Ubikwitynacja, niezbędna modyfikacja potranslacyjna, jest kluczowym regulatorem funkcji białek wewnątrzkomórkowych1. System ubikwitany-proteasomu (UPS), który pośredniczy w degradacji ponad 80% białek u eukariontów, składa się z ubikwityny (Ub), enzymów aktywujących E1, enzymów sprzężających E2, ligaz E3, enzymów deubikwitylujących (DUB) orazproteasomu 26S. System ten reguluje wymianę białek z dużą specyficznością, kontrolując tym samym kluczowe procesy komórkowe, takie jak progresja cyklukomórkowego 3, transdukcja sygnału 4,5 oraz odpowiedzi stresowe 6,7. Ubikwitynacja to wieloetapowy proces enzymatyczny. E1 hydrolizuje ATP, aby adenylować końcowy punkt C Ub, tworząc pośredni Ub-AMP. Następnie aktywowany Ub jest przenoszony z E1 do cysteiny w miejscu aktywnym enzymu sprzęgającego E2, tworząc wiązanie tioesterowe. Na koniec ligaza E3 rekrutuje zarówno kompleks E2-Ub, jak i białko docelowe, katalizując transfer Ub z E2 do reszty lizyny na substratie8.
Ubikwityna może tworzyć różnorodne łańcuchy poliubikwityny poprzez sprzężenie w siedmiu resztach lizyny (Lys6, Lys11, Lys27, Lys29, Lys33, Lys48, Lys63) lub Met1(M1)4. Każdy typ sprzężenia wyznacza różne wyniki biologiczne: łańcuchy sprzężone K48 głównie celują w białka do degradacji proteasomalnej9, łańcuchy sprzężone z K63 regulują sygnalizację i naprawę DNA10,11, a łańcuchy powiązane z M1 są kluczowe dla wrodzonej odpowiedzi immunologicznej12. Ubikwitynacja i deubikwitynacja to kluczowe procesy modyfikacji potranslacyjnej, które kontrolują różnorodne zdarzenia komórkowe, od degradacji białek po transdukcję sygnałów. Na przykład w raku jelita grubego nieprawidłowa aktywacja ubikwitynacji p53 wywołanej przez MDM2 prowadzi do nadmiernej degradacji p53, co osłabia jego zdolność do wywołania zatrzymania cyklu komórkowego i apoptozy, a tym samym napędza postęp guza i chemiooporcję13,14. W urazie niedokrwienia wątroby i reperfuzji OTUD1 stabilizuje NRF2 poprzez usunięcie poliubikwitynacji wiązanej z K48, łagodząc tym samym poziomy stresu oksydacyjnegowewnątrzkomórkowego 15,16. Szereg inhibitorów proteasomu, takich jak bortezomib, karfilzomib i ixazomib, stopniowo weszł do praktyki klinicznej w leczeniu chorób takich jak szpiczak mnogi 17,18,19.
Obecnie istnieje wiele metod wykrywania białek ubikwitynowanych, w tym western blotting, testy radioaktywności oraz testy fluorescencyjne20. Jednak w badaniach naukowych western blot pozostaje preferowaną metodą wykrywania ubikwitynacji białek ze względu na stosunkowo szybki i prosty protokół. Tradycyjne metody wykrywania białek ubikwitynowanych są podobne do technologii koimmunoprecipitacji (co-IP): używają buforu lizy do inkubacji i lizują granulki komórkowe w niskiej temperaturze, aby uwalniać białka, a następnie używają przeciwciał do wykrywania ubikwikwitynacji białek substratowych21,22. Jednak ten protokół eksperymentalny często wymaga dużej liczby komórek. Dodatkowo, ponieważ stosunkowo łagodna metoda lizy w niskiej temperaturze nie może całkowicie zakłócić interakcji białek, zwiększa to prawdopodobieństwo fałszywie pozytywnych wyników w wykrytym ubikwitynacji. Podgrzewanie i stosowanie SDS mogą znacząco zakłócić strukturę białek, wywołując ich całkowitą denaturację, co skutecznie zmniejsza liczbę fałszywie pozytywnych wyników wywołanych interakcjami białko-białko 23,24,25. Podobnie komórki przechodzą wystarczającą lizę po podgrzaniu i leczeniu SDS, uwalniając więcej białek i odpowiednio zmniejszając liczbę komórek potrzebnych do eksperymentu. Podsumowując, zarówno metoda kąpieli lodowej, jak i metoda obróbki cieplnej lizują komórki i wykrywają poziomy ubikwitynacji białek substratu poprzez inkubację przeciwciał. Jednak metoda podgrzewania prowadzi do większej lizy komórek i silniejszej denaturacji białek.
TGF-β odgrywa podwójną rolę w procesach patofizjologicznych różnych chorób 26,27. SMAD2 jest kluczowym czynnikiem transkrypcyjnym TGF-β. Ubiquitinacja SMAD2 za pośrednictwem SMURF2 celuje w degradację proteasomalną, tym samym precyzyjnie dostroiła intensywność sygnalizacji TGF-β28. Badanie to wyodrębnia i porównuje dwie metody lizy komórek do pomiaru poziomu ubikwitynacji w komórkach ssaków, wykorzystując SMURF2/SMAD2 jako model. Tutaj nadekspresja białek w komórkach HEK293T została wywołana przez transientną transfekcję plazmidami HA-Ub, FLAG-SMAD2 i MYC-SMURF2. Komórki były lizowane odpowiednio metodą kąpieli lodowej i metodą obróbki cieplnej. Białka ubikwitynowane zostały wykryte przez analizę Western blot. Stwierdziliśmy, że zarówno metoda kąpieli lodowej, jak i metody obróbki cieplnej mogą być stosowane do wykrywania poziomów ubiquitinacji, a metoda obróbki cieplnej może ułatwić wykrywanie ubikwitynacji SMAD2. Protokół ten stanowi nową alternatywę dla wykrywania białek ubikwitynowanych. Ponadto, dla niektórych białek substratowych silnie związanych z ubikwitynacją, metoda obróbki cieplnej zapewnia lepszą skuteczność lizy białek, co ułatwia wykrywanie ubikwitynacji.