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Research Article
Golnoush Madani*1, Erwin Lamping*1, Hee Ji Lee1, Masakazu Niimi1,2, Alok K. Mitra3, Richard D. Cannon1
1Sir John Walsh Research Institute, Faculty of Dentistry,University of Otago, 2Department of Microbiology, Faculty of Medicine,Chulalongkorn University, 3School of Biological Sciences,University of Auckland
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este artigo apresenta um protocolo de isolamento de membrana plasmática de pequena escala para a caracterização da proteína Cdr1 (cassete de ligação ATP) da Candida ABC (fita adesão a ATP), superexpressa em Saccharomyces cerevisiae. Uma mGFPC terminal de protease com um linker de 16 resíduos entre o Cdr1 e a tag foi projetada para facilitar a purificação e o detergente-triagem do Cdr1.
A caracterização bioquímica e biofísica bem sucedida dos transportadores abc depende fortemente da escolha do sistema de expressão heteróloga. Nas últimas duas décadas, desenvolvemos uma plataforma de expressão de proteína de membrana de levedura que tem sido usada para estudar muitas proteínas importantes da membrana fúngica. A expressão host Saccharomyces cerevisiae ADΔΔ é excluída em sete grandes transportadores endógenos ABC e contém o fator de transcrição Pdr1-3 com uma mutação de ganho de função que permite a superexpressão constitutiva de genes heterologos de proteína de membrana stably integrados como cópias únicas no lócus PDR5 genômico. A criação de vetores plasmídeos versáteis e a otimização de estratégias de clonagem de uma etapa permite a clonagem rápida e precisa, mutagênese e expressão de transportadores heterologos do ABC. Aqui, descrevemos o desenvolvimento e o uso de uma nova tag dupla mGFPHIs de protease-cleavable (ou seja, a levedura monomérica aprimida proteína fluorescente verde yEGFP3 fundida a uma etiqueta de purificação de afinidade de seis histidinas) que foi projetada para evitar possíveis interferências da tag com a proteína de interesse e aumentar a eficiência vinculante da Sua tag para resinas de afinidade de níquel. A fusão de mGFPHis à proteína de membrana ORF (quadro de leitura aberta) permite a fácil quantificação da proteína por meio da inspeção de géis de poliacrilamida e detecção de produtos de degradação que retêm a tag mGFPHis. Demonstramos como essa característica facilita o rastreamento de detergente para solubilização de proteínas de membrana. Um protocolo para o isolamento eficiente, rápido e confiável das preparações de membrana plasmática em pequena escala do C-terminal marcado Candida albicans multirug efflux transporter Cdr1 superexpresso em S. cerevisiae ADΔ Δ, é apresentado. Este protocolo de isolamento da membrana plasmática de pequena escala gera membranas plasmáticas de alta qualidade dentro de um único dia útil. As preparações da membrana plasmática podem ser usadas para determinar as atividades enzimáticas das variantes mutantes Cdr1 e Cdr1.
A extração de proteínas de membrana integral de seu ambiente lipídico nativo pode afetar drasticamente sua estrutura e função1,2,3,4. A complexa composição lipídica das membranas biológicas5 garante que interações proteína-lipídicas criticamente importantes possam ocorrer6. Os lipídios mantêm a integridade estrutural das proteínas da membrana, permitindo que funcionem corretamente em seu destino de compartimento de membrana7,8. Portanto, um primeiro passo crítico na purificação da proteína da membrana é a extração da proteína de seu ambiente nativo sem afetar sua estrutura e/ou função.
Existem muitos obstáculos para caracterizar a estrutura das proteínas da membrana, a maioria das quais estão relacionadas à sua natureza hidrofóbica, e às dificuldades de expressar proteínas de membrana devidamente dobradas e funcionais nas quantidades necessárias para cristalografia de raios-X ou microscopia crio-elétron (crio-EM)9,10,11,12. Existem três tipos de sistemas de expressão proteica de membrana: homólogo9,heterologos13,14,15, e sistemas de expressão in vitro 16,17. Os níveis de expressão muitas vezes baixos, ou os custos proibitivos, de muitos sistemas de expressão deixam apenas alguns hospedeiros como a opção preferida para produzir proteínas de membrana. Eles incluem o hospedeiro bacteriano, Escherichia coli,as leveduras S. cerevisiae e Pichia pastoris,e maiores eucariotes, como células de insetos Sf9 ou linhas de células mamíferas18. Todas as tecnologias de expressão de proteína de membrana têm vantagens e desvantagens; no entanto, s. cerevisiae é talvez o organismo modelo eucariótico mais bem estudado adequado para a produção de proteínas de membrana. É altamente versátil com aplicações em engenharia genética, descoberta de medicamentos, biologia sintética e expressão de proteínas de membrana eucariótica14,19,20,21.
