이 프로토콜은 포유류 세포 용해액 또는 순수 유비퀴틴 효소 복합체를 이용해 폐렴 구균을 유비퀴틴화하는 방법을 설명하며, 이후 정제된 VCP/p97-UFD1-NPLOC4 단백질 복합체로 처리하여 박테리오리네이션 활성을 평가하여 유비퀴틴 의존성 면역 효과 연구를 가능하게 합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 포유류 세포 용해액 또는 순수 유비퀴틴 효소 복합체를 이용해 폐렴 구균을 유비퀴틴화하는 방법을 설명하며, 이후 정제된 VCP/p97-UFD1-NPLOC4 단백질 복합체로 처리하여 박테리오리네이션 활성을 평가하여 유비퀴틴 의존성 면역 효과 연구를 가능하게 합니다.
유비퀴틴화는 세포질 면역에 중요한 역할을 하는 다목적 번역 후 변형입니다. 숙주 세포가 침입하면 병원성 박테리아는 처음에 엔도좀 내에 갇히고, 이로부터 분리되어 세포질 속으로 빠져나가 리소좀 분해를 방지합니다. 세포질에 들어가면 숙주 E3 리가아제가 유비퀴틴 사슬을 빠르게 표지하여, 자가포식과 프로테아좀을 포함한 여러 효과 경로를 통해 제거 표시를 합니다. 개별 경로가 박테리아 제거에 기여하는 점을 명확히 하기 위해 시험관 내 재구성은 통제되고 명확한 접근법을 제공합니다. 여기서는 Streptococcus pneumoniae (SPN)를 모델 박테리아 병원체로 사용하여 포유류 세포 용해체 또는 순수 유비퀴틴 효소 복합체를 이용한 유비퀴틴화 프로토콜을 제시하고, 이후 정제된 VCP/p97-UFD1-NPLOC4 복합체로 처리하여 다른 세포 요인과 독립적으로 박테리아 생성 활성을 평가합니다. 전반적으로 이 절차는 면역 연관 유비퀴틴 리가아제와 이펙터의 기능을 세포 없는 환경에서 밝힐 잠재력을 지니고 있으며, 온전한 세포에서는 이러한 기전을 해부하기 어려운 상황에서 확인할 수 있습니다.
유비퀴틴(Ub)은 8.6 kDa의 작은 단백질로, 표적 기질의 C-말단 글리신에 공유 결합하여 유비퀴틴화1이라는 과정을 통해 라이신 잔기의 ε-아미노 그룹과 이소펩타이드 결합을 형성합니다. 이 현상은 E1 유비퀴틴 활성화 효소, E2 유비퀴틴 결합 효소, E3 유비퀴틴 리가아제 1,2,3을 포함하는 일련의 계획된 단계에 의해 지배됩니다. Ub는 단량체로 결합되거나 7개의 라이신 잔기(선형/M1, K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63)를 통해 서로 다른 길이의 사슬로 결합될 수 있습니다. 이 독특한 Ub 사슬들은 프로테아좀 분해, 세포 수송, DNA 수리, 선택적 자가포식 등 다양한 세포 기능에 대한 분자 표지 역할을합니다.
유비퀴틴화의 정전적 역할은 오랫동안 세포 항상성 유지와 연관되어 왔으며, 예를 들어 프로테아좀을 통해 잘못 접힌 단백질을 분해하거나 특정 화물을 선택적 자가포식으로 유도하는 등, 5,6 5,6 하지만 이제는 유비퀴틴이 세포질 면역계가 세균 감염에 대해 감지하는 중요한 메커니즘으로도 기능한다는 점이 명백해졌습니다. 세포 내 박테리아는 세포외 면역 반응의 탐지를 피하고 안전한 환경에서 번식하기 위해 숙주 세포에 자주 침투합니다 7,8. 많은 병원체는 분비 시스템과 독소를 이용해 자신을 운반하는 공포를 돌이킬 수 없게 손상시키며, 세포질로 빠져나가 영양분을 얻도록 합니다. 세포질에 들어가면, 이 박테리아들은 특정 E3 리가아제에 의해 폴리유비퀴틴 사슬로 장식되어 분자적 '죽음 태그' 역할을 하여 선택적 제거를 유도합니다. 예를 들어, E3 리가아제 SMURF1은 결핵균 표면에서 K48 결합 폴리우비퀴티네이션을 직접 시작하여 프로테아좀11을 통해 분해시킵니다. 파킨은 박테리아가 포함된 액포에 축적되어 K63 연결 유비퀴틴 사슬을 형성하며, ARIH1과 LRSAM1은 각각 K48과 K6 사슬로 박테리아 표면을 변형하여 박테리아 증식을 억제합니다13,14. 대부분의 E3 리가아제는 주로 숙주 단백질 기질을 표적으로 하지만, 일부 리가아제는 미생물 성분에 대해 주목할 만한 특이성을 보입니다. RNF213은 Salmonella enterica serovar Typhimurium15에서 발견되는 지질다당류(LPS)를 식별하고 유비퀴틴화하며, SCFFBXO2 복합체는 A 군 연쇄상구균에 존재하는 박테리아 당류를 유비퀴탄화기질로 인식하여 이종 섭취를 촉진합니다. 반면 SCFFBXW7 복합체는 폐렴구균(SPN) 표면 단백질 내 데그론 모티프를 인식합니다. 여기에는 β-갈락토시다제 A(BgaA)와 폐렴구균 표면 단백질 A(PspA)가 포함되며, K48 결합 폴리유비퀴틴 사슬로 태그 부착한 후 K48 결합 Ub 특이항체를 통해 확인되어 프로테아좀 시스템을 끌어들여 효과적인 박테리아 제거를 가능하게 하는 것으로 추정된다17.
