Методическая статья

Трансмембранного домена олигомеризации склонность определяется Пробирной ToxR

DOI:

10.3791/2721

26 мая 2011 г.

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эффективная процедура для оценки олигомеризации склонность однопроходный трансмембранных доменов (TMDS) описывается. Химерные белки, состоящие из TMD слит с ToxR выражаются в репортеру штамма E.coli. TMD-индуцированной олигомеризации причины димеризации ToxR, активации транскрипции и производства репортер белка,-галактозидазы.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Чрезмерно упрощенный взгляд на трансмембранные домены белков как на простые якоря в фосфолипидных бислоях давно опровергнут. Во многих случаях мембранные белки развили очень сложные механизмы действия.1-3 Одним из способов, с помощью которого мембранные белки могут модулировать свои структуры и функции, является прямой и специфический контакт гидрофобных спиралей, образующих структурированные трансмембранные олигомеры. 4,5 Большая часть недавних работ была сосредоточена на распределении аминокислот, преимущественно обнаруженных в мембранной среде, по сравнению с водным раствором и различных межмолекулярных силах, которые управляют белковой ассоциацией. 6,7 Тем не менее, исследования молекулярного распознавания в трансмембранном домене белков все еще отстают от исследований водорастворимых областей. Остается еще одно серьезное препятствие: несмотря на замечательную специфичность и аффинность, которые может быть достигнуты с помощью трансмембранной олигомеризации,8 прямое измерение их ассоциации является сложной задачей. Традиционные методологии, применяемые для изучения функции интегрального мембранного белка, могут быть затруднены из-за присущей им нерастворимости исследуемых последовательностей. Биофизические знания, полученные в результате изучения синтетических пептидов, представляющих трансмембранные домены, могут дать полезную структурную информацию. Тем не менее, биологическая значимость мицеллярных или липосомальных систем детергента, используемых в этих исследованиях, для имитации клеточных мембран часто ставится под сомнение; Приобретают ли пептиды нативную структуру в этих условиях и действительно ли их функциональное поведение отражает механизм действия внутри нативной мембраны? Для изучения взаимодействий трансмембранных последовательностей в природных фосфолипидных бислоях лаборатория Лангоша разработала транскрипционные репортерные анализы ToxR. 9 Представляющий интерес трансмембранный домен экспрессируется в виде химерного белка с мальтоза-связывающим белком для локализации в периплазме и ToxR для получения отчета об уровне олигомеризации (рис. 1).

В последнее десятилетие несколько других групп (например, Engelman, DeGrado, Shai) еще больше оптимизировали и применили этот репортерский анализ ToxR. 10-13 Различные анализы ToxR стали золотым стандартом для проверки белок-белковых взаимодействий в клеточных мембранах. Здесь мы демонстрируем типичную экспериментальную операцию, проводимую в нашей лаборатории, которая в основном следует протоколам, разработанным Лангошем. Этот общеприменимый метод полезен для анализа трансмембранной доменной самоассоциации у E. coli, где продукция β-галактозидазы используется для оценки склонности к олигомеризации ВНЧС. При димеризации, вызванной ВНЧС, ToxR связывается с промотором ctx, вызывая активацию гена LacZ в отношении β-галактозидазы. Колориметрическое считывание получают путем добавления ONPG к лизированным клеткам. Гидролитическое расщепление ONPG β-галактозидазой приводит к образованию поглощающих свет форм о-нитрофенолата (ONP) (рис. 2).

