$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Białka szoku cieplnego odgrywają ważną rolę jako molekularne białka opiekuńcze, ułatwiając fałdowanie białek, zapobiegając agregacji białek i odwracając błędne fałdowanie białek1,2. Białko szoku cieplnego 70 (Hsp70) jest jednym z najbardziej znanych molekularnych białek opiekuńczych, odgrywającym kluczową rolę w homeostazie białek3,4. DnaK jest homologiem E. coli Hsp70 class<="xref">5.
Różne testy biofizyczne, biochemiczne i oparte na komórkach zostały opracowane w celu zbadania aktywności opiekuńczej Hsp70 i wykrycia inhibitorów skierowanych do tego białka opiekuńczego6,7,8. Hsp70 jest wysoce konserwatywnym białkiem. Z tego powodu doniesiono, że kilka Hsp70 organizmów eukariotycznych, takich jak Plasmodium falciparum (główny czynnik wywołujący malarię), zastępuje funkcję DnaK w E. coli6,9. W ten sposób opracowano test komplementacji oparty na E. coli, obejmujący heterologiczną ekspresję Hsp70 w E. coli, aby zbadać ich funkcję cytoprotekcyjną. Zazwyczaj test ten obejmuje wykorzystanie komórek E. coli, które mają niedobór DnaK lub wyrażają natywny DnaK, który jest funkcjonalnie upośledzony. Chociaż DnaK nie jest niezbędny do wzrostu E. coli w normalnych warunkach, staje się niezbędny, gdy komórki są hodowane w stresujących warunkach, takich jak podwyższone temperatury lub inne formy stresu10,11.
Szczepy E. coli, które zostały opracowane do badania funkcji Hsp70 za pomocą testu komplementacji, obejmują E. coli dnaK103 (BB2393 [C600 dnaK103(Am) thr::Tn10]) i E. coli dnaK756. Komórki E. coli dnaK103 wytwarzają obcięty DnaK, który nie działa, i jako takie, komórki rosną odpowiednio w temperaturze 30 °C, podczas gdy szczep jest wrażliwy na stres zimna i cieplny12,13. Podobnie, szczep E. coli dnaK756/BB2362 (dnaK756 recA::TcR Pdm1,1) nie rośnie powyżej 40 °C14,15. Szczep E. coli dnaK756 wykazuje ekspresję zmutowanego natywnego DnaK (DnaK756) charakteryzującego się trzema podstawieniami glicyny do asparaginianu w pozycjach 32, 455 i 468, co prowadzi do upośledzonych wyników proteostatycznych. W związku z tym szczep ten jest odporny na bakteriofagi λ DNA14. Dodatkowo E. coli dnaK756 wykazuje podwyższoną aktywność ATPazy, a jego powinowactwo do czynnika wymiany nukleotydów, GrpE, jest zmniejszone16. Bakteria E. coli Zmutowane szczepy DnaK służą jako idealne modele do badania aktywności opiekuńczej Hsp70 poprzez podejście komplementacyjne. Ponieważ DnaK jest niezbędny tylko w warunkach stresowych, test komplementacji jest zwykle przeprowadzany w podwyższonych temperaturach (Rysunek 1). Niektóre zalety wykorzystania E. coli w tym badaniu obejmują dobrze scharakteryzowany genom, szybki wzrost oraz niskie koszty hodowli i utrzymania17.
W tym artykule szczegółowo opisujemy protokół polegający na wykorzystaniu komórek E. coli dnaK756 do badania funkcji Hsp70. Hsp70, które zastosowaliśmy w teście, to DnaK typu dzikiego i jego chimeryczna pochodna, KPf (składająca się z domeny ATPazy DnaK połączonej z C-końcową domeną wiążącą substrat Plasmodium falciparum Hsp70-16,18). KPf-V436F był heterologicznie wyrażany jako kontrola ujemna, ponieważ mutacja zasadniczo blokuje go przed wiązaniem substratów, znosząc w ten sposób jego aktywność opiekuńczą9.