$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badania genetyczne, a ostatnio także podejścia genomiczne zrewolucjonizowały badania nad funkcjami biologicznymi. Jednak ważne informacje komórkowe są kodowane w białkach i ich zespole oddziałujących partnerów. Podczas gdy tradycyjne badania przesiewowe modyfikatorów genetycznych mogą identyfikować składniki szlaku ograniczające szybkość i odzyskiwać interakcje pośrednie, siła podejść proteomicznych polega na ich zdolności do identyfikacji kompletnych sieci natychmiastowych interakcji białek będących przedmiotem zainteresowania. Proteomika jest zatem cenną ortogonalną metodą badania systemów biologicznych i uzupełnia genomikę, transkryptomikę i tradycyjne genetyczne badania przesiewowe. Spektrometria mas z oczyszczaniem powinowactwa (AP-MS) okazała się skutecznym podejściem do badania interakcji białko-białko (PPI) w ich naturalnym środowisku w komórkach i tkankach1,2. Metoda ta pozwala na identyfikację bezpośrednich lub pośrednich interakcji na określonych etapach rozwoju lub w kontekstach tkankowych i została z powodzeniem wykorzystana do identyfikacji wielu nowych IPP w różnych ścieżkach rozwojowych (recenzja w reference1). Pomimo niekwestionowanego sukcesu badań IPP, większość z nich przeprowadzono w hodowanych komórkach, w których interesujące nas białka "przynęty" wykazywały nadekspresję. Istnieją dwa problemy związane z badaniem IPP w hodowli komórkowej: po pierwsze, określona linia komórkowa może nie zapewniać pełnego zestawu interakcji z powodu braku ekspresji niektórych białek. Po drugie, wysoka nadekspresja zwykle stosowana w takich analizach może prowadzić do artefaktów, takich jak nieprawidłowe fałdowanie białek lub identyfikacja interakcji fałszywie dodatnich.
Oba te ograniczenia można przezwyciężyć poprzez analizę IPP in vivo. Ograniczeniem w takich eksperymentach jest dostępność materiału wyjściowego do oczyszczania kompleksów białkowych. Drosophila melanogaster od dawna jest wykorzystywana jako model do analizy funkcjonalnej, a ostatnio wykazano również, że jest doskonałym systemem do badania IPP in vivo. Embriogeneza Drosophila stanowi szczególnie atrakcyjny typ tkanki do badania IPP, ponieważ zarodki mogą być łatwo pobierane w dużych ilościach, a także dlatego, że większość genów (>88%) ulega ekspresji w trakcie embriogenezy, zapewniając w ten sposób bogate środowisko in vivo do wykrywania odpowiednich IPP3.
Tradycyjnie, badania biochemiczne na muszkach wykorzystywały bardzo duże zbiory zarodków (100-150 g), takie jak te niezbędne do oczyszczania funkcjonalnych lizatów transkrypcyjnych4,5. Poprzednie badania AP-MS na Drosophila również wymagały dużych ilości zarodków (5-10 g), ponieważ opierały się na dwuetapowym podejściu do oczyszczania, takim jak tandemowe oczyszczanie powinowactwa (TAP), z towarzyszącą utratą materiału na każdym etapie6. Duże ilości materiału wyjściowego wymagały założenia kolekcji zarodków w klatkach dla dużych populacji, co może być zarówno kosztowne (przy zakupie komercyjnym), jak i czasochłonne w utrzymaniu i czyszczeniu7,8,9.
Ostatnie postępy w rozwoju jednoetapowych metod oczyszczania powinowactwa, jak również rosnąca czułość spektrometrów masowych, zredukowały niezbędną ilość materiału wyjściowego o rząd wielkości. Korzystając z tagów, takich jak peptyd wiążący streptawidynę (SBP) lub białko zielonej fluorescencji (GFP) i zaczynając od mniej niż 1 g zarodków, możliwe jest wyizolowanie ilości białka przynęty i oddziałujących składników, które byłyby wystarczające do identyfikacji za pomocą spektrometrii mas10,11.
Celem przedstawionego tutaj protokołu jest pomoc naukowcom w pokonaniu postrzeganej bariery dla biochemicznej analizy IPP in vivo. W tym celu zapewniamy prostą i niedrogą procedurę pobierania zarodków Drosophila w średniej skali (0,5-1 g), a następnie jednoetapowe przygotowanie ekstraktów białkowych z całych komórek, które nadają się do późniejszej analizy za pomocą AP-MS lub innych metod. Nasza metoda opiera się na wykorzystaniu niestandardowych klatek populacyjnych o pojemności 1 l lub 5 l, które mogą być łatwo wyprodukowane przez każde laboratorium. Co więcej, przedstawione tutaj warunki ekstrakcji zostały zweryfikowane w kilku badaniach, zarówno w hodowanych komórkach, jak i in vivo10,12,13,14,15,16,17.