Neste estudo, foi utilizada uma tecnologia patenteada de expressão de proteína de membrana S. cerevisiae 21, com S. cerevisiae ADΔ14 e ADΔΔ22 como os hosts preferidos (Figura 1A),para superexpressar e estudar a principal bomba C. albicans multidrug efflux Cdr1. Ambas as cepas de S. cerevisiae são derivados de AD1-8u- 23 que têm os genes ura3 (ADΔ) ou ambos os genes ura3 e his1 (ADΔΔ) excluídos para eliminar quaisquer falsos transformadores de uracil positivo ou prototrótroes de histidina surgidos através da integração indesejada no URA3 ou no loci genômico HIS1. A exclusão das 7 principais bombas de efflux multidroug23, indicada na Figura 1A, torna ADΔΔ requintadamente sensível à maioria dos xenobióticos. O fator de transcrição mutante de ganho de função Pdr1-3 causa a superexpressão constitutiva de proteínas de membrana heterologos, como o Cdr1 (octógonos vermelhos na Figura 1A) após a integração do de transformação heterologous-ORF(Figura 1A) no lócus PDR5 genômico (retângulo azul na Figura 1A)através de dois eventos de recombação homologous. A localização adequada da membrana plasmática de proteínas etiquetadas C-terminally mGFPHis podem ser confirmadas por microscopia confocal(Figura 1A),e a sua tag pode ser usada para purificação de afinidade de níquel da proteína marcada. A clonagem de alguns transportadores fúngicos do ABC (por exemplo, Candida krusei ABC1) em plasmídeos derivados do pABC3, no entanto, não foi possível porque eles não poderiam ser propagados em Escherichia coli devido à toxicidade celular. Isso levou ao desenvolvimento da clonagem de uma etapa das proteínas de membrana14,24 marcadas em seu N ou C-terminus com várias etiquetas de afinidade, epítope ou repórter diretamente em S. cerevisiae ADΔΔ(Figura 1C). S. cerevisiae As cepas ADΔ Δ que expressam demais vários mutantes CDR1 também podem ser criadas de forma eficiente, usando até cinco fragmentos de PCR individuais que se sobrepõem a 25 bp(Figura 1C). Empregando este protocolo, muitos ORFs de interesse podem ser clonados, expressos e caracterizados a baixo custo e com alta eficiência em um período de tempo muito curto. A eficiência de transformação reduz apenas ~2 vezes a cada fragmento adicional de PCR.
Se desejar, os níveis de expressão também podem ser facilmente manipulados pelo design primer para ajustar previsivelmente os níveis de expressão para qualquer lugar entre 0,1%-50% dos níveis de expressão geralmente altos e constitutivos25. O vetor de clonagem de derivativo otimizado, multifuncional, pABC314, pABC3-XLmGFPHis26 (Figura 1B) contém um site de decote protease HRV-3C (X; LEVLFQ| GP), um protease que tem melhor desempenho a 4 °C do que o vírus da trava de tabaco (TEV)27. L é um linker de proteína de aminoácido (GSGGS), mGFP é um mutante monomédico (A206K)28,29 versão da variante de proteína de fluorescência verde-fluorescência aprimorada yEGFP330, e Seu é um linker de três aminoácidos (GGS) seguido pela tag de purificação de proteína de níquel-afinidade de seis histidinas (HHHHHHHHH).
Esta tecnologia de expressão tem sido usada com sucesso na descoberta de medicamentos e no estudo de proteínas de membrana. A primeira estrutura para um alvo fúngico de azole, S. cerevisiae Erg1131,foi resolvida usando essa tecnologia. Também possibilitou a caracterização detalhada de C. albicans Cdr132,33,34 e a criação de uma molécula Cdr1 deficiente de cisteína35 adequada para estudos de cisteína-transligação para verificar qualquer futura estrutura de alta resolução. Muitos outros transportadores abc de grandes patógenos fúngicos humanos (ou seja, C. albicans, Candida glabrata, Candida auris, Candida krusei, Candida utilis, Cryptococcus neoformans, Aspergillus fumigatus, Penicillium marneffei, e o complexo de espécies Fusarium solani) também foram estudados em detalhes usando esta plataforma de expressão24,36,37,38,39. Isso permitiu a geração de um painel de cepas de S. cerevisiae superexpressando bombas efflux que tem sido usada em telas de alto rendimento para descobrir o novo substrato de bomba efflux fluorescente Nilo vermelho40 e específico41 e de amplo espectro14,33,42,43,44 inibidores da bomba efflux. O uso deste sistema também possibilitou a descoberta da clorgyline como o primeiro de seu tipo inibidor de bomba de efflux de amplo espectro de amplo espectro42.
A solubilização completa das proteínas da membrana e a criação de uma preparação homogênea de proteína-micelle de membrana homogênea desprovida de lipídios endógenos, requer altas concentrações de detergente45. Mas, infelizmente, isso também muitas vezes inativa a proteína da membrana5,8,45,46. As propriedades dos monômeros detergentes e sua agregação em solução são afetadas pelas propriedades físicas da cauda hidrofóbica, pelo comprimento e ramificação da cadeia de alquila, pela presença de um núcleo aromático ou cadeia lateral fluoroalquila, ou pelo número de unidades de polioxileno. Assim, a triagem de detergentes é um importante primeiro passo para determinar o detergente mais adequado para solubilização e purificação de proteínas de membrana.
