Tutaj opisujemy protokół dla ogólnej metody pościgu za impulsami, która pozwala na analizę kinetyczną fałdowania, transportu i degradacji białek w żywych komórkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy protokół dla ogólnej metody pościgu za impulsami, która pozwala na analizę kinetyczną fałdowania, transportu i degradacji białek w żywych komórkach.
Radioaktywne znakowanie impulsami jest potężnym narzędziem do badania dojrzewania konformacyjnego, transportu do ich funkcjonalnej lokalizacji komórkowej oraz degradacji docelowych białek w żywych komórkach. Dzięki zastosowaniu krótkich (impulsowych) czasów znakowania radioaktywnego (<30 min) i ściśle kontrolowanych czasów pościgu, możliwe jest znakowanie tylko niewielkiej części całkowitej puli białka i śledzenie jej fałdowania. W połączeniu z elektroforezą w żelu poliakrylamidowym SDS (SDS-PAGE) i immunoprecypitacją przeciwciałami (specyficznymi dla konformacji), procesy fałdowania można badać bardzo szczegółowo. System ten został wykorzystany do analizy fałdowania białek o ogromnej zmienności właściwości, takich jak białka rozpuszczalne, jedno- i wieloprzebiegowe białka transbłonowe, silnie N- i O-glikozylowane białka oraz białka z rozległymi wiązaniami dwusiarczkowymi i bez nich. Metody pościgu impulsowego są podstawą badań kinetycznych nad szeregiem dodatkowych cech, w tym modyfikacjami ko- i potranslacyjnymi, oligomeryzacją i polimeryzacją, zasadniczo umożliwiając analizę białka od narodzin do śmierci. Badania pulsacyjne nad fałdowaniem białek są komplementarne z innymi biochemicznymi i biofizycznymi metodami badania białek in vitro, zapewniając zwiększoną rozdzielczość czasową i informacje fizjologiczne. Metody opisane w tym artykule można łatwo dostosować do badania fałdowania prawie każdego białka, które może ulegać ekspresji w systemach komórkowych ssaków lub owadów.
Składanie nawet stosunkowo prostych białek obejmuje wiele różnych enzymów fałdujących, molekularnych białek opiekuńczych i modyfikacji kowalencyjnych1. Całkowite odtworzenie tych procesów in vitro jest praktycznie niemożliwe, biorąc pod uwagę ogromną liczbę różnych składników. Dlatego bardzo pożądane jest badanie fałdowania białek in vivo, w żywych komórkach. Techniki pogoni za impulsami radioaktywnymi okazują się potężnym narzędziem do badania syntezy, fałdowania, transportu i degradacji białek w ich naturalnym środowisku.
Metaboliczne znakowanie białek podczas krótkiego impulsu za pomocą 35znakowanej S metioniny/cysteiny, a następnie pościg w przypadku braku radioaktywnego znacznika, pozwala na specyficzne śledzenie populacji nowo zsyntetyzowanych białek w szerszym środowisku komórkowym. Następnie białka docelowe można wyizolować za pomocą immunoprecypitacji i przeanalizować za pomocą SDS-PAGE lub innych technik. W przypadku wielu białek ich wędrówka przez komórkę jest zaznaczona modyfikacjami, które są widoczne na żelu SDS-PAGE. Na przykład transportowi glikozylowanych białek z retikulum endoplazmatycznego (ER) do kompleksu Golgiego często towarzyszą modyfikacje glikanów sprzężonych z N lub dodanie glikanów sprzężonych z O2,3. Modyfikacje te powodują duży wzrost pozornej masy cząsteczkowej, co można zaobserwować poprzez zmiany ruchliwości w SDS-PAGE. Dojrzewanie może być również zaznaczone przez rozszczepienia proteolityczne, takie jak rozszczepienie peptydu sygnałowego lub usunięcie pro-peptydów, co skutkuje zmianami w pozornej masie cząsteczkowej, które można łatwo śledzić na SDS-PAGE gel4. Radioaktywność ma znaczną przewagę nad porównywalnymi technikami, takimi jak pościgi cykloheksymidowe, w których zapobiega się syntezie nowych białek, ponieważ dłuższe leczenie jest toksyczne dla komórek i nie wyklucza z analizy większości starszych białek w stanie stacjonarnym, ponieważ niektóre białka mają okres półtrwania wynoszący kilka dni. Porównanie białek zarówno w warunkach nieredukujących, jak i redukujących pozwala na analizę tworzenia wiązań dwusiarczkowych, ważnego kroku w fałdowaniu wielu białek wydzielniczych4,5,6,7.
