Ten artykuł opisuje metodę oceny interakcji i zespołów integralnych białek błonowych in vitro z różnymi czynnikami partnerskimi w środowisku lipidowo-proksymalnym
.Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje metodę oceny interakcji i zespołów integralnych białek błonowych in vitro z różnymi czynnikami partnerskimi w środowisku lipidowo-proksymalnym
.Badania integralnych białek błonowych in vitro są często komplikowane przez obecność hydrofobowej domeny transbłonowej. Dalsze komplikowanie tych badań polega na tym, że ponowne włączenie rozpuszczalnych w detergentach białek błonowych do liposomów jest procesem stochastycznym, w którym topologia białek jest niemożliwa do wymuszenia. W tym artykule przedstawiono alternatywną metodę dla tych trudnych technik, która wykorzystuje rusztowanie oparte na liposomach. Rozpuszczalność białek jest zwiększona przez delecję domeny transbłonowej, a aminokwasy te są zastępowane ugrupowaniem wiążącym, takim jak znacznik His. To wiązanie oddziałuje z grupą kotwiczącą (Ni2+ koordynowaną przez kwas nitrylotrioctowy (NTA(Ni2+)) dla białek znakowanych Hisem), która wymusza jednolitą topologię białek na powierzchni liposomu. Przedstawiono przykład, w którym interakcja między białkiem 1 związanym z dynaminą (Drp1) a integralnym białkiem błonowym, mitochondrialnym czynnikiem rozszczepienia (Mff), została zbadana przy użyciu tej metody liposomów rusztowania. W tej pracy wykazaliśmy zdolność Mff do efektywnej rekrutacji rozpuszczalnego Drp1 na powierzchnię liposomów, co stymulowało jego aktywność GTPazy. Co więcej, Drp1 był w stanie zbulować matrycę lipidową ozdobioną Mff w obecności określonych lipidów. Przykład ten pokazuje skuteczność liposomów rusztowań przy użyciu testów strukturalnych i funkcjonalnych oraz podkreśla rolę Mff w regulacji aktywności Drp1.
Badanie interakcji białko-błona-proksymalne białko jest trudnym przedsięwzięciem ze względu na trudności w odtworzeniu natywnego środowiska integralnych białek błonowychzaangażowanych 1. Wynika to z konieczności solubilizacji detergentów i niespójnej orientacji białek w proteoliposomach. Aby uniknąć tych problemów, zastosowaliśmy strategię, w której rozpuszczalne domeny integralnych białek błonowych są wyrażane jako białka fuzyjne znacznika Hisa, a te rozpuszczalne fragmenty są zakotwiczone w liposomach rusztowania poprzez interakcje z grupami głownymi NTA (Ni2 +) na powierzchni lipidów. Za pomocą tych rusztowań można badać interakcje lipidowo-proksymalne białek w zakresie różnych składów lipidowych i białkowych.
Skutecznie zastosowaliśmy tę metodę do zbadania krytycznych interakcji białko-białko, które rządzą składaniem kompleksu rozszczepienia mitochondriów i zbadania interakcji lipidowych, które modulują ten proces2. Podczas rozszczepienia mitochondriów konserwatywne białko przebudowujące błonę, zwane białkiem związanym z dynaminą 1 (Drp1)3, jest rekrutowane na powierzchnię zewnętrznej błony mitochondrialnej (OMM) w odpowiedzi na sygnały komórkowe, które regulują homeostazę energetyczną, sygnalizację apoptotyczną i kilka innych integralnych procesów mitochondrialnych. Ta duża, cytozolowa GTPaza jest rekrutowana na powierzchnię mitochondriów poprzez interakcje z integralnymi białkami OMM 4-8. Rola jednego z takich białek, mitochondrialnego czynnika rozszczepienia (Mff), była trudna do wyjaśnienia ze względu na pozornie słabą interakcję z Drp1 in vitro. Niemniej jednak badania genetyczne wyraźnie wykazały, że Mff jest niezbędny do pomyślnego rozszczepienia mitochondriów7,8. Metoda opisana w tym manuskrypcie była w stanie przezwyciężyć wcześniejsze niedociągnięcia poprzez wprowadzenie jednoczesnych oddziaływań lipidowych, które promują interakcje Drp1-Mff. Podsumowując, ten nowatorski test ujawnił fundamentalne interakcje kierujące montażem mitochondrialnego kompleksu rozszczepienia i zapewnił nowy etap dla trwających badań strukturalnych i funkcjonalnych tej niezbędnej maszyny molekularnej.
Do tej pory, badanie interakcji między Drp1 i Mff było skomplikowane ze względu na wrodzoną elastyczność Mff9, niejednorodność polimerów Drp12,10 oraz trudność w oczyszczaniu i odtwarzaniu pełnej długości Mff z nienaruszoną domeną transbłonową11. Zajęliśmy się tymi wyzwaniami, używając liposomów rusztowania NTA (Ni2 +) do odtworzenia Mff znakowanego His, który nie ma domeny transbłonowej (MffΔTM-His6). Strategia ta była korzystna, ponieważ MffΔTM był wyjątkowo rozpuszczalny w przypadku nadmiernej ekspresji w E. coli, a to wyizolowane białko można było łatwo odtworzyć na liposomach rusztowania. Po przywiązaniu do tych matryc lipidowych, Mff przyjął identyczną, skierowaną na zewnątrz orientację na powierzchni błony. Oprócz tych zalet dodano lipidy mitochondrialne, takie jak kardiolipina, w celu ustabilizowania fałdowania Mff i asocjacji z błoną11. Kardiolipina oddziałuje również ze zmienną domeną Drp12,12, która może stabilizować ten nieuporządkowany obszar i ułatwiać montaż maszynerii rozszczepienia.