C. albicans é um grande patógeno fúngico humano de indivíduos imunocomprometidos que podem causar infecções invasivas graves e fatais47, e pode se tornar resistente a drogas antifúngicasazole 48,49. Um dos principais mecanismos da resistência multidrogas c. albicans é a superexpressão do Cdr150, que é um carregador de ligação ATP tipo II (ABC)51 da subfamília ABCG localizada na membrana plasmática. Os transportadores de FUNG em tamanho real (consistindo em dois domínios de ligação nucleotídeos [NBDs] e dois domínios transmembranos [TMDs]) são mais conhecidos como transportadores de resistência a medicamentos pleiotrópicos (PDR) e são caracterizados por sua topologia de domínio invertida única [NBD-TMD]2. Os transportadores de PDR só são encontrados nas plantas52,53 e fungos54. Apesar de sua importância, não há estruturas para transportadores de PDR, embora as estruturas para transportadores humanos de médio porte ABCG tenham sido recentemente resolvidas, o que ajudou a criar o primeiro modelo provisório para o Cdr133. Nossas recentes evidências experimentais sugerem, no entanto, que este modelo é falho possivelmente porque os transportadores Fúngicos de PDR têm NBDs assimétricos característicos resultando muito possivelmente em um mecanismo de transporte único. Uma estrutura de alta resolução do Cdr1 é, portanto, necessária tanto para o desenho racional de novos inibidores da bomba efflux que podem ajudar a superar a resistência a medicamentos mediados pela Efflux, quanto para fornecer insights sobre o mecanismo de ação desta importante família de transportes ABC.
O objetivo deste estudo foi desenvolver protocolos confiáveis para a expressão, solubilização e purificação do Cdr1 no hospedeiro de expressão S. cerevisiae geneticamente modificado, com o objetivo final de obter uma estrutura de alta resolução para o Cdr1. Como parte desse processo, uma tag dupla mGFPHis(Figura 1B)foi projetada com um linker de 16 resíduos separando a tag do C-terminus do Cdr1, que melhorou a ligação do 6x anexado Sua etiqueta de afinidade com a resina de afinidade de níquel e permitiu o monitoramento dos níveis de expressão cdr1 em células vivas e durante todo o processo de purificação. Também foi desenvolvido um protocolo reprodutível para preparações de proteína de membrana plasmática de levedura de pequena escala contendo cerca de 10% de C. albicans Cdr1 (como estimado pela coloração de Coomassie após a SDS-PAGE), que poderia ser usado para a caracterização bioquímica do Cdr1.
1. Preparação de estoques frescos ou congelados de células ADΔ e ADΔΔ competentes
2. Transformação de ADΔ e ADΔ Δ com CaCDR1-XLmGFPHis e confirmação de transformadores corretos por colônia PCR e sequenciamento de DNA
NOTA: Plasmid pABC3-CDR1-mGFPHis foi criado usando estratégias convencionais de clonagem descritas em detalhes em Lamping et al., 201055 e é ilustrada na Figura 1B. Wild-type C. albicans CDR1 foi isolado como um fragmento pacI/NotI de plasmid pABC3-CaCDR1A-GFP14 e clonado em pABC3-XLmGFPHis26.
3. Protocolo de isolamento da membrana de plasma de levedura de pequena escala
4. Sulfato de sódio de sulfato de poliacrilamida eletroforese de gel (SDS-PAGE)
5. Determinação das Atividades CDR1 ATPase 57
6. Tela de detergente em pequena escala
Uma alta frequência de transformação de S. cerevisiae ADΔΔ (~4 x 104 transformadores/μg) foi alcançada com pYES2(Figura 2B). Como esperado, o controle no DNA (ou seja, apenas ddH2O) não deu transformadores, e 1 μg do cdr1linear - de transformaçãomGFPHis (Figura 1A) deu ~50 transformadores(Figura 2C) com o protocolo otimizado de transformação ADΔΔ. Os transformadores CDR1-mGFPHis também foram testados por sua capacidade de crescer em uma fonte de carbono não fermentável para eliminar possíveis mutantes pequenos com mitocôndrias defeituosas. Três (círculos amarelos; Figura 2D) dos 25 transformadores uracil-prototroph testados não podiam crescer em placas de ágar YPG e foram descartados de investigações posteriores. O Cdr1-mGFPHis expresso pela cepa recém-criada ADΔΔ-CDR1-mGFPHis é devidamente localizado na membrana plasmática (Figura 1A) e foi expresso em níveis suficientes para a caracterização estrutural e funcional do Cdr1(Figura 3). O design da tag dupla otimizada (Figura 1B) também permite a remoção da tag dupla mGFPHis após a purificação de níquel-afinidade do Cdr1-mGFPHis para evitar possíveis interferências da tag em aplicações a jusante. Resultados preliminares, no entanto, mostraram que o linker de 3 aminoácidos entre o Cdr1 e o local de decote protease HRV-3C pode ter que ser estendido para alcançar mais rápido, mais eficaz, decote. Observações semelhantes foram recentemente relatadas para o transportador nucleosídeo n-terminalmente marcado Escherichia coli NupC, que exigiu um 15 em vez do linker de 3 aminoácidos originalmente projetado para o decote eficiente do detergente (DDM) solubilizado NupC ligado à resina de afinidade de níquel59. O terminal C-terminal C de 5 aminoácidos do local de decote HRV-3C evita a interferência estérica da tag dupla mGFPHis com a proteína de interesse anexada, que observamos anteriormente para C. utilize o transporte ABC Cdr139. A mutação yEGFP3-A206K foi criada para prevenir a dimerização artificial de GFP em altas concentrações proteicas28, e o linker adicional de 3 aminoácidos entre o mGFP e a tag sua afinidade de níquel garante a exposição adequada da superfície da sua tag para maximizar a eficiência vinculante da proteína marcada à resina de afinidade de níquel (dados não mostrados).