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Клонирование Соображения

  1. Коммерчески подготовленные олигонуклеотиды представляющих интерес TMD окружении NheI и сайтах BamHI ограничения и 5'-фосфорилированных можно лигируют pTox7 (изменение в нашей лаборатории вставки одной пары оснований непосредственно после сайта BamHI ограничение 14) (рис. 3) усваивается последовательно с BamHI и NheI. Например олигонуклеотидных приведен ниже:
    5'ctagcTMDSEQUENCEg3 '
    3 'gTMDSEQUENCEcctag5'

TMD последовательность должна быть 12-24 остатков (короткие последовательности, предположительно, будет удлиненный векторными закодированные остатков гидрофобных). Для того чтобы исследовать интерфейс, четыре варианта дизайна ПРО ТВД должна быть создана последовательная, где вставки остатков и сопутствующей остаток удаление приводит к вращению TMD относительно ToxR. 15,16 Наконец, концентрации арабинозы должны варьироваться от 0,001 до 0,01% (м / о) для определения концентрации, где максимальные различия в β-галактозидазы сигналов между различными TMD последовательности наблюдается; тестирования различных уровней выражение рекомендуется определить условия, при которых различные сходства можно выделить лучших. В дополнение к арабинозы и антибиотиков, 0,4 мМ IPTG может быть использован для повышения различия родства между различными TMDS. Измерение ToxR должно быть выполнено по крайней мере в четырех экземплярах. Вся процедура должна быть повторена по крайней мере в три раза с разными плазмиды преобразований.

2. Рост бактериальных культур

  1. Аккуратно оттепели FHK12 компетентных клеток (200 мкл) на льду и передачи в 15 мл в пробирку. Добавить ДНК плазмиды (200 нг) и инкубировать клетки на льду в течение 30 мин.
  2. Теплового шока клеток инкубации в течение 90 с при 42 ° C, с последующей инкубацией на льду в течение 2 мин.
  3. Добавить SOC СМИ (800 мкл) и инкубировать образцов при 37 ° C при встряхивании (300 оборотов в минуту) в течение одного часа
  4. Привить 5 мл LB среды с хлорамфеникол (30 мкг / мл) и арабинозы (0,0025% м / о) с 50 мкл преобразования смеси в 15 мл культуры труб в трех экземплярах. Инкубируйте образцы при температуре 37 ° C при встряхивании (300 оборотов в минуту) в течение 20 ч. (В качестве альтернативы 5 мкл культуры может быть использован для инокуляции 100 мкл среды в 96-луночного планшета. Этот метод полезен при работе с большим количеством образцов, хотя ошибки будут несколько выше. Во избежание испарения, которые привели бы к ошибке, заполните внешний скважин со средствами массовой информации, но не используют их для образцов. Наконец, дважды обернуть сустав между крышкой и пластиной с парафильмом).

3. Измерение β-галактозидазы

  1. Разогреть пластины для считывания до 28 ° C.
  2. Передача Z-буфера в резервуар с большим кончиком пипетки, убедившись, что только занимают верхние (водный) слой. Передача 100 мкл свежеприготовленного Z-buffer/chloroform в лунки 96-луночного планшета. Передача 5 мкл каждой культуры в лунки пластины в четырех экземплярах. Пропустить культуры из четырех скважин, которые будут служить пустым.
  3. Измерить диаметр 595 пластины, чтобы определить плотность клеток.
  4. Добавить 50 мкл Z-buffer/SDS во все лунки пластины. Встряхните пластины в пластинчатых читателя в течение 10 мин, чтобы лизировать клетки. Убедитесь, что клеточные суспензии ясны после лизиса и повторить пожимая шаг, если требуется. Неполное лизис предлагает Z-buffer/chloroform не свежеприготовленной.
  5. Добавить 50 мкл свежеприготовленного Z-buffer/ONPG во все лунки и вернуть пластину к пластине читателя и измерить диаметр 405 каждые 30 секунд в течение 20 мин.
  6. Рассчитать β-галактозидазы, используя следующее уравнение (напомним, вычесть пустым). Отношение OD 405 / мин следует рассчитывать с использованием всех точек данных в диапазоне 405 OD 0,0 до 1,0 с помощью линейного подходят модели.
    figure-protocol-1
    Миллер единицы отличаются иногда, когда записанные в разные дни. Таким образом, ссылки построить как ГПД следует измерять в каждом тесте. Его значения могут быть использованы для нормализации ToxR ценностей.