Tutaj opisujemy ogólną metodę analizy fałdowania i transportu białek w nienaruszonych komórkach, stosując podejście radioaktywnego impulsu pościgowego. Chociaż naszym celem było zapewnienie metody tak szczegółowej, jak to tylko możliwe, protokół ma prawie nieograniczony potencjał adaptacyjny i pozwoli na optymalizację w celu zbadania specyficznych białek każdego czytelnika.
Dostępne są dwa alternatywne protokoły pościgu impulsowego, jeden dla komórek przylegających (krok 1.1 protokołu przedstawionego tutaj) i jeden dla komórek zawiesinowych (krok 1.2 protokołu przedstawionego tutaj). Podane tutaj warunki są wystarczające do wizualizacji białka wyrażającego się o średnich lub wysokich poziomach ekspresji. Jeśli czytelnik pracuje ze słabo eksprymowanymi białkami lub różnymi stanami po leczeniu, takimi jak wielokrotne immunoprecypitacje, konieczne jest odpowiednie zwiększenie rozmiaru naczynia lub liczby komórek.
Dla pościgu za impulsem zawieszenia, próbki chase pobrane w każdym punkcie czasowym są pobierane z pojedynczej probówki komórek. Etapy mycia po impulsie są pomijane; zamiast tego dalszemu włączaniu 35S zapobiega się przez rozcieńczanie z dużym nadmiarem nieznakowanej metioniny i cysteiny.
Przedstawione protokoły wykorzystują radioaktywną cysteinę i metioninę znakowaną 35S do śledzenia procesów zwijania białek komórkowych. Wszystkie operacje z odczynnikami promieniotwórczymi powinny być wykonywane przy użyciu odpowiednich środków ochronnych w celu zminimalizowania narażenia operatora i środowiska na promieniowanie promieniotwórcze i powinny być wykonywane w wyznaczonym laboratorium. Ponieważ technika znakowania impulsowego jest stosunkowo mało efektywna przy krótkich czasach impulsów (<15 min), mniej niż 1% początkowej ilości radioaktywności jest włączane do nowo zsyntetyzowanych białek. Po wzbogaceniu białka docelowego poprzez immunoprecypitację, próbka dla SDS-PAGE zawiera mniej niż 0,05% wyjściowej ilości radioaktywności.
Chociaż mieszanina znakowania metioniny i cysteiny 35S jest ustabilizowana, nastąpi pewien rozkład, w wyniku którego powstaną lotne związki radioaktywne. W celu ochrony badacza i aparatury należy podjąć pewne środki ostrożności. Badacz powinien zawsze przestrzegać lokalnych zasad bezpieczeństwa radiacyjnego i może nosić maskę pielęgniarską z węgla drzewnego, oprócz fartucha laboratoryjnego i (podwójnych) rękawiczek. Fiolki z metioniną 35S i cysteiną należy zawsze otwierać w dygestoriach lub pod miejscowym punktem aspiracji. Znanymi miejscami skażenia laboratoryjnego są wirówki, pipety, łaźnie wodne, inkubatory i wytrząsarki. Zanieczyszczenie tych obszarów jest redukowane poprzez stosowanie końcówek pipet z filtrem węglowym, probówek mikrowirówek z wymuszonym uszczelnieniem (patrz tabela materiałów), gąbek węglowych akwariowych w kąpielach wodnych, bibuły filtracyjnej z węgla drzewnego wklejonej w naczyniach impulsowych, osłony na węgiel drzewny w systemie aspiracji oraz umieszczania naczyń zawierających ziarna węgla drzewnego w inkubatorach i pojemnikach magazynowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie radioaktywne odczynniki i procedury były traktowane zgodnie z lokalnymi zasadami i przepisami dotyczącymi promieniowania Uniwersytetu w Utrechcie.
1. Pościg za pulsem
2. Immunoprecypitacja
3. STRONA SDS
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Fałdowanie i sekrecja gp120 HIV-1 w układzie adhezyjnym metodą pulse-chase przedstawiono na Rysunku 2. Żel nieredukujący (Cells NR na rysunku) obrazuje oksydacyjne fałdowanie gp120. Bezpośrednio po 5-minutowym znakowaniu impulsowym (0 min chase) gp120 występuje jako rozmyty prążek położony wyżej w żelu, a w miarę postępu okresu pogoni prążek ten przemieszcza się w dół żelu poprzez jeszcze bardziej rozmyte formy pośrednie fałdowania (IT), aż do momentu jego ku...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Metody pościgu impulsowego były niezbędne do pogłębienia wiedzy naukowców na temat fałdowania białek w nienaruszonych komórkach. Chociaż staraliśmy się zapewnić metodę, która jest tak ogólna, jak to tylko możliwe, podejście to ma potencjał dla prawie nieograniczonych wariacji do badania różnych procesów zachodzących podczas fałdowania, transportu i życia białek wewnątrz komórki.
