Method Article

Een geoptimaliseerde single-molecule pull-down test voor kwantificering van eiwitfosforylering

DOI:

10.3791/63665

⸱

June 6th, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Pathology, University of New Mexico School of Medicine, 2Department of Physics and Astronomy, University of New Mexico, 3Comprehensive Cancer Center, University of New Mexico Health Sciences Center

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het huidige protocol beschrijft monstervoorbereiding en gegevensanalyse om eiwitfosforylering te kwantificeren met behulp van een verbeterde single-molecule pull-down (SiMPull) assay.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fosforylering is een noodzakelijke posttranslationele modificatie die de eiwitfunctie reguleert en de celsignaleringsresultaten stuurt. De huidige methoden om eiwitfosforylering te meten, kunnen de heterogeniteit in fosforylering tussen individuele eiwitten niet behouden. De single-molecule pull-down (SiMPull) assay werd ontwikkeld om de samenstelling van macromoleculaire complexen te onderzoeken via immunoprecipitatie van eiwitten op een glazen coverslip gevolgd door single-molecule imaging. De huidige techniek is een aanpassing van SiMPull die robuuste kwantificering biedt van de fosforyleringstoestand van membraanreceptoren over de volledige lengte op het niveau van één molecuul. Door duizenden individuele receptoren op deze manier in beeld te brengen, kunnen eiwitfosforyleringspatronen worden gekwantificeerd. Het huidige protocol beschrijft de geoptimaliseerde SiMPull-procedure, van monstervoorbereiding tot beeldvorming. Optimalisatie van glaspreparatie- en antilichaamfixatieprotocollen verbetert de gegevenskwaliteit verder. Het huidige protocol biedt code voor de single-molecule data-analyse die de fractie van receptoren berekent die in een monster worden gefosforyleerd. Hoewel dit werk zich richt op fosforylering van de epidermale groeifactorreceptor (EGFR), kan het protocol worden gegeneraliseerd naar andere membraanreceptoren en cytosolische signaalmoleculen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Membraan-geassocieerde signalering wordt afgestemd door een combinatie van ligand-geïnduceerde membraanreceptoractivering en rekrutering van downstream accessoire-eiwitten die het signaal verspreiden. Fosforylering van belangrijke tyrosines in receptorcytoplasmatische staarten is van cruciaal belang voor het initiëren van de vorming van signaleringscomplexen, of signaalosomen 1,2. Daarom is een belangrijke vraag in de biologie hoe fosforyleringspatronen worden gecreëerd en onderhouden om signaalpartners te werven en cellulaire uitkomsten te dicteren. Dit omvat het begrijpen van de heterogeniteit van receptorfo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Coverslip voorbereiding

OPMERKING: Voor deze stap moet men persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's) dragen, waaronder een dubbele laag nitrilhandschoenen, een veiligheidsbril of gezichtsscherm en een laboratoriumjas.