4. Контроль за экспрессию белка

  1. Выполните западных промокательной проверить даже экспрессии белка между конструкциями. Комбинат 50 мкл трех экземплярах культур и центрифуги (2000 оборотов в минуту, 4 мин) в микроцентрифужных. Удаляют супернатант пипетки и ресуспендируйте остаточных осадок в 2 х буфера загрузки образца.
  2. Нагрузка 7,5 мкл на стандартный 8% геля и проведение electrophoreses при 125 V в течение 1 часа 5 мин. После передачи, инкубировать с анти-MBP HRP-конъюгированных антител и визуализации; химерных белков наблюдается приблизительно в 70 кДа с некоторыми продуктами разложения иногда рассматривается около 48 кДа. Эндогенные MBP наблюдается также в 45 кДа (рис. 5).

5. Контроль за Правильная вставка Мембранные

Клеточная линия дефицит мальтозу связывающий белок используется для оценки надлежащего вставки оболочки химерных построить ПРО ТВД. При росте на средах с минимальным мальтозы в качестве единственного источника углерода, только клетки, экспрессирующие мембрана-интеграла продукт выражение с мальтозу связывающий белок правильно расположены периплазме способны расти.

  1. Преобразование PD28 клеток (как описано для FHK12 клеток) и привить 2 мл LB среды. Рост клеток при 37 ° C при встряхивании (300 оборотов в минуту) в течение ночи.
  2. Гранул клетки центрифугированием при 3500 оборотов в минуту, 10 мин, 4 ° С и стирать ресуспендирования в PBS (2 мл), осторожно пипеткой с большим наконечником или нежный вортексе. Гранул клеток (см. выше), мытье с PBS во второй раз, пеллет и, наконец, ресуспендируют в PBS (1 мл).
  3. Используйте 25 мкл ресуспендировали клетки привить 5 мл минимальные средства массовой информации в трех экземплярах и инкубировать при температуре 37 ° C при встряхивании (300 оборотов в минуту). Возьмите OD 595 показания между 15-25 ч, примерно каждые 2 часа путем перевода 200 мкл каждого образца в 96-луночного планшета и чтения с помощью пластин-ридера.

6. Представитель Результаты:

Пример использования ToxR транскрипционный анализ репортер проанализировать олигомеризации склонность трансмембранных доменов в показано на рисунке 4. Ранее мы исследовали олигомеризации трансмембранных доменов из multispanning мембрана-интеграла мембранный белок скрытая белка-1 (LMP-1) различными методами, в том числе ToxR 14 трансмембранных домена пять (ТМ5) было показано, демонстрируют сильную склонность к oligomerize. Об этом свидетельствует высокая единиц Миллер, сравнимой с положительным контролем, ГПа, устоявшихся dimerizing последовательности. Вредные мутации в ТМ5, D150A, снижает способность последовательности oligomerize. LMP-1 TM1 существенно не oligomerize и экспонаты очень низкой Миллер Группа сигнал, чуть выше сигнала для пустой, нетрансформированных FHK12 клеток.

схема мембраны бактериальной клетки, комплекс ToxR, регуляция генов, процесс транскрипции LacZ
Рисунок 1. Мультфильм изображающий анализа ToxR репортер. Трансмембранного домена (ПРО ТВД) приводом олигомеризации приводит к димеризации ToxR и активации транскрипции LacZ. Ген продукт LacZ, β-галактозидазы может быть определена количественно, как мера склонности к ПРО ТВД oligomerize.

Гидролиз ONPG по диаграмме β-галактозидазы, химическая реакция, расщепление аналогов лактозы.
Рисунок 2. Гидролитического расщепления ONPG по β-галактозидазы результатов в производстве поглощающий свет видов о-nitrophenolate (ОНП).