Podczas wykonywania pościgu impulsowego przy użyciu przylegających komórek w naczyniach, ważne jest, aby traktować k...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy dziękują wszystkim członkom laboratorium Braakmana, byłym i obecnym, za owocne dyskusje i pomoc w rozwijaniu metod przedstawionych w tym artykule. Projekt ten otrzymał dofinansowanie zarówno od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych w ramach Siódmego Programu Ramowego Unii Europejskiej (7PR/2007-2013) nr 235649, jak i od Holenderskiej Organizacji Badań Naukowych (NWO) w ramach programu ECHO nr 711.012.008.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki do mikrowirówek 1,5 ml safeseal | Sarstedt | 72.706.400 | |
| Kwas octowy | Sigma | A6283 | lodowaty kwas octowy |
| BAS Przechowywanie ekranu fosforowego 20x25 cm | GE Life Sciences | 28956475 | |
| Bromofenol Blue | Sigma | B8026 | Klasa biologii molekularnej |
| Carestream Biomax MR | films Kodak | Z350370-50EA | |
| Pożywki do hodowli komórkowych | Różne | Nie dotyczy | Normalne podłoża do hodowli komórkowych dla określonych linii komórkowych Podłoża |
| hodowli komórkowych, bez metioniny/cysteiny | Różne | Nie dotyczy | Taki sam skład pożywki, jak w przypadku normalnych pożywek hodowlanych, np. DMEM/MEM/RPMI, bez metioniny i cysteiny |
| Bibuła filtracyjna z węglem drzewnym | Whatman | 1872047 | |
| Końcówki do pipet z filtrem węglowym | Molekularne bioprodukty | 5069B | |
| Osłona próżniowa z węglem drzewnym | Whatman | 67221001 | |
| Coomassie Brilliant Blue R250 | Sigma | 112,553 | do elektroforezy |
| Cysteina | Sigma | C7352 | Klasa biologii molekularnej, Zrób 500 mM zapasu, przechowuj w temperaturze -20 |
| Ditiothreitol (DTT) | Sigma | 10197777001 | Klasa biologii molekularnej |
| EasyTag Express35S Mieszanka do etykietowania białek | Perkin Elmer | NEG772014MC | Inne partie etykiet są dostępne w zależności od użytkowania: |
| EDTA | Sigma | E1644 | Klasa biologii molekularnej |
| Sprzęt do suszenia żelu | Różne | N/A | |
| Glycerol | Sigma | G5516 | |
| Bibuła chromatograficzna klasy 3 | GE Life Sciences | 3003-917 | |
| Zrównoważony roztwór soli Hanka (HBSS) | Chusteczki Gibco | 24020117 | |
| Kimwipes delikatne chusteczki do zadań | VWR | 21905-026 | |
| MES | Sigma | M3671 | Klasa biologii molekularnej |
| Metanol | Sigma | MX0490 | |
| Metionina | Sigma | M5308 | Klasa biologii molekularnej, Zrób 250 mM zapasów, przechowuj w -20 |
| Sprzęt do odlewania/biegania miniżeli | Różne | N/A | |
| NaCl | Sigma | S7653 | Klasa biologii molekularnej |
| N-etylomaleimid | Sigma | E3876 | Klasa biologii molekularnej, Zrób 1M zapasów w 100% etanolu, przechowuj w -20 |
| PBS | Sigma | P5368 | Klasa biologii molekularnej |
| Białko-A Sefaroza kulki szybkiego przepływu | GE opieka zdrowotna | 17-5280-04 | |
| Dodecylosiarczan sodu (SDS) | Sigma | L3771 | Klasa biologii molekularnej |
| Triton X-100 | Sigma | T8787 | Klasa biologii molekularnej |
| Zasada Trizma (Tris) | Sigma | T6066 | Klasa biologii molekularnej |
| Tajfun IP Obrazowanie biomolekularne | Amersham | 29187194 | |
| Stojak na probówki bez drutu 20 mm do kąpieli wodnej | Nalgene | 5970-0320PK |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.