Figura 1: Uma plataforma de expressão proteica de membrana de levedura para a clonagem eficiente e expressão de transportadores de membrana de plasma fúngico. (A) Um de transformação composto pelo promotor PDR5 (azul), CDR1 (vermelho) C-terminalmente marcado com XLmGFPHis (verde), o terminator PGK1 (laranja), o marcador de seleção URA3 (azul claro) e um pedaço da região a jusante PDR5 (azul) é usado para transformar a expressão hospedeira S.cer evisiae ADΔΔ por integração no lócus PDR5 genômico. O fator de transcrição mutante de ganho de função Pdr1-3 causa a superexpressão constitutiva do Cdr1 (octógonos vermelhos) na membrana plasmática (ver imagem de microscopia confocal por baixo). (B) Plasmid pABC3-XLmGFPHis, que pode ser usado em uma estratégia tradicional de clonagem ou como um modelo PCR para gerar um de transformação. Melhorias do plasmid pABC3-XLmGFPHis sobre pABC3-GFP14 estão listadas abaixo do mapa plasmídeo. (C) Uma estratégia alternativa de clonagem de uma etapa mais eficiente para integrar o de transformação no lócus genômico PDR5 de ADΔΔ. Um ORF (vermelho) pode ser amplificado por PCR usando primers (setas) que criam sobreposições com o braço esquerdo (azul; Promotor PDR5) e braço direito (verde; Fragmentos XLmGFPHIs-PGK1-URA3-PDR5 a jusante). Mutações (linhas pretas) podem ser introduzidas no ORF por projeto de primer, se necessário. Eventos de recombinação homólogos que direcionam a integração correta no lócus PDR5 são indicados pelas linhas tracejadas cruzadas. (D) Ensaios celulares inteiros que podem ser usados para a caracterização funcional de bombas de efflux multidrug fúngicos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Transformação de ADΔ Δ com o CDR1-mGFPHis de transformação e eliminação de pequenos transformadores ADΔΔ-CDR1-mGFPHis. Os transformadores de prototrófico uracil foram selecionados incubando células ADΔΔ transformadas em placas CSM-URA a 30 °C por 3 dias. (A) Controle negativo (sem DNA). (B) Controle positivo (10 ng de pYES2). (C) CDR1-mGFPHis transformadores (1 μg de DNA). (D) Testando transformadores ADΔΔ-CDR1-mGFPHis para um fenótipo de pequeno porte em placas de ágar YPG. Transformins pequenos que não podiam crescer em placas de ágar YPG devido a mitocôndrias defeituosas estão cercados em amarelo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A fluorescência GFP é uma medida confiável para os níveis de expressão do Cdr1, pois houve uma relação linear entre a quantidade de Sinais de Fluorescência Cdr1-mGFPHis (etapa 3.3.9) e sinais de fluorescência em gel(Figura 3A). Neste projeto, foi desenvolvido um fluxo de trabalho otimizado reprodutível para a rápida geração de preparações de membrana plasmática de alta qualidade para a caracterização bioquímica das proteínas da membrana plasmática. Foi possível gerar quase 0,5 mg de proteína de membrana plasmática(Figura 3C; gráfico esquerdo) mostrando a maior atividade de ATPase Cdr1 (2400 nmol/min/mg; Figura 3C; gráfico direito) ao quebrar 40 ODU de células de fase logarítmica (OD600nm de 1-3) (resuspended em 0,5 mL de HB) com o mesmo volume (ou seja, 0,5 mL) de contas de sílica e 6 ciclos de vórtice por 1 min em intensidade máxima de tremor seguido por 3 minutos de resfriamento no gelo. Aumento adicional no número de ciclos de quebra (etapa 3.3.3) reduziu a qualidade da preparação isolada da membrana plasmática (a atividade CDR1 ATPase caiu de 170 nmol/min/mg para ~60 nmol/min/mg; dados não mostrados). Embora houvesse apenas pequenas diferenças nos padrões proteicos SDS-PAGE das amostras de membrana plasmática isoladas de células quebradas com maior número de ciclos de quebra (dados não mostrados), é provável que as atividades de ATPase cdr1 quase 3 vezes reduzidas após 10 ou mais ciclos de quebra foram causados por: i) desnaturação parcial do Cdr1 devido à exposição à temperatura elevada; ii) modificações pós-translacionais, como fosforilação ou desfosforilação; ou por iii) aumento da contaminação cruzada das vesículas isoladas da membrana plasmática com frações de membrana de outras organelas. A quebra de 40 ODU de células em 0,5 mL de HB produziu a mais alta qualidade de membranas plasmáticas (ou seja, a maioria cdr1 por 10 μg de proteína de membrana plasmática; Figura 3B) com maior atividade Cdr1 ATPase(Figura 3C; gráfico direito). Maiores (> 40 ODU/0,5 mL de HB) ou menores (20 ODU/0,5 mL de HB) densidades celulares reduziram a atividade ATPase das membranas plasmáticas isoladas(Figura 3C; gráfico direito), embora, seu rendimento tenha aumentado em proporção ao aumento das densidades celulares(Figura 3C; gráfico esquerdo). Assim, 40 ODU/0,5 mL de HB foi a densidade celular ideal para o isolamento da mais alta qualidade das membranas plasmáticas. Assim, o uso do protocolo otimizado para o isolamento em pequena escala das preparações da membrana plasmática levou a atividades atpase específicas cdr1 2-3 vezes maiores (~300 nmol/min/mg; Figura 3C; gráfico direito) em comparação com as atividades atpase específicas do Cdr1 que foram inicialmente obtidas (~100 nmol/min/mg; dados não mostrados). Essas atividades de ATPase também foram significativamente maiores35 do que qualquer atividade atpase relatada anteriormente (100-200 nmol/min/mg) que haviam sido obtidas com um protocolo de preparação de membrana plasmática de grande escala mais intensivo e demorado14,41,60.