Кольцевая плазмидная карта: pToxR7 с ORFs, репликацией, промотором, сайтами рестрикции, терминатором.
Рисунок 3. Плазмиды карта pToxR7.

Гистограмма, показывающая активность фермента в единицах Миллера для TM5, TM5, D150A, TM1, GpA и Blank.
Рисунок 4. Представителю ToxR транскрипционного анализа репортер анализа олигомеризации склонность латентный мембранный белок-1 трансмембранных доменов. Трансмембранного домена 5 (ТМ5) oligomerizes сильно, в то время трансмембранного домена 1 (TM1) имеет лишь слабое взаимодействие. Мутация D150A в ТМ5 значительно снижает его способность oligomerize. ГПД входит в качестве позитивного шага управления для сильных димеризации. Пустые представляет непреобразованных FHK12 клеток.

Гель выделения белка SDS-PAGE с химерными и естественными полосами MBP, 70 кДа, 45 кДа.
Рисунок 5. Иммуноблоттинга для экспрессии белка.

График кривой роста бактерий; OD595 в зависимости от времени; варианты pTox7; анализ данных о динамике роста.
Рисунок 6. PD28 дополнения анализа для контроля за правильным вставки мембраны периплазме. Отрицательный контроль представляет построить дефицит мальтозу связывающий белок.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ToxR транскрипционного анализа репортер легкий способ идентифицировать трансмембранного последовательностей с потенциалом oligomerize. Поскольку взаимодействия, происходящие в бактериальной внутренней мембраной, этот анализ позволяет обойти проблемы, связанные с изучением действия систем в мембранно-миметического средах. Учитывая, что клонирование нескольких TMDS в единую плазмиды легко быть сделано параллельно и весь анализ может проводиться в 96-луночного формата пластины, результаты анализа могут быть использованы дл...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Нет конфликта интересов объявлены.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим Национальных Институтов Здоровья (1R21CA138373 и резервных до рака (SU2C) за финансовую поддержку этой работы. HY благодарен за 2009 Elion награду от Американской ассоциации исследований рака, премии Kimmel ученый из Сидни Киммель фонда Исследования Рака (SKF-08-101) и Национального научного фонда факультета Рано премии Карьера (NSF0954819).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Название реагента Компания Номер в каталоге Комментарии (необязательно)
BamHI рестрикции Invitrogen 15201023 Invitrogen ферменты оказались более эффективными, чем альтернативных поставщиков
NheI рестрикции Invitrogen 15444011 Invitrogen ферменты оказались более эффективными, чем альтернативных поставщиков
15 мл труб культуры Fisher Scientific 14-956-1J
SOC СМИ Teknova S0225 Сделано до соответствующего объема и стерилизовать в автоклаве.
LB СМИ Sigma-Aldrich L7275 Сделано до соответствующего объема и стерилизовать в автоклаве.
Хлорамфеникол Sigma-Aldrich CO 3 78 Маточного раствора 30 мг / мл в этаноле, хранящиеся в морозильнике
Арабинозы Fluka 10839 Маточный раствор 2,5% (м / о) в воде хранится в морозильной камере
Na 2 HPO 4 Sigma-Aldrich S9390
NaH 2 PO 4 Sigma-Aldrich S9638
KCl Химические вещества Mallinckrodt 6858-06
MgSO 4 .7 H 2 O Sigma-Aldrich 63138
Додецилсульфата натрия (SDS) Sigma-Aldrich L6026
2-нитрофенил β-D-галактопиранозид (ONPG) Sigma-Aldrich 73660
Z-буфера 16,1 г Na 2 HPO 4
5,5 г NaH 2 PO 4
0.75g KCl
0.246g MgSO 4
Сделать до 1 л, рН 7,0
Z-buffer/chloroform 200 мл β-меркаптоэтанол, 2 мл хлороформа, составляют до 20 мл с Z-буфера. Vortex в течение 1 мин, центрифуги в течение 1 мин при 800 оборотах в минуту. Сделать свежее для каждой пластины.
Z-buffer/SDS 160 мг SDS растворяют в 10 мл Z-буфера
Z-buffer/ONPG 40 мг ONPG в 10 мл Z-буфера. Сделать свежее для каждой пластины
β-меркаптоэтанол Calbiochem 444203
Анти-MBP моноклональное антитело (HRP сопряженных) NEB E8038S
Минимальная сред с мальтозы 1 х M9 соли, 0,4% мальтозы, 1 мг / мл, тиамин, 2 мМ MgSO 4
96-луночного плоской пластине нижней Sarstedt 83.1835.300
Пластина-ридер Beckman Coulter DTX880 Многомодовые детектор
Водяная баня VWRI 89032-204
Shaking инкубатор FormaScientific