이러한 세포질 침입자를 유비퀴틴으로 표지하는 과정은 잘 알려져 있지만, 프로테아좀 시스템이 이처럼 큰 미생물 개체를 제거하는 후속 메커니즘은 여전히 의문입니다. 최근 연구에 따르면 숙주 AAA+ ATPase인 VCP/p97(발로신 함유 단백질)이 이 과정에서 중요한 역할을 합니다. UFD1, NPLOC4와 같은 보조인자와 협력하여 VCP는 폴리유비퀴틴이 표시된 박테리아를 식별하고, 박테리아 막에서 유비퀴틴화된 단백질을 물리적으로 추출하여 단백질을 파열시키고, 프로테아좀 기계에 의존하지 않고도 세포질 환경에서 제거를 돕는다18.
숙주 세포질은 병행 및 실패 방지 방식으로 병원체를 제거하는 복잡한 면역 경로 네트워크를 포함하고 있습니다. 이러한 중복성은 강력한 방어에 매우 중요하지만, 개별면역 인자의 역할을 식별하고 검토하는 노력을 복잡하게 만듭니다. 이와 관련해 시험관 내 재구성 시스템은 통제된 조건 하에서 특정 경로를 분석할 수 있는 유용한 플랫폼을 제공합니다. 여기서는 포유류 세포 용해액 또는 E1-E2-E3-Ub 효소와 정제된 숙주 이펙터 복합체를 사용하여 SPN의 유비퀴틴화 과정과 생존성 상실 과정을 재현하는 세포 자유 시스템을 소개합니다. 이 2단계 프로토콜에서는 먼저 박테리아 내 폴리유비퀴틴 사슬의 결합을 촉진한 후, UFD1 및 NPLOC4와 함께 VCP/p97에 의한 제거 효과를 평가합니다. 이 경로를 시험 관 내에서 재구성함으로써 세포의 복잡성을 우회하고 VCP가 병원체를 중화하는 능력을 구체적으로 조사합니다. 이 정밀한 설정은 기질 인식, 사슬 특이성, 효과기의 작용 기전 및 효과적인 반응을 시작하는 데 필요한 필수 구성 요소를 상세히 탐구할 수 있게 합니다.
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1. 세포 배양 및 용해물 준비
2. 박테리아 배양
3 . 포 유류 용해액에서 유비퀴틴화 시험관 내 분석법
4. E1-E2-E3 효소 복합체로부터 의 시험관 내 유비퀴틴화 분석법
5. 유비퀴틴화된 박테리아의 시각화
6. 단백질 발현 및 정제
7. 시험관 내 박테리아 살해 분석법
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우리 프로토콜은 포유류 A549 세포를 이용해 유비퀴틴화 과정을 시작하는 데 필요한 구성 요소가 풍부한 세포 해해액을 생산하는 과정을 상세히 설명합니다(그림 1A). 이 용해액은 농축 상태이거나 UBE1(E1 유비퀴틴 활성화 효소), UbE2C(E2 유비퀴틴 결합 효소), Rbx1-Skp1-Cul1-Fbxw7 복합체(E3 유비퀴틴 리게아제)와 같은 정제 성분으로 대체되든, 정제된 유비퀴틴 및 ATP와 혼합되어 박테 리아의 시험관 내 유비퀴틴화를 촉진합니다(그림 1B)). 유비퀴틴화 후 박테리오리오리티 반응을 평가하기 위해, 정제된 VCP/p97과 그 보조인자 UFD1, NPLOC4를 반응에 포함시켰습니다(그림 1C).