O método mais comum para extrair proteínas de membrana de membranas biológicas é a solubilização com detergente. O desafio, no entanto, é encontrar um detergente adequado que tenha o menor efeito prejudicial sobre a estabilidade da proteína e/ou características dobráveis. Rotular a proteína com mGFPHis facilita a triagem para selecionar os melhores detergentes para extração de proteínas. No total, 31 detergentes, listados na Tabela de Materiais,com várias propriedades foram testados para sua capacidade de solubilizar Cdr1 a partir de membranas de plasma bruto de células S. cerevisiae ADΔΔ-CDR1-mGFPHis. Os resultados de um conjunto representativo de 16 detergentes de teste (A-Q) são mostrados na Figura 3D. As faixas T, P e S contêm 10 μL de proteína total (T) da membrana plasmática imediatamente após a solubilização do detergente (etapa 6.2) e a pelota insolúvel do detergente (P; solubilizado o/n em 0,5 mL de GTED-20, 2% SDS; passo 6,5) e o detergente solúvel supernaente (S; passo 6.4) frações após separação por ultracentrifugação a 141.000 x g. O detergente desejado deve solubilizar o máximo de Cdr1-mGFPHis possível sem alterar sua estrutura e/ou função. As proteínas da membrana plasmática bruta (5 mg/mL) foram solubilizadas por 2h com detergente (c/v) detergente (T) e alíquotas das frações solúveis (S) e insolúveis (P) foram analisadas por SDS-PAGE(Figura 3D) e posteriormente também por cromatografia de detecção de tamanho-exclusão de fluorescência (FSEC)58 (Figura 4). Determinamos que era necessária uma relação detergente mínimo/proteína de 2:1 (w/w) para solubilização eficiente do Cdr1. De fato, para determinar a concentração ideal de detergente (DDM) necessária para a solubilização do Cdr1-mGFPHis, foram investigadas a concentração de micela crítica do detergente (x CMC) e a razão detergente/proteína de membrana (w/w). Grandes diferenças na eficiência de solubilização do Cdr1-mGFPHis foram observadas ao utilizar concentrações fixas de 10x ou 80x CMC de DDM. As eficiências de solubilização variaram entre 40% e 80% ou 60% e 90% dependendo das quantidades de membranas plasmáticas brutas utilizadas nos vários experimentos de solubilização. No entanto, a escolha das relações detergente/proteína de ≥2 (c/w) deu resultados reprodutivelmente bons com >85% de Cdr1-mGFPHis sendo solubilizado, não importa a quantidade de proteína de membrana plasmática utilizada. Assim, se usar a abordagem mais comum de simplesmente escolher detergente de 1% ou 2% (w/v) para a solubilização de proteínas de membrana como Cdr1-mGFPHis, manter a relação detergente para proteína acima de 2 (w/w) é importante [ou seja, manter a concentração de proteína de membrana plasmática abaixo de 5 mg/mL ao usar 1% (ou seja, 10 mg/mL) detergente].

