Поскольку большинство клеточных процессов опосредованы макромолекулярными ансамблями, систематическая идентификация белок-белковых взаимодействий (ИПП) и идентификация субъединичного состава мультибелковых комплексов может дать представление о функции генов и улучшить понимание биологических систем1, 2. Физические взаимодействия могут быть картированы с высокой степенью достоверности путем крупномасштабной изоляции и характеризации эндогенных белковых комплексов в условиях, близких к физиологическим, на основе аффинной очистки хромосомно меченых белков в сочетании с масс-спектрометрией (APMS). Этот подход был успешно применен к эволюционно разнообразным организмам, включая дрожжи, мух, червей, клетки млекопитающих и бактерии1-6. В частности, мы создали карбокси-концевую систему последовательного пептидного аффинизма (SPA) для очищающих аффинность нативных белковых комплексов из культивируемых грамотрицательных Escherichia coli, используя генетически управляемые лабораторные штаммы хозяина, которые хорошо подходят для полногеномных исследований фундаментальной биологии и консервативных процессов прокариот1, 2, 7. Наша система SPA-мечения аналогична тандемному методу аффинной очистки, первоначально разработанному для дрожжей8, 9, и состоит из пептида, связывающего кальмодулин (CBP), за которым следует сайт расщепления высокоспецифичной протеазы вируса этирования табака (TEV) и трех копий эпитопа FLAG (3X FLAG), что позволяет провести два последовательных раунда аффинного обогащения. После кассетной амплификации секвенционно-специфичные продукты линейной ПЦР, кодирующие SPA-метку и выбираемый маркер, интегрируются и экспрессируются в кадре в виде карбокси-концевых слияний на фоне DY330, который индуцируется для временной экспрессии высокоэффективной гетерологичной системы рекомбинации бактериофага10. Последующая двухступенчатая очистка с использованием кальмодулина и аффинных гранул anti-FLAG позволяет высокоселективно и эффективно восстанавливать даже белковые комплексы с низким содержанием из крупномасштабных культур. Затем с помощью тандемной масс-спектрометрии можно идентифицировать стабильно соочищающиеся белки с высокой чувствительностью (низкие пределы обнаружения нанограммов).
Здесь мы описываем подробные пошаговые процедуры, которые мы обычно используем для систематического мечения белков, очистки и анализа растворимых белковых комплексов из E. coli, которые могут быть масштабированы и потенциально адаптированы к другим видам бактерий, включая определенные условно-патогенные микроорганизмы, которые поддаются рекомбинации. Результирующие физические взаимодействия часто могут выявить интересные неожиданные компоненты и связи, предполагающие новые механистические связи. Интеграция данных ИПП с данными об альтернативных молекулярных ассоциациях, такими как генетические (ген-генные) взаимодействия и прогнозы геномного контекста (ГК), может облегчить выяснение глобальной молекулярной организации мультибелковых комплексов в биологических путях. Сети, созданные для E. coli, могут быть использованы для получения представления о функциональной архитектуре ортологичных продуктов генов у других микробов, для которых функциональные аннотации в настоящее время отсутствуют.