Hier presenteren we een protocol dat de ontwerpspecificaties, kwaliteitscontrolenormen en het functionele verificatiesysteem van TAT-PIP, een posttranslationeel modificatieremmend peptide, schetst.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier presenteren we een protocol dat de ontwerpspecificaties, kwaliteitscontrolenormen en het functionele verificatiesysteem van TAT-PIP, een posttranslationeel modificatieremmend peptide, schetst.
Eiwitten zijn de primaire uitvoerders van levensactiviteiten en worden gereguleerd op transcriptioneel, translationeel en posttranslationeel modificatie (PTM) niveau. Bovendien vertegenwoordigt PTM een ingewikkelder mechanisme voor het reguleren van eiwitactiviteiten, aangezien een eiwit over het algemeen verschillende soorten PTM's en meerdere plaatsen voor een specifieke PTM heeft. Plasmidetransfectie of lentivirus en adenovirus kunnen worden gebruikt bij de eerste screening van de functioneel belangrijke PTM-site van alle geïdentificeerde sites; Deze methoden worden echter altijd geconfronteerd met uitdagingen zoals een lage efficiëntie bij het invoeren van cellen en weefsels, tijdrovende en hoge kosten, mogelijke immuunreactie, enz. Om dit aan te pakken, hebben we onlangs een type gerecombineerd peptide ontwikkeld en met succes toegepast, TAT-PIP, TAT-geconjugeerd PTM-remmend peptide. TAT-PIP bestaat uit een TAT-module die de toegang tot cellen en weefsels vergemakkelijkt en een PIP-module die de PTM op gerichte plaatsen specifiek downreguleert door middel van concurrerende binding. Hier presenteren we een protocol dat de ontwerpspecificaties, kwaliteitscontrolenormen en het functionele verificatiesysteem van TAT-PIP schetst. In het ontwerpgedeelte beschrijven we de consistentie, de optionele lengte, specificiteit en het behoud van TAT-PIP. Vervolgens introduceren we de kwaliteitstestvereisten van TAT-PIP, die de werkzaamheid en veiligheid garanderen. In de toepassing van het TAT-PIP deel introduceerden we de concentratiegradiënttest van TAT-PIP, het incubatieproces van de geteste cellen en de daaropvolgende fenotypische detectie. Samenvattend beschrijven we een effectieve methode voor het screenen van PTM-sites door selectief een specifieke site neer te halen en het resulterende fenotype te observeren om de functie ervan af te leiden. Vanwege de lage synthetische kosten en hoge efficiëntie overwint deze methode de beperkingen van bestaande technologieën, zoals plasmidetransfectie.
Eiwitten zijn de primaire uitvoerders van levensactiviteiten en hun biologische regulatieprocessen omvatten twee kernaspecten van genexpressieregulatie: gentranscriptie en mRNA-translatie. In de afgelopen decennia is posttranslationele modificatie (PTM) echter een ander onmisbaar mechanisme geworden voor het reguleren van cellulaire functies1. Fosforylering, de meest bekende PTM voor onderzoekers, speelt een bijzonder belangrijke rol in fysiologische functies. Nadat extracellulair signaalgereguleerd kinase (ERK) bijvoorbeeld is gefosforyleerd door MEK-kinase op de Thr202- en Tyr204-plaatsen, verandert de conformatie ervan, waardoor de actieve plaats wordt blootgelegd, die stroomafwaartse doeleiwitten, zoals transcriptiefactoren2, activeert. Wanneer daarentegen de N-terminale Ser9 van GSK-3β wordt gefosforyleerd door Akt/PKB-kinase, wordt de substraatbindende pocket geblokkeerd, wat leidt tot een verlies van kinase-activiteit3. Ubiquitinatie is een andere belangrijke PTM die verschillende cellulaire processen reguleert door de covalente hechting van ubiquitinemoleculen aan substraateiwitten. Ubiquitine bevat 7 lysineresiduen (K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63) en een N-terminaal methionine (M1). De koppeling van ubiquitineketens op verschillende plaatsen geeft verschillende lotsbestemmingen aan substraateiwitten. De primaire functie van K48-gekoppelde ubiquitinatie is het markeren van substraateiwitten voor afbraak door het proteasoom4. Omgekeerd is de primaire functie van K63-gekoppelde ubiquitinatie het uitvoeren van niet-afbrekende signaaltransductie, zoals herstel van DNA-schade, ontstekingsreacties en endocytose5. In de afgelopen jaren, met de snelle vooruitgang van proteomics-technologieën, is een toenemend aantal nieuwe PTM's ontdekt. Naast klassieke acetylering zijn nieuwe acylaties zoals propionylering, crotonylering en glutarylering geïdentificeerd6. Op het gebied van histonmodificaties interfereert histonlactosylering met RNA m6A-modificatie en de homeostase van de immuunmicro-omgeving7. Op het gebied van niet-histonmodificaties is de vermindering van ATP5O-crotonylering een belangrijke nadelige factor bij de neerwaartse regulatie van het fosfolipidenmetabolisme8.