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여기서 설명한 시험관 내 재구성 시스템은 박테리아 유비퀴틴화 및 제거의 분자적 복잡성을 탐구할 수 있는 견고한 틀을 제공하지만, 몇 가지 중요한 한계점도 고려해야 합니다. 정제된 단백질의 초생리적 농도에 의존하는 점(유비퀴틴화 기구(E1, E2, E3 리가아제, 유비퀴틴)과 숙주 효과기 복합체(VCP/p97, UFD1, NPLOC4)는 병원체 유소화와 제거에 관한 중요한 메커니즘적 통찰을 제공하지만, 살아있는 세포 내 생리적 조건을 완전히 반영하지는 않을 수 있습니다.
세포 자율 면역계는 여러 효과 단백질과 유비퀴틴 리가아제로 구성되어 있으며, 이들이 병행하여 감염을 제거하는 실패 방지 메커니즘으로 작용합니다. 마찬가지로, VCP/p97은 단독으로는 작용하지 않을 수 있으며, 다른 요인이나 추가적인 분해 경로에 의존할 수 있습니다. 우리의 시험관 내 재구성 결과는 각각 박테리아 유비퀴틴화...
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저자들은 이해 상충을 선언할 필요가 없습니다.
IIT 봄베이의 생물안전 레벨 2 시설과 공초점 현미경 시설에 감사드립니다. 수라브 고쉬. (2018년 6월 17일(i) EU-V), 수밋 락싯(221610197857)과 우딧 쿠마르 다스(24D0061)는 각각 CSIR, UGC, 인도 정부, IIT 봄베이로부터 펠로우십을 받았습니다. 아니르반 바네르지는 인도 정부 과학공학연구위원회(보조금 번호 SPR/2019/000808)와 이그나이트 생명과학재단(보조금 번호 IGNITE/FG-OC/2021/004)으로부터 연구 자금을 받았습니다. 연구 자금 지원 기관들은 연구의 설계, 데이터 수집 및 분석, 출판 결정, 원고 준비에 관여하지 않았다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 50X 프로테아제 억제제 칵테일 | 프로메가 | G6521 | |
| 6배-히스-유비퀴틴 | UBPBio | E1100 | |
| A549 세포주 | ATCC | ATCC CCL-185 | |
| 알렉사 플루어 488 | 인비트로젠 | A21202 | |
| 알렉사 플루어 555 | 인비트로젠 | A-31572 그리고 nbsp; | |
| 항유비퀴틴 항체 | 엔조 | BML-PW8810-0100 | |
| 항유비퀴틴 K48 특이적 클론 Apu2 항체 | 시그마 올드리치 | ZRB2150 | |
| ATP | 시그마 올드리치 | A6419 | |
| 비 | HiMedia | M210 | |
| DMEM(고혈당) | HiMedia | AL251 | |
| FBS | 깁코 (미국에서 기원) | 38220090 | |
| 글리세롤 | PureSynth | PSR37325 | |
| 젠장 | 시그마 올드리치 | H4034-100G | |
| KCl | 시그마 올드리치 | P3911 | |
| MgCl2 | 시그마 올드리치 | TC006 | |
| 파라포름알데히드 | 시그마 올드리치 | E6148 | |
| pET28a-p97 플라스미드 | 우리 연구실 | 플라스미드는 요청 시 제공 가능 | |
| pET41b-NPLOC4 플라스미드 | 우리 연구실 | 플라스미드는 요청 시 제공 가능 | |
| pET41b-UFD1 플라스미드 | 애드진 | 플라스미드 #117107 | |
| Rbx1-Skp1-Cul1-Fbxw7 | 시그마 올드리치 | 23-030 | |
| 폐렴구균 R6 균주 | ATCC | ATCC BAA-255 | 위험군 -2 병원체, BSL-2 시설에서 다뤄야 |
| 토드 휴잇 육수 가루 | HiMedia | M313 | |
| UBE1 | UBPBio | B1100 | |
| UbE2C | UBPBio | C1300 | |
| 요소 | HiMedia | MB032 | |
| 효모 추출물 분말 & nbsp; | HiMedia | RM027 |
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