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Parker, M. S. Oligomerization of the heptahelical G protein coupling receptors: a case for association using transmembrane helices. Mini Rev Med Chem. 9, 329-339 (2009).
  2. Mo, W., Zhang, J. T. Oligomerization of human ATP-binding cassette transporters and its potential significance in human disease. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 5, 1049-1063 (2009).
  3. von Heijne, G. Membrane-protein topology. Nat Rev Mol Cell Biol. 7, 909-918 (2006).
  4. Van Horn, W. D. Solution nuclear magnetic resonance structure of membrane-integral diacylglycerol kinase. Science. 324, 1726-1729 (2009).
  5. Hattori, M. Mg(2+)-dependent gating of bacterial MgtE channel underlies Mg(2+) homeostasis. Embo J. 28, 3602-3612 (2009).
  6. Ulmschneider, M. B., Sansom, M. S. Amino acid distributions in integral membrane protein structures. Biochim Biophys Acta. 1512, 1-14 (2001).
  7. Deber, C. M., Goto, N. K. Folding proteins into membranes. Nat Struct Biol. 3, 815-818 (1996).
  8. Gerber, D., Shai, Y. In vivo detection of hetero-association of glycophorin-A and its mutants within the membrane. J Biol Chem. 276, 31229-31232 (2001).
  9. Langosch, D., Brosig, B., Kolmar, H. p, Fritz, H. J. Dimerisation of the glycophorin A transmembrane segment in membranes probed with the ToxR transcription activator. J Mol Biol. 263, 525-530 (1996).
  10. Russ, W. P., Engelman, D. M. TOXCAT: a measure of transmembrane helix association in a biological membrane. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 863-868 (1999).
  11. Berger, B. W. Consensus motif for integrin transmembrane helix association. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 703-708 (2010).
  12. Oates, J., King, G., Dixon, A. M. Strong oligomerization behavior of PDGFbeta receptor transmembrane domain and its regulation by the juxtamembrane regions. Biochim Biophys Acta. 1798, 605-615 (2010).
  13. Sal-Man, N., Gerber, D., Shai, Y. Hetero-assembly between all-L- and all-D-amino acid transmembrane domains: forces involved and implication for inactivation of membrane proteins. J Mol Biol. 344, 855-864 (2004).
  14. Sammond, D. W. Transmembrane peptides used to investigate the homo-oligomeric interface and binding hot-spot of the oncogene, latent membrane protein 1. , Forthcoming (2010).
  15. Li, R. Dimerization of the transmembrane domain of Integrin alphaIIb subunit in cell membranes. J Biol Chem. 279, 26666-26673 (2004).
  16. Ruan, W., Becker, V., Klingmuller, U., Langosch, D. The interface between self-assembling erythropoietin receptor transmembrane segments corresponds to a membrane-spanning leucine zipper. J Biol Chem. 279, 3273-3279 (2004).
  17. Finger, C., Escher, C., Schneider, D. The single transmembrane domains of human receptor tyrosine kinases encode self-interactions. Sci Signal. 2, ra56-ra56 (2009).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

ToxRE coliONPG

Похожие статьи