Białka odporności na myksowirusy (Mx) są ważną częścią wrodzonej obrony immunologicznej przed patogenami wirusowymi. Białka te są dużymi GTPazami podobnymi do dynaminy, które są indukowane przez interferony typu I i III. Odpowiednie geny Mx są obecne u prawie wszystkich kręgowców w jednej lub wielu kopiach, a ich produkty genowe hamują szeroką gamę wirusów, w tym Orthomyxoviridae (np. wirus grypy), Rhabdoviridae (np. wirus pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej), Bunyaviridae (np. wirus la crosse) i Retroviridae (np. ludzki wirus niedoboru odporności-1)1-4. Nie jest jasne, w jaki sposób białka te rozpoznają tak szeroki wachlarz wirusów, bez widocznych wspólnych motywów sekwencji pierwszorzędowej w tych wirusach. Analiza interakcji białek Mx z ich celami wirusowymi, potencjalnie obejmujących kompleksy wyższego rzędu z innymi czynnikami komórek gospodarza, pomoże zrozumieć mechanizmy molekularne, które wyewoluowały w wyścigu zbrojeń między wirusami a ich gospodarzami.
Interakcja między białkami Mx ssaków a celami wirusowymi została najdokładniej zbadana dla ludzkiego MxA. Ludzki MxA może hamować replikację wielu wirusów, w tym ortomyksowirusów grypy A i wirusa Thogoto. MxA wiąże kompleksy rybonukleoproteinowe wirusa Thogoto (vRNP), zapobiegając w ten sposób ich wniknięciu do jądra, co skutkuje blokiem infekcji5. Ta interakcja między MxA i wirusem Thogoto vRNP została wykazana w eksperymentach z kosedymentacją i koimmunoprecypitacją6-9. To, w jaki sposób białka Mx hamują wirusy grypy A, jest mniej jasne. Jednym z głównych problemów jest to, że nie jest łatwo wykazać interakcję między białkiem Mx a produktem genu grypy. W jednym z raportów wykazano interakcję między ludzkim MxA a białkiem NP w komórkach zakażonych wirusem grypy A10. Tę interakcję można było wykazać za pomocą koimmunoprecypitacji tylko wtedy, gdy komórki zostały potraktowane odczynnikiem sieciującym dithiobis (propionian sukcynimidylu) przed lizą, co sugeruje, że interakcja jest przejściowa i / lub słaba. Nowsze badania wykazały, że zróżnicowana wrażliwość Mx różnych szczepów grypy A zależy od pochodzenia białka NP11,12. W związku z tym wirusy grypy A mogą częściowo wymykać się spod kontroli Mx poprzez mutację określonych reszt w białku NP13. Sugeruje to, że głównym celem wirusów grypy A dla gospodarza Mx jest białko NP, najprawdopodobniej NP złożone w kompleksy vRNP. Jednak żadne z tych nowszych badań nie wykazało interakcji między NP lub vRNP grypy a ludzkim MxA lub mysim Mx1.