Figura 3: Quantificação de Cdr1-mGFPHis níveis de expressão, otimização de um protocolo de isolamento de membrana de plasma de pequena escala e tela de detergente para Cdr1-mGFPHis. (A) Quantificação de Cdr1-mGFPHis com fluorescência em gel; as imagens de Coomassie manchadas e em gel fluorescence SDS-PAGE do mesmo gel de poliacrilamida de 0,7% são mostradas à esquerda. As faixas 1 a 6 foram carregadas com 0,75, 1,5, 3, 6, 12 e 24 μg de proteína de membrana plasmática ADΔΔ-CDR1-mGFPHis. Cdr1-mGFPHis é indicado com uma seta vermelha. M = Marcador de proteína Precision Plus. As intensidades de fluorescência mGFP (mostradas à direita) foram lineares sobre toda a faixa de concentração testada e houve fluorescência mínima de fundo. (B) Efeito da densidade celular na quebra da qualidade de membranas plasmáticas isoladas. Coomassie manchou gel de poliacrilamida (7%) de amostras de proteína de membrana plasmática (10 μg) e sinais de fluorescência verde de Cdr1-mGFPHis do mesmo gel antes da coloração de Coomassie. M = Marcador de proteína Precision Plus. As pistas 1, 3, 5 e 7 são proteínas de membrana plasmática de ADΔΔ e as faixas 2, 4, 6 e 8 são proteínas de membrana plasmática de ADΔΔ-CDR1-mGFPHis isoladas de 20, 40, 60 e 80 ODU de células, respectivamente. Cdr1-mGFPHis é indicado com uma seta vermelha. As porcentagens relativas dos sinais fluorescentes verdes estão listadas por baixo. (C) Efeito da densidade celular na quebra no rendimento de membranas plasmáticas isoladas e na atividade ATPase do Cdr1-mGFPHis. À esquerda, efeito da densidade celular (ODU/0,5 mL HB) na quantidade de proteína de membrana plasmática isolada das células ADΔΔ e ADΔΔ-CDR1-mGFPHis (Cdr1). À direita, efeito da densidade celular na atividade CDR1 ATPase das membranas plasmáticas isoladas das células ADΔΔ-CDR1-mGFPHis. (D) SDS-PAGE exemplar de 10 μL alíquotas da mistura de solubilização (T; 0,5 mL), a pelota após a solubilização (P; 0,5 mL), e as frações solubilizadas (supernaces) (S; 0,5 mL) de detergente solubilizada proteínas de membrana plasmática bruta de ADΔΔ-CDR1-mGFPHis (superior) e fluorescência em gel de Cdr1-mGFPHis antes da coloração coomassie do mesmo gel (fundo). M = escada proteica pré-manchada de MW amplo (245, 180, 135, 100, 75, 63 e 48 kDa; as bandas de 180 kDa e 75 kDa são indicadas com setas vermelhas e verdes, respectivamente). As faixas A a L e N a Q são as T, S, e frações P para DM (A), β-DDM (B), α-DDM (C), TDM (D), LMNG (E), OGNG (F), OG (G), LDAO (H), Hega (I), Mega (J), Triton-X100 (K), CHAPS (L), NM (N), Tween80 (O), Fos-choline-13 (P) e SDS (Q), respectivamente. As abreviaturas são definidas na Tabela de Materiais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Com base nos resultados de triagem de detergente(Figura 3D),DDM (B e C) e Fos-choline-13 (P) pareciam ser os melhores detergentes para a solubilização do Cdr1-mGFPHis. No entanto, o uso de Fos-choline-13 parecia causar proteólise parcial de Cdr1-mGFPHis (P na Figura 3D). GNL (E), PCC-α-M (não mostrado) e possivelmente também DM (A) foram os próximos melhores detergentes. A tela de detergente também mostrou que os glúcuos OGNG (F) e OG (G), CHAPS (L), NM (N) e Anzergents (não mostrado) foram más escolhas para a solubilização do Cdr1-mGFPHis como quantidades significativas da proteína foram encontradas nas frações de pelotas insolúveis(Figura 3D). Denaturações SDS Cdr1-XLmGFPHis, é por isso que nenhum sinal de fluorescência verde é visível nas pistas Q(Figura 3D).
A adequação de um detergente para a solubilização de partículas nativas cdr1-mGFPHis também foi avaliada pela FSEC da proteína de membrana plasmática solubilizada detergente (passo 6.4 sobrenatante). Exemplos de cromatógrafos obtidos para 100 μL de proteína de membrana plasmática bruta a partir de ADΔΔ-CDR1-mGFPHis (2 mg/mL) solubilizados com detergente de 1% são mostrados na Figura 4. O pico no volume de eluição de 9 mL representa principalmente cdr1-mGFPHis agregado que elutes no volume vazio, enquanto adequadamente solubilizado e corretamente dobrado Cdr1-mGFPHis partículas são representadas pelo pico em forma de gaussiano em volume de eluição de 15,5 mL. O ombro largo entre 12 e 14 mL de volume de eluição possivelmente contém partículas de micelle cdr1-mGFPhis menos bem definidas e/ou indicam erros parciais ou agregados proteicos. Cromatógramas de maltosides e proteínas extraídas de GNL mostraram a maior parte do Cdr1-mGFPHis eluting como um pico gaussiano bem moldado a 15,5 mL com um pequeno ombro eluindo um pouco mais cedo a 14 mL(Figura 4A). Estas amostras não tinham Cdr1-mGFPHis eluindo no volume vazio. A amostra em branco é o buffer mais o controle DDM que não deu sinal mGFP. Os cromatógrafos na Figura 4B destacam a importância do tipo de grupo de cabeça de açúcar para a qualidade do detergente solubilizado Cdr1-mGFPHis partículas. A glicose contendo detergentes (OG, NG, OGNG) teve desempenho pior do que a sacarose contendo detergentes (DDS), que por sua vez tiveram desempenho pior que o maltoso contendo detergentes (NM, DMNG, DDM). Cdr1-mGFPHis solubilizado com glicose contendo detergentes elucidos como um pico agregado (OG) ou amplo agregado (NG, OGNG), que era de se esperar da grande proporção de Cdr1-mGFPHis precipitado nas frações de pelotas para OGNG (F) e OG (G) observadas na Figura 3D. Embora o cromatograma DMNG (verde; Figura 4B) era qualitativamente semelhante ao cromatógrafo DDM (azul; Figura 4B), os picos mais altos para DDM indicam que uma grande parte do DMNG solubilizado Cdr1-mGFPHis pode realmente ser desnaturado. A Figura 4C mostra os cromogramas FSEC para as fos-colinas zwitterionic (Fos-choline-8, Fos-choline-10, Fos-choline-13) e dois detergentes não iônicos (digitonin, Triton-X100), e Figura 4D mostra como o carregamento de duas vezes mais (200 μL) de proteína solubilizada de detergente não teve efeito perceptível na qualidade do cromatógrafo para Fos-choline-8, -10 e -13 e DDM. Apenas digitonin (laranja; Figura 4C) deu um cromatógrafo semelhante ao DDM (azul; Figura 4C) e, embora Fos-choline-13 tenha dado um pico em forma afiada simétrica, ele novamente eluiçou com um volume de elução significativamente menor (14 mL) do que o do DDM (15,5 mL). No geral, houve uma clara tendência de melhor solubilização por detergentes com cadeias laterais alifáticas mais longas de 12 ou 13 resíduos de carbono; por exemplo, DDM > DM > NM (12, 10 ou 9 carbonos), Fos-choline-13 > 10 > 8 (13, 10 ou 8 carbonos) e GNL > DMNG > OGNG (12, 10 ou 8 carbonos), respectivamente. Assim, detergentes com caudas hidrofóbicas de menos de 12 carbonos foram detergentes muito menos adequados para solubilização de Cdr1-mGFPHis do que detergentes com caudas hidrofóbicas mais longas de 12 ou 13 carbonos, e detergentes não iônicos (DDM, LMNG) pareciam geralmente mais adequados para solubilização de Cdr1-mGFPHis do que detergentes zwitterionic(Figura 3D, Figura 4).