Ta solidna metoda jest szeroko stosowana w przyszłych badaniach, które mają na celu ocenę interakcji błonowo-proksymalnych białek. Dzięki zastosowaniu dodatkowych interakcji wiązania/powinowactwa, wyrafinowanie tych badań nad rekonstytucją błony może zostać ulepszone, aby naśladować dodatkową złożoność występującą na powierzchni błon w komórkach. Jednocześnie składy lipidowe mogą być modyfikowane, aby dokładniej naśladować natywne środowiska tych kompleksów makromolekularnych. Podsumowując, metoda ta umożliwia zbadanie względnego udziału białek i lipidów w kształtowaniu morfologii błon podczas krytycznych procesów komórkowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie liposomów rusztowania
UWAGA: Idealnie, początkowe eksperymenty powinny używać stosunkowo prostego i pozbawionego cech charakterystycznych rusztowania (składającego się z DOPC (1,2-dioleoilo-sn-glycero-3-fosfocholiny lub PC) i DGS-NTA(Ni2+) (1,2-dioleoilo-sn-glycero-3-[(N-(5-amino-1-karboksypentylo)kwasu iminodiacenowego)sukcynylu](soli niklu)). Opierając się na tych eksperymentach, ładunek lipidowy, elastyczność i krzywizna mogą zostać wprowadzone jako indywidualne czynniki, które mogą zmieniać interakcje błona-proksymalne. Zmiany te można osiągnąć poprzez dodanie określonych ilości określonych składników lipidowych, w tym fosfatydyloseryny lub kardiolipiny (CL), fosfatydyloetanoloaminy (DOPE lub PE) lub ceramidu galaktozylo(β).
2. Wykorzystanie liposomów rusztowania do analizy wiązania białek
3. Wykorzystanie liposomów rusztowania do testów enzymatycznych
Uwaga: Kolorymetryczny test GTPazy18 został użyty do pomiaru uwalniania fosforanów poprzez hydrolizę GTP. Dostępne są alternatywne testy GTPazy19 i mogą być wdrażane w zależności od potrzeb.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Choć wykazano, że oddziaływanie między Drp1 a Mff jest istotne dla podziału mitochondriów, odtworzenie tej interakcji in vitro okazało się trudne. Naszym celem było lepsze odwzorowanie środowiska komórkowego, w którym Drp1 i Mff wchodzą w interakcję. W tym celu przygotowano liposomy zawierające ograniczoną koncentrację grup głowowych NTA(Ni2+) poprzez rehydratację filmu lipidowego zgodnie z powyższym opisem. Roztwór lipidów początkowo składa się z pęcherzyków jednowars...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten oferuje metodę badania interakcji białko-białko z udziałem integralnych białek błonowych. Wykorzystując modułowe rusztowanie liposomowe, badacze są w stanie ocenić aktywność jednego lub więcej białek w środowisku proksymalnym lipidów. Wcześniejsze badania wykazały podobną metodę dla enzymów receptorowych błony komórkowej24-26. Rozszerzyliśmy tę metodę, aby włączyć kofaktory lipidowe i zbadać interakcje między białkami tworzącymi mechanoenzymatyczny rdzeń maszynerii rozszczepi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy pragną podziękować za dofinansowanie otrzymane od American Heart Association (SDG12SDG9130039).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Fosfatydylocholina (DOPC) | Avanti Polar Lipids | 850375 | |
| Fosfatydyloetanoloamina (DOPE) | Avanti Polar Lipids | 850725 | |
| DGS-NTA(Ni2+) | Avanti Polar Lipids | 790404 | |
| Kardiolipina serca bydlęcego (CL) | Avanti Polar Lipids | 840012 | |
| Chloroform | Acros Organics | ||
| Wytłaczarka do liposomów | Avanti Polar Lipids | 610023 | |
| Cu / Rh Ujemne siatki barwiące | Ted Pella | 79712 | |
| Rurka do mikrofug | Beckman | 357448 | |
| GTP | Jena Biosciences | NU-1012 | |
| GMP-PCP | Sigma Aldrich | M3509 | |
| Paski płytki do mikromiareczkowania | Thermo Scientific | 469949 | |
| EDTA | Acros Organics | 40993-0010 | |
| Instant Blue Coomassie | Dye Expedeon | ISB1L | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310 | |
| BME | Sigma Aldrich | M6250 | |
| KCl | Fisher Scientific | P330 | |
| KOH Fisher Scientific | P250 | ||
| Chlorek magnezu | Acros Organics | 223211000 | |
| 4 - 20% SDS-PAGE Gel | Bio Rad | 456-1096 | |
| 4x Laemmli Loading Dye | Bio Rad | 161-0747 | |
| HCL | Fisher Scientific | A144S | |
| Malachit Green Carbinol | Sigma Aldrich | 229105 | |
| Molibdenian amonu Tetrahydrat | Sigma Aldrich | A7302 | |
| Folia laboratoryjna | Parafilm | PM-996 | |
| Octan uranylu | Polysciences | 21447 | |
| Tecnai T12 100 keV Mikroskop | FEI | ||
| Optima MAX | Beckman | ||
| TLA-55 Rotor | Beckman | ||
| z chłodzeniem CentriVap Koncentrator | Labconico | ||
| Mastercycler Pro Termocykler | Eppendorf | ||
| VersaMax Czytnik mikropłytek | molekularne |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.