Szlak ubikwityny/proteasomu 26S staje się szeroko rozpowszechnionym mechanizmem kontroli różnych reakcji biologicznych, w tym regulacji transkrypcji, progresji cyklu komórkowego i transdukcji sygnału, regulacji receptora w dół lub endocytozy, między innymi procesów1-4. W tym szlaku białko docelowe jest znakowane resztami ubikwityny, które są najpierw przyłączane wiązaniem tiolestrowym do enzymu aktywującego ubikwitynę E1, a następnie przemieszczane do reszty aminokwasowej cysteiny enzymu koniugacji ubikwityny E2; wreszcie E2 oddziałuje z ligazą ubikwityny E3, powodując poliubikwitynację substratu białkowego. Ostatecznie poliubikwitynowane białka są rozpoznawane i degradowane przez proteasom 26S. W tym mechanizmie enzym E3 określa substrat i działa jako kluczowy składnik regulatorowy układu proteasomu ubikwityny/26S (UPS). Ligazy E3 mogą działać niezależnie, takie jak ligazy domeny RING, lub jako część wielopodjednostkowego kompleksu SCF (białko Skp1 / Cullin / F-box), takiego jak ligazy domeny F-box. Szlaki degradacji proteasomalnej, w których pośredniczy SCF, biorą udział w regulacji transkrypcji, cyklu komórkowego, transdukcji sygnału5-10 i wielu innych głównych funkcjach komórkowych.
Oprócz tych krytycznych ról w regulacji procesów komórkowych, UPS zajmuje centralne miejsce w wielu interakcjach roślina-patogen. Na przykład coraz więcej dowodów sugeruje, że kilka patogenów roślin, w tym Agrobacterium tumefaciens, polega na UPS gospodarza w celu ułatwienia procesu infekcji11. Agrobacterium wywołuje nowotwór na roślinach, które reprezentują jego naturalnych gospodarzy, a także może przekształcać szeroką gamę innych eukariontów, od grzybów1,2 po komórki ludzkie12,13. Podczas infekcji Agrobacterium eksportuje element DNA (T-DNA) i kilka białek wirulencji (Vir) do komórki gospodarza12-13. Jednym z tych białek jest VirF, pierwsze białko F-box, które zostało zakodowane przez genom prokariotyczny14. Jako część kompleksu ligazy ubikwityny SCF, VirF i jego funkcjonalny homolog gospodarza VBF15 ułatwiają infekcję Agrobacterium poprzez degradację białek za pośrednictwem UPS, co prawdopodobnie ułatwia odwarstwienie inwazyjnego bakteryjnego T-DNA od towarzyszących mu białek bakteryjnych i gospodarza, odpowiednio VirE2 i VIP116,17. Co ciekawe, wiele białek F-box, w tym VirF, jest wewnętrznie niestabilnych ze względu na własną proteolizę, w której pośredniczy aktywność autoubikwitynacji18,19 lub inne ligazy E3, dla których białka F-box mogą służyć jako substraty20-23.
Podczas badania aktywności biochemicznej białek F-box, innych ligaz ubikwityny i/lub ich substratów, bardzo przydatne byłoby zastosowanie prostego i wiarygodnego testu degradacji proteasomalnej. Tutaj opisujemy jeden z takich protokołów do analizy stabilności białek w systemie bezkomórkowym. W tym teście stabilność substratu UPS jest analizowana w obecności lub braku jednego z podstawowych składników szlaku degradacji proteasomalnej, takiego jak białko F-box, w systemie bezkomórkowym. Ogólnie rzecz biorąc, dokonujemy ekspresji badanych białek w tkankach roślinnych, przygotowujemy bezkomórkowe ekstrakty z tych tkanek i monitorujemy ilość białka (białek) będących przedmiotem zainteresowania za pomocą western blot. Zależny od UPS mechanizm degradacji białek jest wykazywany przez włączenie specyficznych inhibitorów proteasomalnych i/lub wykorzystanie koekspresji dominująco-ujemnej formy składnika SCF, Culliny. Podczas gdy ilustrujemy ten test za pomocą proteasomalnej degradacji białka Arabidopsis VIP117 przez białko F-box VBF15, można go wykorzystać do zbadania stabilności dowolnych innych substratów proteasomalnych.