Figura 4: Triagem de detergente para A solubilização cdr1-mGFPHis usando FSEC. Cromatogramas de 100 μL de ADΔΔ-CDR1-mGFPHis membrana de plasma bruto (2 mg/mL) com 1% dos detergentes indicados e separados usando uma coluna de exclusão de tamanho GL superose 6-aumento de 10/300. Os cromatógrafos retratam as unidades relativas de fluorescência mGFP (FU) de um volume de coluna (CV; 25 mL) de tampão de eluição coletado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada a revelar.
Este artigo apresenta um protocolo de isolamento de membrana plasmática de pequena escala para a caracterização da proteína Cdr1 (cassete de ligação ATP) da Candida ABC (fita adesão a ATP), superexpressa em Saccharomyces cerevisiae. Uma mGFPC terminal de protease com um linker de 16 resíduos entre o Cdr1 e a tag foi projetada para facilitar a purificação e o detergente-triagem do Cdr1.
Os autores reconhecem com gratidão o financiamento do Fundo Marsden da Nova Zelândia (Grant UOO1305), e uma subvenção de bloco da Faculdade de Medicina, Universidade Chulalongkorn, Bangkok, Tailândia (M. Niimi). Eles desejam agradecer à Universidade de Otago por fornecer a G. Madani uma bolsa de doutorado. Os autores também desejam expressar sua gratidão ao professor Stefan Raunser e seus colegas, Dr. Amir Apelbaum, e ao Dr. Deivanayagabarathy Vinayagam, por seu apoio e supervisão durante uma visita de 6 meses de G. Madani no Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular (MPIMP), Dortmund, Alemanha. Os autores também agradecem ao Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico (DAAD) por fornecer a G. Madani uma bolsa de pesquisa (57381332) para visitar o MPIMP.
| Ácido 2-(N-morfolino)etano-sulfônico (MES) | Sigma-Aldrich | M3671 | |
| 2-Amino-2-(hidroximetil)-1,3-propanodiol (base Tris; ultrapuro) | Merck | 77-86-1 | |
| 2,2-Didecilpropano-1,3-bis-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | NG310S | LMNG |
| 2,2-Dihexilpropano-1,3-bis-β-D-glicopiranosídeo | Anatrace | NG311S | OGNG (MNG-OG) |
| 2,2-dioctilpropano-1,3-bis-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | NG322S | DMNG |
| 4-Trans-(4-trans-propilciclohexil)-ciclohexil &alfa;-D-maltopiranosídeo | Glycon Biochemicals GmbH | D99019-C | PCC-&alfa;-M |
| 40% Acrilamida/Bis-acrilamida (37,5:1) | Bio-Rad | 1610148 | |
| Ácido acético (glacial) | Merck | 64-19-7 | |
| Agar | Formedium | 009002-18-0 | |
| Molibdato de amônio | Sigma-Aldrich | 13106-76-8 | |
| Persulfato de amônio (APS) | Bio-Rad | 1610700 | |
| ATP sal dissódico | sigma-Aldrich | A-6419 | |
| Azul de bromofenol | SERVA Electroforese GmbH | 34725-61-6 | |
| CHAPS | Anatrace | C316S | |
| CHAPSO | Anatrace | C317S | |
| CSM | Formedium | DCS0019 | |
| CSM menos uracila | Formedium | DCS0161 | |
| Ciclohexil-1-butil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | C324S | CYMAL-4 |
| Ciclohexil-1-heptil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | C327S | CYMAL-7 |
| Ciclohexil-metil-β- D-maltopiranosídeo | Anatrace | C321S | CYMAL-1 |
| Digitonina | Sigma-Aldrich | 11024-24-1 | |
| Ditiotreitol (DTT) | Roche Diagnostics | 10197785103 | |
| DMSO | Merck | 67-68-5 | |
| Etanol | Merck | 459836 | |
| Sal dissódico do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA; Titriplex III) | Merck | 6381-92-6 | |
| ExoSAP-IT PCR Produto Reagente | de Limpeza Applied Biosystems | 78205 | Uma mistura de exonuclease e fosfatase |
| Glicose | Formedium | 50-99-7 | |
| Glicerol | Merck | 56-81-5 | |
| Glycine | Merck | G8898 | |
| HEPES | Formedium | 7365-45-9 | |
| Ácido clorídrico | Merck | 1003172510 | |
| KOD Fx Neo | TOYOBO Co | KFX-201 | Uso para colônia confiável PCR |