  1. Voer piranha-etsen uit om organisch puin van het glas te verwijderen.
    LET OP: Piranha-oplossing is een sterk oxidatiemiddel dat corrosief en zeer reactief is bij contact met organische materialen. Reactie met organisch puin is exotherm en potentieel explosief. De procedure moet dus worden uitgevoerd in een chemische zuurkast met de vleugel verlaagd. Pyrex glaswerk is nodig om de piranha-oplossi....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een cartoon met het SiMPull-proces is weergegeven in figuur 1A. Coverslips worden gefunctionaliseerd met Behulp van NeutrAvidin als een anker voor gebiotinyleerde anti-EGFR-antilichamen om EGFR-GFP te vangen uit totale eiwitlysaten. Na het wegspoelen van ongebonden eiwit worden de gefosforyleerde receptoren gelabeld met een antifosfotyrosine (anti-PY) antilichaam15. Figuur 1B toont een afbeelding van de hydrofobe array, waarbij meerdere m.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het hier beschreven protocol is geoptimaliseerd om kwantitatieve metingen van receptorfosforylering op het niveau van één eiwit mogelijk te maken. Verschillende eenvoudige maar belangrijke wijzigingen in het SiMPull-protocol werden ontwikkeld die de betrouwbaarheid van de meting voor fosfo-tyrosinedetectie verbeterden, waaronder vermindering van autofluorescentie met NaBH4-behandeling en postfixatie van het monster om antilichaamdissociatie te voorkomen. Het gebruik van het groene kanaalmasker om receptorlocat.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health R35GM126934, R01AI153617 en R01CA248166 to DSL. EMB werd ondersteund door het ASERT-IRACDA-programma (NIH K12GM088021) en JAR door het UNM MARC-programma (NIH 2T34GM008751-20). We erkennen dankbaar het gebruik van de gedeelde bron van fluorescentiemicroscopie van het University of New Mexico Comprehensive Cancer Center, ondersteund door NIH P30CA118100. We willen Drs. Ankur Jain en Taekijip Ha erkennen, wiens oorspronkelijke ontwikkeling van SiMPull dit werk inspireerde.
ES-C presenteer adres: Immunodynamics Group, Laboratory of Integrative Cancer Immunology, Center for Cancer Research, National Cancer....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 mL microcentrifuge tubesMTC BioC2000
10 mM Tris-HCl pH 7.4
10 mM Tris-HCl pH 8.0/ 50 mM NaClT50 Buffer
100 mm Tissue Culture dishCELLTREAT229620Storage of piranha etched glass/arrays
15 mL conical tube
16% Paraformaldehyde Aqueous SolutionElectron Microscopy Sciences15710Hazardous
50 mL conical tubeFunctionalized Glass storage/ KOH reuse
50 mM Tris-HCl pH 7.2/150 mM NaClLysis Buffer Component
60 mm Tissue Culture dishCorning430166
8% Glutaraldehyde Aqueous SolutionElectron Microscopy Sciences16020Hazardous
Acetone (C3H6O)Millipore Sigma270725Hazardous
Alexa Fluor 647 NHS EsterThermo Fisher ScientificA-20006
Animal-Free Recombinant Human EGFPeprotechAF-100-15
Anti-Human EGFR (External Domain) – BiotinLeinco Technologies, IncE101
Anti-p-Tyr Antibody (PY99) Alexa Fluor 647Santa Cruz Biotechnologysc-7020 AF647
Bath-sonicatorBranson1200
BCA Protein Assay KitPierce23227
Biotin-PEGLaysan BioBiotin-PEG-SVA, MW 5,000
Bovine serum albuminGold BiotechnologyA-420-1Tyrode's Buffer Component
Buchner funnel
Bunsen burner
Calcium Chloride (CaCl2)Millipore SigmaC4901Tyrode's Buffer Component
Cell ScraperBioworld30900017-1
Conical Filtering FlaskFisher ScientificS15464
Coplin JarWHEATON900470
Countess II Automated Cell CounterThermo Fisher ScientificAMQAX1000
Coverslips 24 x 60 #1.5Electron Microscopy Sciences63793
DipImagehttps://diplib.org/
DMEMCaisson LabsDML19-500
emCCD cameraAndor iXon
Fetal Bovine Serum, OptimaBio-TechneS12450HHeat Inactivated
Fusion 360 softwareAutodesk
Geneticin G418 DisulfateCaisson LabsG030-5GM
