$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
PPI są podstawą różnych procesów komórkowych. Tradycyjne metody identyfikacji IPP obejmują badania przesiewowe drożdży z dwoma hybrydami (Y2H) i immunoprecypitację sprzężoną ze spektrometrią mas (IP-MS)1. Jednak oba mają pewne wady. Na przykład badanie przesiewowe Y2H wymaga dostępności biblioteki Y2H docelowych gatunków roślin lub zwierząt. Budowa tych bibliotek jest pracochłonna i kosztowna. Ponadto podejście Y2H przeprowadza się na heterologicznych jednokomórkowych drożdżach organizmów eukariotycznych, które mogą nie reprezentować statusu komórkowego wyższych komórek eukariotycznych.
Dla kontrastu, IP-MS wykazuje niską skuteczność w wychwytywaniu przejściowych lub słabych IPP, a także nie nadaje się do białek o niskiej obfitości lub wysokiej hydrofobowości. Wiele ważnych białek biorących udział w roślinnych szlakach sygnałowych, takich jak kinazy receptoropodobne (RLK) lub rodzina receptorów immunologicznych NLR, ulega ekspresji na niskich poziomach i często przejściowo oddziałuje z innymi białkami. W związku z tym znacznie ogranicza to zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw regulacji tych białek.
Ostatnio, metody etykietowania zbliżeniowego (PL) oparte na zmodyfikowanej peroksydazie askorbinianowej (APEX) i zmutowanej ligazie biotyny Escherichia coli BirAR118G (znanej jako BioID) zostały opracowane i wykorzystane do badania IPP2,3,4. Zasada działania PL polega na tym, że białko docelowe będące przedmiotem zainteresowania jest łączone z enzymem, który katalizuje tworzenie labilnego biotynyl-AMP (bio-AMP). Te wolne bio-AMP są uwalniane przez enzymy PL i dyfundują w okolice białka docelowego, umożliwiając biotynylację białek proksymalnych na pierwszorzędowych aminach w szacowanym promieniu 10 nm5.
To podejście ma znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami Y2H i IP-MS, takie jak możliwość wychwytywania przejściowych lub słabych PPI. Ponadto PL umożliwia znakowanie białek proksymalnych białka docelowego w ich natywnym środowisku komórkowym. Różne enzymy PL mają unikalne wady przy stosowaniu ich do różnych układów. Na przykład, chociaż APEX oferuje wyższą kinetykę znakowania w porównaniu z BioID i jest z powodzeniem stosowany w systemach ssaków, wymóg toksycznego nadtlenku wodoru (H2O2) w tym podejściu sprawia, że nie nadaje się on do badań PL na roślinach.
W przeciwieństwie do tego, PL oparte na BioID unika użycia toksycznego H2O2, ale tempo znakowania jest powolne (wymaga 18-24 godzin do zakończenia biotynylacji), co sprawia, że wychwytywanie przejściowych IPP jest mniej efektywne. Co więcej, wyższa temperatura inkubacji (37 °C) wymagana do skutecznego PL przez BioID wprowadza stres zewnętrzny do niektórych organizmów, takich jak rośliny4. W związku z tym zgłoszono ograniczone zastosowanie PL opartego na BioID w roślinach (tj. protoplastach ryżowych, Arabidopsis i N. benthamiana)6,7,8,9. Niedawno opisany enzym TurboID przezwycięża braki PL opartego na APEX i BioID. TurboID wykazał wysoką aktywność, która umożliwia osiągnięcie PL w ciągu 10 minut przy RT10. PL oparty na TurboID został z powodzeniem zastosowany w komórkach ssaków, much i robaków10. Ostatnio wraz z innymi grupami badawczymi niezależnie zoptymalizowaliśmy i rozszerzyliśmy zastosowanie PL opartego na TurboID do badania IPP w różnych systemach roślinnych, w tym w roślinach N. benthamiana i Arabidopsis oraz owłosionych korzeniach pomidorów11,12,13,14. Analizy porównawcze wykazały, że TurboID działa lepiej w przypadku PL w roślinach w porównaniu do BioID11,14. Wykazano również odporność PL na bazie TurboID w roślinach, identyfikując szereg nowych interakcji z receptorem immunologicznym NLR11, białkiem, którego partnerzy w interakcji są zwykle trudni do uzyskania przy użyciu tradycyjnych metod.
Ten protokół ilustruje PL oparty na TurboID w planta, opisując identyfikację białek interakcji N-końcowej domeny TIR receptora immunologicznego NLR w roślinach N. benthamiana. Metodę można rozszerzyć na dowolne białka będące przedmiotem zainteresowania N. benthamiana. Co ważniejsze, stanowi ważne odniesienie do badania IPP w innych gatunkach roślin, takich jak Arabidopsis, pomidor i inne.