| acetato de lítio (LiAc) | Sigma-Aldrich | 546-89-4 | |
| Cloreto de magnésio hexa-hidrato | sigma-Aldrich | M2393 | |
| MES | Formedium | 145224-94-8 | |
| n-Decanoil-N-hidroxietil-glucamida | Anatrace | H110S | HEGA-10 |
| n-Decanoil-N-metil-glucamida | Anatrace | M320S | MEGA-10 |
| n-decil-fosfocolina | Anatrace | F304S | Fos-colina-10 |
| n-decil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | D322S | DM |
| n-Dodecil-N,N-dimetil-3-amônio-1-propanossulfonato | Anatrace | AZ312S | Anzergent 3-12 |
| n-Dodecil-N,N-dimetilamina-N-óxido | Anatrace | D360S | LDAO |
| n-Dodecil-&alfa;-D-maltopiranosídeo | Anatrace | D310HA | &alfa;-DDM |
| n-Dodecil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | D310S | β-DDM |
| n-Nonil-β-D-glicopiranosídeo | Anatrace | N324S | NG |
| n-nonil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | N330S | NM |
| n-octadecil-N,N-dimetil-3-amônio-1-propanossulfonato | Anatrace | AZ318S | Anzergent 3-18 |
| n-octil-N,N-dimetil-3-amônio-1-propanossulfonato | Anatrace | AZ308S | Anzergent 3-8 |
| n-octil-fosfocolina | Anatrace | F300S | Fos-colina-8 |
| n-octil-β-D-glicopiranosídeo | Anatrace | O311S | OG |
| n-tetradecil-fosfocolina | Anatrace | F312S | Fos-colina-14 |
| n-tetradecil-β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | T315S | TDM |
| n-tridecil-fosfocolina | Anatrace | F310S | Fos-colina-13 |
| n-tridecil-β- D-maltopiranosídeo | Anatrace | T323S-n-Undecil | |
| -β-D-maltopiranosídeo | Anatrace | U300S | UM (UDM) |
| N,N,N',N'-tetrametil-etilenodiamina (TEMED) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
| Octilfenoxipolietoxietanol | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | TRITON X-100 |
| Oligomicina | Sigma-Aldrich | 75351 | |
| Peptona | Para Médio | 3049-73-7 | |
| Fluoreto de fenilmetilsulfonil (PMSF) | Roche Diagnostics | 329-98-6 | |
| Phusion Polimerase de DNA flexível de partida a quente | New England Biolabs | M0535S | Polimerase de DNA |
| polietilenoglicol de alta fidelidade (PEG 3350) | Sigma-Aldrich | 25322-68-3 | |
| monooleato de polioxietilenoorbitano | Sigma-Aldrich | 9005-65-6 | TWEEN 80 |
| Nitrato de potássio | Kit de ensaio de proteína Sigma-Aldrich | P8394 | |
| Bio-Rad | 5000122 | Kit de Ensaio de Proteína RC DC II | |
| QC Coloidal Coomassie Stain | Bio-Rad | 1610803 | |
| Prism Ultra Protein Ladder (10-245 kDa) | Abcam | AB116028 | |
| Azida de sódio | Sigma-Aldrich | 71289 | |
| Sulfato de dodecil de sódio | Sigma-Aldrich | 151-21-3 | SDS |
| L-ascorbato de sódio BioXtra | Sigma-Aldrich | 11140 | |
| Monododecanoato de sacarose | Anatrace | S350S | DDS |
| Ácido sulfúrico | Sigma-Aldrich | 339741 | |
| Extrato de levedura | Formedium | 008013-01-2 | |
| Base de nitrogênio de levedura sem aminoácidos | Formedium | CYN0402 | |
| Equipamento (tipo) | |||
| Centrífuga (Eppendorf 5804) | Centrífuga Eppendorf | ||
| (Beckman Ultra) | Centrífuga Beckman | ||
| (Sorvall RC6) | Aparelho Sorvall | ||
| FSEC (sistema de média pressão de cromatografia NGC equipado com um detector de fluorescência, um amostrador automático, um fracionador) | Imagem em gelBio-Rad | ||
| (GelDoc EZ Imager) | Bio-Rad | ||
| Leitor de microplacas (Synergy 2 Multi-Detection) | Termociclador de PCRBioTek Instruments | ||
| (C1000 Touch) | Fonte de alimentação Bio-Rad | ||
| (PowerPac) | Bio-Rad | ||
| SDS PAGE (Mini-PROTEAN Tetra) | Incubadora de agitaçãoBio-Rad | ||
| (Multitron) | Infors HT, Bottmingen | ||
| Superose 6 Aumentar 10/300 GL | GE Healthcare Life Sciences | GE17-5172-01 | |
| Espectrofotômetro UV/Visível (Ultraspec 6300 pro) | Amersham BioSciences UK Ltd |