Glacial Acetic Acid (CH3COOH)JT BakerJTB-9526-01Hazardous
Glass serological pipettes
Glass Stir Rod
Glucose (D-(+)-Glucose)Millipore SigmaD9434Tyrode's Buffer Component
Halt Phosphotase and Protease Inhibitor Cocktail (100X)Thermo Fisher Scientific78446Lysis Buffer Component
HEPESMillipore SigmaH3375Tyrode's Buffer Component
Hydrochloric Acid (HCl)VWRBDH7204-1Hazardous
Hydrogen Peroxide (H2O2) (3%)HX0645
Hydrogen Peroxide (H2O2) (30%)EMD MilliporeHX0635-2
Ice
IGEPAL CA-630 (NP-40)Sigma AldrichI8896Lysis Buffer Component
ImmEdge Hydrophobic Barrier PenVector LaboratoriesH-4000
Immersol 518F immersion oilZeiss444960-0000-000
in-house vacuum line
L-glutamineThermo Fisher Scientific25030-164
Magnessium Chloride Hexahydrate (MgCl2-6H2O)MPBio2191421Tyrode's Buffer Component
MatlabMathworksCurve Fitting Toolbox, Parallel Computing Toolbox, and Statistics and Machine Learning toolbox
Methanol (CH3OH)IBIS ScientificMX0486-1Hazardous
Milli-Q water
Mix-n-Stain CF Dye Antibody Labeling KitsBiotium92245Suggested conjugation kit
mPEGLaysan BiomPEG-succinimidyl valerate, MW 5,000
N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilaneUCT United ChemicalA0700Hazardous
NanogridMiraloma Tech
NeutrAvidin Biotin Binding ProteinThermo Fisher Scientific31000
Nitrogen (compressed gas)
NVIDIA GPU with CUDALook for compatibility at https://www.mathworks.com/help/parallel-computing/gpu-support-by-release.html
Olympus iX71 MicroscopeOlympus
Parafilm M Sealing FilmThe Lab DepotHS234526C
PBS pH 7.4Caisson LabsPBL06
PC-200 Analog Hot PlateCorning6795-200
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)Thermo Fisher Scientific15140-163
Phospho-EGF Receptor (Tyr1068) (1H12) Mouse mAbCell Signaling Technology2236BF
Potassium Chloride (KCl)Millipore Sigma529552Tyrode's Buffer Component
Potassium Hydroxide (KOH)Millipore Sigma1050330500Hazardous
Premium PLA Filament, 1.75 mm diameterRaise 3DPMS:2035U/RAL:3028Printing temperature range: 205-235 °C
Pro2 3D printerRaise 3D
Pyrex 1 L beaker
PYREX 100 mL storage bottlesCorning1395-100CH3OH/C3H6O reuse
Pyrex 250 mL beakers
Pyrex 4 L beaker
Quad-view Image SplitterPhotometricsModel QV2
Refrigerated centrifugeEppendorfEP-5415R
RevCount Cell Counters, EVE Cell Counting SlidesVWR10027-446
Semrock emission filters: blue (445/45 nm), green (525/45 nm), red (600/37 nm), far-red (685/40 nm)SemrockLF405/488/561/635-4X4M-B-000
Serological pipette controller
Serological Pipettes
smite single molecule analysis packagehttps://github.com/LidkeLab/smite.git
Sodium Bicarbonate (NaHCO3)Sigma AldrichS6014Hazardous
Sodium Borohydride (NaBH4)Millipore Sigma452874Tyrode's Buffer Component
Sodium Chloride (NaCl)Millipore SigmaS9625Activate by successive heat and pH cycling
Sodium HydroxideVWRBDH3247-1
Sodium Orthovanadate (Na3VO4)Millipore SigmaS6508Hazardous
Sulfuric Acid (H2SO4)Millipore Sigma258105Hazardous
TetraSpeck MicrospheresThermo Fisher ScientificT7279multi-fluorescent beads
Tris (Trizma) baseMillipore SigmaT1503
Trypan blue stain, 0.4%Thermo Fisher Scientific15250061
Trypsin-EDTA 0.05%Thermo Fisher Scientific25300120

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lemmon, M. A., Schlessinger, J. Cell Signaling by Receptor Tyrosine Kinases. Cell. 141 (7), 1117-1134 (2010).
  2. Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., Pawson, T. Reading protein modifications with interaction domains. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7 (7), 473-483 (2006....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Single Molecule Pull DownProtein PhosphorylationPhosphorylation QuantificationEGFR PhosphorylationImmunoprecipitation AssayAntibody LabelingGlass PreparationSingle Molecule ImagingColocalization AnalysisGaussian Localization

Related Articles