은 반사체 어셈블리와 표지된 반사체 어셈블리의 혼합 사이의 시간)에 대한 FRET는 음성 대조군보다 작았습니다(그림 2A). Em588/Em520 을 어셈블리 연령의 함수로 플로팅하면 전체 어셈블리 모집단이 처음에는 완전히 동적이었고 동적 교환의 정도는 어셈블리의 나이가 증가함에 따라 점진적으로 감소했음을 보여줍니다(그림 2B). 인구의 19%만이 24시간 된 어셈블리에...
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정제 중 단백질 손실의 공통 지점은 봉입체 정제 프로토콜의 모든 단계에 대한 봉입체 펠릿의 불완전한 재현탁과 8 M 요소 5% v/v 아세트산에서 정제된 봉입체의 최종 재현탁입니다. 봉입체 재용해화는 40mL 원추형 튜브에서 작은 자기 교반 막대를 사용하여 최대 24시간의 격렬한 교반이 필요할 수 있습니다. 필터에 대한 상당한 단백질 손실을 방지하기 위해 FPLC 및 HPLC 이전의 여과를 70분 동안 15,000 x g 에서 원심분리로 대체하여 용액을 정화하고 액체 크로마토그래피 시스템을 막을 수 있는 큰 입자를 제거했습니다. 봉재체의 상대적 순도는 정제 공정에서 FPLC를 생략할 수 있으며, HPLC 단독으로 리플렉틴 A130을 정제하기에 충분할 수 있습니다. 그러나 역상 HPLC 컬럼을 더 자주 심층적으로 세척해야 합니다. 완전성을 위해 이 프로토콜에 FPLC를 포함시켰습니다.
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저자는 공개할 것이 없습니다.
연구는 미 육군 연구실의 보조금 W911NF-19-2-0026 및 W911NF-23-1-0330을 통해 협력 생명 공학 연구소의 지원을 받았습니다. 정보의 내용이 반드시 정부의 입장이나 정책을 반영하는 것은 아니며 공식적인 지지를 추론해서는 안 됩니다.
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