Montaż kompleksów białkowych jest kluczowym procesem w utrzymaniu specyficzności czasowo-przestrzennej wielu szlaków sygnalizacyjnych1,2. Choć krytyczne znaczenie tej roli regulacyjnej jest powszechnie uznawane, brakuje dostępnych technik eksperymentalnych pozwalających na szczegółowe badanie tych kompleksów. Większość badań interaktomiki koncentruje się na oddziaływaniach z pojedynczymi białkami lub sekwencyjnym wzbogacaniu poszczególnych komponentów kompleksu. Przedstawiamy tutaj technikę izolacji specyficznego dimeru białkowego z jednoczesnym wykluczeniem pojedynczych cząsteczek białek składowych, jak i kompleksów tworzonych z konkurencyjnych partnerów wiążących3. Technikę tę nazwaliśmy bimolekularną komplementacją z oczyszczaniem powinowactwa (BiCAP), ponieważ stanowi ona połączenie istniejącego wcześniej testu komplementacji fragmentów białek, bimolekularnej komplementacji fluorescencyjnej (BiFC), z nowatorskim zastosowaniem konformacyjnie specyficznego rekombinowanego nanoprzeciwciała przeciwko GFP i jego pochodnym (patrz Tabela materiałów).
Typowy test komplementacji fragmentów białek opiera się na ekspresji białek „przynęty” (bait) i „ofiary” (prey) połączonych z rozdzielonymi fragmentami białek reporterowych, takich jak lucyferaza4, β-galaktozydaza5 lub zielone białko fluorescencyjne (GFP)6 (Rysunek 1A). Poprzez oddziaływanie białek przynęty i ofiary rozdzielone domeny reporterowe są skłaniane do ponownego sfałdowania w funkcjonalną strukturę, co pozwala na wizualizację lub ilościowe określenie interakcji między białkami przynętą a ofiarą. Metoda BiCAP została zaadaptowana z wersji tej techniki, która wykorzystywała fragmenty wariantu GFP o nazwie Venus. Testy komplementacji białek fluorescencyjnych są popularną metodą wizualizacji oddziaływań białko-białko w żywych komórkach, jednak do tej pory były one ograniczone do tej jednej funkcji7. BiCAP stanowi w tym zakresie znaczący postęp, ponieważ technika ta pozwala nie tylko na wizualizację, ale także na izolację i analizę powstałego oddziaływania białko-białko.

Rycina 1: Zasada strukturalna techniki BiCAP. (A) Schemat przedstawiający zasadę dwucząsteczkowej komplementacji fluorescencji, ukazujący białka „przynęty” (bait) i „ofiary” (prey) oznakowane odpowiednio N-końcowym fragmentem V1 lub C-końcowym fragmentem V2 pełnej białka Venus. (B) Analiza strukturalna interfejsu oddziaływania (cyjan) pomiędzy nanoprzeciwciałem GFP (zielony) a rekombinowaną białkiem Venus, przedstawiająca położenie fragmentów V1 (szary) i V2 (pomarańczowy) (numer akcesyjny PDB 3OGO). Figura przedrukowana z publikacji Croucher et al.3 Powielono za zgodą AAAS. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.
Technika BiCAP wykorzystuje dwa niefluorescencyjne fragmenty białka Venus (nazwane V1 i V2), które wiążą się z niskim powinowactwem, chyba że między ich partnerami fuzji dojdzie do interakcji. W takim przypadku dwie rozdzielone domeny przebudowują się w funkcjonalną strukturę beczki β fluoroforu (Rysunek 1B)6. Kluczową innowacją BiCAP jest wprowadzenie rekombinowanego nanoprzeciwciała GFP, które rozpoznaje trójwymiarowy epitop na beczce β GFP (i wariantach takich jak Venus), obecny wyłącznie na prawidłowo zrecombinowanym i sfałdowanym fluoroforze (Rysunek 1B)8. Co istotne, nanoprzeciwciało GFP nie wiąże się z żadnym z pojedynczych fragmentów białka Venus. Ułatwia to izolację dimerów białkowych dopiero po tym, jak dwa białka utworzą kompleks samoistnie, co prowadzi do uzyskania bardziej reprezentatywnych wyników niż w przypadku metod wykorzystujących wymuszone interakcje indukowane chemicznie9.
BiCAP to potężna technika skupiająca się specjalnie na kompleksach wielobiałkowych, którą można potencjalnie połączyć z szeregiem zastosowań w dalszych etapach analizy, aby zwiększyć szczegółowość naszego rozumienia roli, jaką kompleksy te odgrywają w transdukcji sygnału. Obejmuje ona również istotną cechę umożliwiającą wizualizację oddziaływań białkowych in situ. Do tej pory wykazano, że BiCAP jest skuteczną metodą analizy interaktomu dimerów receptorowych kinaz tyrozynowych (RTK)3, jednak adaptacyjność tej metody sprawia, że może ona zostać zastosowana w niemal każdym kontekście oddziaływań białkowych.