Het uitvoeren van onderzoek naar PTM vereist het systematisch bevorderen van de analyse van het PTM-proteoom9. Dit veld omvat twee belangrijke onderzoeksrichtingen: de analyse van PTM-profielen op het hele proteoomniveau en de uitgebreide identificatie van de PTM-plaatsen van een specifiek eiwit. Hoewel moderne massaspectrometrie verschillende soorten PTM's en de specifieke locaties effectief kan identificeren, blijft de screening en validatie van belangrijke functionele locaties een belangrijke wetenschappelijke uitdaging die de voortgang van het onderzoek beperkt. Het opstellen van efficiënte strategieën voor het screenen van locaties is de eerste stap naar het oplossen van de functie van belangrijke regelgevende sites. Traditionele methoden omvatten het construeren van mutante plasmiden voor specifieke plaatsen (inactiverende mutaties, activerende mutaties), het introduceren ervan in doelcellen door middel van in vitro transfectietechnieken en het systematisch evalueren van veranderingen in fenotypische indicatoren zoals celproliferatie, apoptose en oxidatieve stress. Deze strategie stuit echter op aanzienlijke technische obstakels in transcriptioneel stille celmodellen zoals eicellen en primaire weefselkweeksystemen. Hoewel het lentivirale of adenovirustransductiesysteem het probleem van de transfectie-efficiëntie gedeeltelijk kan overwinnen, staat de toepassing ervan voor dubbele uitdagingen: hoge economische kosten en lage penetratie-efficiëntie van virale deeltjes in vitroweefselmodellen . Terwijl de strategie van het bouwen van mutante knock-in-muizen extreem duurzaam en kostbaar is. In het algemeen is het dringend noodzakelijk dat er economische en efficiënte strategieën worden ontwikkeld voor de eerste screening van functioneel belangrijke PTM-sites.
In de afgelopen jaren heeft ons team met succes een snelle PTM-downregulatietechniek ontwikkeld en toegepast, TAT-PIP, TAT-geconjugeerd PTM-remmend peptide, gebaseerd op polypeptide-competitieve remming. Het belangrijkste voordeel is de universaliteit en hoge efficiëntie voor het uitvoeren van een voorlopige screening van functioneel belangrijke PTM-sites, wat een cruciale basis vormt voor diepgaande analyses van de moleculaire mechanismen van belangrijke PTM-sites. Deze studie verduidelijkt systematisch het belangrijkste kader en het implementatieproces van TAT-PIP en toont de effectiviteit ervan aan bij het reguleren van het PTM-niveau op een specifieke locatie door middel van representatieve experimentele gegevens.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Ontwerpen van de TAT-PIP sequentie
OPMERKING: TAT-PIP bestaat uit twee delen peptiden (Figuur 1): Het N-terminale deel is TAT, CYGRKKRRRRR, dat ongewijzigd blijft voor elke TAT-PIP en kan helpen bij het efficiënt binnendringen van in vitro gekweekte cellen of in vivo weefsels; het C-terminale deel is een polypeptidesequentie rond de specifieke PTM-plaats (Figuur 1, meestal lysine in symbool "K", rood gemarkeerd) van een objecteiwit. De lengte van PIP is ongeveer 10-15 AA-residuen (als ze langer zijn, nemen de kosten toe; als ze korter zijn, neemt de specificiteit aanzienlijk af).
