Normalna funkcja komórkowa zależy od interakcji białko-białko1,2. W rezultacie, choroby ludzkie są często naznaczone zaburzeniami w składaniu i zachowaniu różnych kompleksów białkowych3. Zdolność do scharakteryzowania takich interakcji ma zatem kluczowe znaczenie. Obecne sposoby wykrywania tych interakcji wymagają oczyszczenia z białek docelowych, a następnie często ściągania ich oddziałujących partnerów. Konwencjonalne oczyszczanie odbywa się poprzez różnicowe wirowanie, wytrącanie i/lub chromatografię4. Metody te są czasochłonne, muszą być modyfikowane dla każdego białka docelowego i często skutkują niskimi plonami. Nowoczesne metody oczyszczania polegają na fuzji znaczników peptydowych z białkami docelowymi, a następnie immunoprecypitacji lub ekstrakcji na kolumnach załadowanych kulkami związanymi z cząsteczką wychwytującą5,6. Chociaż jest to rozszerzalne na wiele białek, wymaga modyfikacji sekwencji celu, co potencjalnie prowadzi do powstania konstruktów, które różnią się powinowactwem do swoich zwykłych partnerów wiążących. Delikatna natura niektórych interakcji białko-białko oznacza, że metoda ta może nie mieć zastosowania w wielu scenariuszach. Ponadto testy typu pull-down stosowane do mapowania interakcji białko-białko mogą nie uchwycić dokładnego obrazu komórkowego ze względu na ograniczone stopnie swobody i nienatywne poziomy białka przynęty.
Idealnie, kompleksy białkowe mogłyby być wykrywane w ich rodzimych stanach, bez potrzeby oczyszczania czy ściągania. Niebieska natywna elektroforeza w żelu poliakrylamidowym (BN-PAGE) została opracowana jako mniej denaturująca alternatywa dla elektroforezy w żelu poliakrylamidowym z dodecylosiarczanem sodu (SDS-PAGE) i pozwala na oddzielenie niektórych białek i kompleksów od próbek biologicznych7. Jednak białka w BN-PAGE rozdzielają się na podstawie dużej liczby zmiennych, w tym rozmiaru, ładunku, trójwymiarowej struktury i asocjacji z innymi cząsteczkami. Interakcje tych czynników często skutkują koseparacją białek, tworzeniem agregatów i słabą rozdzielczością pasm białkowych. Dwuwymiarowa elektroforeza w natywnym żelu poliakrylamidowym rozwiązuje niektóre, ale nie wszystkie, z tych problemów8.
Aby obejść komplikacje związane z natywną separacją, niektórzy autorzy używają odczynników sieciujących aminy, takich jak dithiobis(propionian sukcynimidylu) (DSP), do wychwytywania kompleksów białkowych w lizatach tkankowych4. Te poddane działaniu substancji lizaty mogą być następnie denaturowane i rozdzielane za pomocą SDS-PAGE, przy jednoczesnym zachowaniu natywnej wielkości i składu kompleksów białkowych. Ponieważ jednak odczynniki sieciujące reagują w zależności od bliskości jednej cząsteczki do drugiej, a białka w lizatach tkankowych mają wiele stopni swobody i mogą oddziaływać stochastycznie, sieciowanie w tle niespecyficznym może być wysokie, szczególnie w skoncentrowanych próbkach. Może to prowadzić do trudnych do interpretacji wyników.
Tutaj demonstrujemy użycie hybrydowej metody BN-PAGE/SDS-PAGE, określanej jako elektroforeza w żelu multimerowo-poliakrylamidowym (multimer-PAGE), do rozdzielania i wykrywania zespołów białkowych w złożonych mieszaninach. Początkowo lizat komórkowy jest zawieszony w żelu poliakrylamidowym za pośrednictwem BN-PAGE. Żel zawierający lizat jest następnie poddawany reakcji z odczynnikiem sieciującym DSP. Pseudo-unieruchomione i lekko oddzielone na żelu białka są znacznie mniej podatne na niespecyficzne reakcje, co oznacza, że reaktywność sieciowania tła jest zmniejszona. Po usieciowaniu opaski żelowe są wycinane i oddzielane za pomocą SDS-PAGE. Otrzymany żel może być następnie analizowany za pomocą dowolnych środków zwykle związanych z elektroforezą w żelu poliakrylamidowym. Metoda ta pozwala na separację i detekcję natywnych kompleksów białkowych w niemodyfikowanym lizacie tkankowym, bez konieczności dodatkowego oczyszczania lub ściągania.