Ostatnio po raz pierwszy pokazaliśmy interakcję między NP grypy a białkiem Mx1 myszy za pomocą zoptymalizowanego protokołu koimmunoprecypitacji14, który jest tutaj szczegółowo opisany. Ogólnie rzecz biorąc, koimmunoprecypitacja jest jednym z najczęściej stosowanych podejść biochemicznych do badania interakcji białko-białko. Technika ta jest często preferowana w stosunku do technik alternatywnych, np. drożdży hybrydowych, ponieważ pozwala badać interakcje białko-białko w ich naturalnym środowisku. Koimmunoprecypitację można przeprowadzić na białkach o endogennej ekspresji, jeśli dostępne są przeciwciała przeciwko białkom będącym przedmiotem zainteresowania. Alternatywnie, interesujące białka mogą ulegać ekspresji w komórce poprzez transfekcję lub infekcję i można użyć znacznika powinowactwa. Oprócz wyżej wymienionych zalet, opisany protokół koimmunoprecypitacji pozwala na wykrycie słabych i/lub przejściowych oddziaływań białek. Głównym składnikiem tego zoptymalizowanego protokołu jest dodanie N-etylomaleimidu (NEM) do buforu do lizy komórek. NEM jest odczynnikiem alkilującym, który reaguje z wolnymi grupami tiolowymi, takimi jak obecne w cysteinach, o pH 6,5-7,5, tworząc stabilny tioester (ryc. 1). Przy wyższym pH NEM może również reagować z grupami aminowymi lub ulegać hydrolizie15. NEM jest zwykle stosowany do blokowania wolnych grup tiolowych, aby zapobiec tworzeniu się wiązań dwusiarczkowych lub zahamować aktywność enzymatyczną. Na przykład NEM jest często używany do blokowania enzymów desumoilujących, którymi są proteazy cysteinowe. W opisanym protokole koimmunoprecypitacji NEM został początkowo włączony do buforu do lizy, ponieważ doniesiono, że sumoilacja białek grypy może wpływać na interakcję między białkami wirusa16. Nieoczekiwanie dodanie NEM okazało się kluczem do udokumentowania interakcji między NP grypy a mysim Mx1 poprzez koimmunoprecypitację. Nie jest jasne, dlaczego dodanie NEM ma kluczowe znaczenie dla wykrycia interakcji NP–Mx1. Możliwe, że interakcja jest zbyt przejściowa i/lub słaba. NEM może stabilizować interakcję, np. poprzez zachowanie specyficznej konformacji Mx1, białka wirusowego lub nawet nieznanego trzeciego składnika. Takie stabilizujące działanie NEM obserwowano już wcześniej, np. w przypadku interakcji między reduktazą rybonukleotydową M1 a jej inhibitorem gemcytabiną (F2dC)17. Zarówno Mx1, jak i NP zawierają wiele reszt cysteiny, które mogą być modyfikowane przez NEM. Na przykład niedawne badanie przeprowadzone przez Rennie i wsp. wykazało, że wariant MxA bez łodygi zawiera trzy reszty cysteiny wystawione na działanie rozpuszczalnika, które mogą być modyfikowane przez jodoacetamid. Mutacja tych reszt do seryny nie wpłynęła na aktywność enzymatyczną MxA, ale zapobiegła agregacji za pośrednictwem dwusiarczku18. Ponieważ te cysteiny są konserwatywne w Mx1, sugeruje to, że analogiczne cysteiny w Mx1 mogą być modyfikowane przez NEM i jako takie wpływają na jego konformację lub rozpuszczalność. Ponadto NEM może również wpływać na aktywność GTPazy Mx1, która jest niezbędna dla aktywności przeciwgrypowej Mx1, a tym samym stabilizować interakcję między Mx1 i NP. Jednak bezpośredni wpływ NEM na aktywność GTPazy Mx1 jest mało prawdopodobny, ponieważ NEM jest również wymagany do wykrycia interakcji między nieaktywnymi mutantami NP grypy i GTPazy białka Mx114. Oczywiste jest, że potrzebne są dalsze badania, aby odkryć wpływ NEM na interakcję NP-Mx1.
Podsumowując, opisany protokół koimmunoprecypitacji pozwala badać interakcję między białkiem przeciwwirusowym Mx1 a jego wirusowym celem, białkiem NP grypy. Protokół ten może być również wykorzystany do badania innych słabych lub przejściowych interakcji, które zależą od stabilizacji określonych konformacji białek. Interakcja białko-białko, która zależy od określonych konformacji, została opisana wcześniej, np. dla białek wiążących wapń, takich jak kalmodulina19. Wreszcie, korzystna rola NEM może być również wykorzystana w innych metodach wykrywania interakcji białko-białko, takich jak testy kosedymentacji.