2. Synthese en kwaliteitsverificatie van TAT-PIP
3. De toepassing van TAT-PIP
4. Westerse vlek
5. Functionele validatie van TAT-PIP in in vitro gekweekte cellen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie beschrijft een strategie die TAT-PIP gebruikt om het PTM-niveau van een doeleiwit op een specifieke plaats te verlagen op basis van competitieve remming. In een typisch voorbeeld wordt de TAT-PIP hier specifiek hernoemd als THCIP. Het bestaat uit twee functionele modules: (1), het N-terminale celpenetrerende peptide TAT (CYGRKKRRQRRR), waardoor THCIP cellen kan binnendringen; (2) de C-terminale sequentie rond K116 van H3, AIHAKRVTIMPKD, die specifiek concurreert met de endoge...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In dit protocol zijn de volgende stappen van cruciaal belang. Ten eerste gaat het TAT-PIP-ontwerp in op de specificiteit van het peptide. Ten tweede, optimaliseer de toepassing en uiteindelijke concentratie; De geoptimaliseerde concentratie moet zorgvuldig worden getest om een efficiënte en snelle knockdown te bereiken. Ten derde, om het effect van de TAT-PIP te verifiëren, worden meerdere experimenten aanbevolen in plaats van te vertrouwen op een enkel experiment om de aanvullende effec...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat ze niets te onthullen hebben.
We danken alle lableden voor hun vriendelijke hulp. Dit onderzoek werd financieel ondersteund door het National Key R&D Program van China aan Dong Zhang (Grant No: 2022YFC2702202).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Automatisch multifunctioneel beeldvormingssysteem | Tanon | 4600 | De belichtingsmeter identificeert en visualiseert de doelwit-eiwitbanden door de fluorescentie- of chemiluminescentiesignalen op de membraan te detecteren na de ontwikkelingsbehandeling. |
| Celtellingskit-8 | GLPBIO | GK10001 | Op basis van de correlatie tussen cellulaire metabolische levensvatbaarheid en celaantal, evalueert deze methode het proliferatievermogen van cellen door de reductievermogen van cellen naar CCK-8 reagentia te meten |
| Dulbecco’s gemodificeerd Eagle’s Medium (DMEM) | Gibco | 11995065 | Dulbecco's gemodificeerd Eagle's medium (DMEM) is een veelgebruikt basaal medium om de groei van een breed scala aan zoogdiercellen te ondersteunen. |
| ECL chemiluminescentie substraat | Biosharp | BL520B | ECL substraten genereren lichtsignalen door chemiluminiscenereacties die detectie van specifieke eiwitten of nucleïnezuren mogelijk maken. |
| Elektroforese apparaat | Tanon | EPS600 | De hoofdrol van het elektroforese apparaat is om biologische macromoleculen te scheiden en te analyseren |
| Verbeterde ATP assay kit | Beyotime | S0027 | De kit kan effectief het ATP-niveau van monsters detecteren |
| Foetaal bovien serum (FBS) | Gibco | 16000-044 | Foetaal bovien serum (FBS) levert essentiële voedingsstoffen en groeifactoren voor celonderhoud en -groei. |
| GenScript eBlotL1 | GenScript | L00686 | Het apparaat is zeer efficiënt en het kan snel eiwitoverdracht van polyacrylamidegel naar PVDF-membraan binnen 15 minuten bereiken |
| Omgekeerde fluorescentiemicroscoop | Olympus Corporation | IX73 | Fluorescentiemicroscopie gebruikt ultraviolet licht als lichtbron om het onderzochte object te belichten om het fluorescentie te laten uitstralen, en vervolgens de vorm en locatie van het object onder de microscoop te observeren. |
| NanoDrop2000 microvolume UV-Vis spectrofotometer | Thermo Scientific | 2000 | NanoDrop werd gebruikt om de concentratie van DNA of RNA te bepalen |
| PVDF membraan | BioRAD | 1620177 | Dit type PVDF membraan heeft uitstekende chemische weerstand en hoge eiwitbindende vermogen |
| ROS assay kit | Beyotime | S0033S | De kit kan nauwkeurig het niveau van reactieve zuurstofsoorten in cellen detecteren |
| TAT-conjugater H3K16 Crotonylation remmende peptide | Nanjing Taopu Biotechnology Co. LTD | CN218107533U | Het kan specifiek concurreren met de endogene H3 om gecrotonyleerd te worden bij K16 |
| TBST | Biosharp | BL602A | TBST kan irrelevante stoffen op de membraan schoonmaken, experimentele fouten verminderen en de nauwkeurigheid van experimentele resultaten verzekeren |
| Ultrasoon breker | LICHEN | LC-AUD-150P | De hoofdfuncties van het apparaat omvatten celfragmentatie, deeltjesdispersie en emulgering |
| Varioskan LUX | Thermo Fisher | VL0000D0 | Microplaatlezers kunnen hoge-doorvoer kwantitatieve analyse van biologische monsters bereiken door de optische signalen (zoals absorptie, fluorescentie of luminescentie) van monsters in microplaten te detecteren |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen