$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Белок-белковые взаимодействия (ИПП) являются основой для биологии 1 и жестко регулируется с помощью пространственно-временных механизмов по многим длины и времени масштабах. Исследования клеточной сигнализации на клеточной мембране, например, показали, динамические, наноразмерные пространственные отсеки, которые облегчают конкретных ИЦП и клеточные процессы 2. Следовательно, возможность проверки ИЦП в биологических системах с достаточным пространственным и временным разрешением, высокой специфичностью и высокой чувствительностью является ключом к достижению механическое понимание биологии.
Бимолекулярные флуоресценции комплементации (BiFC) является одним из немногих существующих инструментов для визуализации ИЦП в клетке с субклеточном разрешение и совместимости жить-клеток 3 - 5. Техника достаточно проста и включает в себя расщепление флуоресценции белка в двух нефлуоресцентных фрагментов; когда генетически привязаны к двух взаимодействующих белков иприведены в близости, фрагменты могут восстановить, чтобы сформировать полный флуоресцентный белок, с получением флуоресцентного сигнала. При правильном проектировании BiFC зонды не должны самопроизвольно восстановить в отсутствие ИПП. Таким образом, сигнал флуоресценции в анализе BiFC будет возникать только в присутствии ИПП, который позволяет прямой визуализации ИПП с высокой специфичностью. Дополнительные преимущества использования флуоресценции как отсчеты высокой чувствительностью, субклеточных разрешение, а также совместимость с высокой пропускной способностью и высоким содержанием скрининга, среди других. Для этих льгот, были разработаны ряд BiFC зондов, основанных на различных белков родитель люминесцентных. Как и во всех других методов обнаружения на основе обычной световой микроскопии, однако, пространственное разрешение BiFC ограничено ~ 250 нм с помощью дифракции света. Это делает его вызов изучить регулирование ИПП на наноуровне, который, как упоминал ранее, и на примере липидов плоты 6 Aй Ras нанокластеры 7, является критическим масштаб длины к пониманию многих клеточных процессов, таких как сигнализации.
BiFC была объединена с фотоактивируемой локализации микроскопии (PALM) 8,9 преодолеть этот предел в пространственного разрешения для визуализации ИЦП 10. PALM является новый метод микроскопии сверхразрешения, что обходит дифракционный предел в флуоресценции через стохастической активации и subdiffractive локализации отдельных флуоресцентных молекул. В каждом цикле активации, флуоресцентная молекула излучает нескольких сотен до нескольких тысяч фотонов и приводит к одной молекуле изображения на детекторе. В то время как изображение дифракционной (~ 250 нм в ширину), его центр тяжести может быть определена с гораздо более высокой точностью, как правило, порядка 10-50 нм в зависимости от числа фотонов, зарегистрированных. При активации и локализации каждый флуоресцентный молекулу в пробе, высокое разрешение изображения может быть восстановлена. Performeд на живые клетки, одна молекула отслеживания (СМТ) ПАЛМ дальнейшие разрешения приобретение тысяч диффузии белка траекторий из одной клетки 11. Важно отметить, что PALM использует специализированные флуоресцентных зондов, таких как фотоактивируемых флуоресцентных белков (ПА-FPS), чтобы достичь стохастический активации. Так как BiFC и PALM использование флуоресцентных белков, они были объединены путем разделения PAmCherry1, обычно используемый PA-FP для PALM, в двух фрагментов между аминокислотами 159 и 160.
Система основана на BiFC разделенного PAmCherry1 показывает низкий фоновый сигнал от спонтанных восстановление двух фрагментов. При генетически привязаны к паре взаимодействующих белков, два фрагмента (РН = остатки 1-159; RC = Met + остатки 160-236) восстанавливали эффективно формировать полные PAmCherry1 белки, даже при 37 ° С и без инкубации при более низких температурах, что это не так для других пар 12 BiFC, таких как родителя mCherry 13. FurthermoRe, восстановленный белок PAmCherry1 сохранил фотофизические свойства родительского PAmCherry1, такие как высокая контрастность, выход среднего фотона, и быстро фотоактивации, среди других, которые имеют решающее значение для точной локализации одной молекулы и PALM изображений с высоким разрешением.
В этом протоколе, использование BiFC пальма для визуализации Рас-Raf взаимодействий в клетках U2OS с помощью разделения PAmCherry1 (фиг.1А) описан. Первым шагом является разработка конструкции, для выражения слитые белки между PAmCherry1 фрагментов (т.е., RN и RC) и белков, представляющих интерес. В теории, для каждой пары кандидатов белков (А и В), существует восемь пар слитых белков, которые будут проверены: РН-А / RC-B; РН-A / B-RC; RC-А / РН-В; RC-A / B-РН; А-РН / RC-Б; А-РН / B-RC; А-RC / РН-В; и А-RC / B-РН. Этот процесс часто может быть упрощена с учетом структурных или биохимических свойств белков-кандидатов. В случае Ras, белокпосттрансляционно изменен на CAAX коробке С-концевой (C = Cys; А = алифатический, X = любое), после чего AAX мотив отщепляется. Следовательно, Р. или RC может быть слит только N-конца Ras; это снижает количество пар слитый белок четырех (фиг.1В). Для Raf, Рас-то связывающего домена (RBD; остатки 51-131) используется и может быть помечены на любом конце. Были получены эти четыре конфигурации слияния: РН-Крас / RC-Раф РосБР; РН-Крас / Раф РосБР-RC; RC-Крас / РН-Раф РосБР; и RC-Крас / Раф РосБР-РН.
Кроме того, линкер между фрагментами и представляющих интерес белков необходимо будет учитывать. Гибкий линкер около десяти аминокислот часто используется, поскольку он обеспечивает достаточную свободу для комплементации происходят. Одним из таких линкер (GGGGS) х2, хотя есть много других, которые были успешно применены, в том числе случайных последовательностей, генерируемых из множественного клонирования (MCS) 14. Длина линкеров может должны быть оптимизированы в зависимг от размера белков интерес и их ориентации при взаимодействии.
Фрагменты PAmCherry1 содержатся в небольшом клонирования позвоночника с фланговые MCSS (см список материалов). Гены интерес может быть вставлен с помощью сайтов рестрикции или лигирования с независимым методом. После клонирования и последовательности проверки, кассета экспрессии передается в вектор экспрессии с использованием реакции рекомбиназы, процесс клонирования с высокой точностью и высокой эффективностью.
Затем полученный экспрессирующие конструкции трансфицировали в клетки-мишени линии или, если стабильной клеточной линии желательно, упаковывают в лентивирусов для инфицирования линии клеток-мишеней. Временная трансфекция позволяет быстро проверки конфигураций BiFC, но потенциальные проблемы должны быть отмечены. Трансфекция с использованием химических веществ, часто подчеркивает клетки, что приводит к высокой флуоресценции; в то время как использование общей флуоресценции внутреннего отражения (TIRF) microscoру может смягчить эту фоновый сигнал путем ограничения объема освещения, TIRF идеал, когда ИПП состоится на клеточной мембране. Кроме того, переходные трансфекции часто приводят к высоким уровням экспрессии белка, что значительно превышает те из эндогенных белков, которые могут привести к появлению артефактов в обнаружении ИЦП. Следовательно, рекомендуется, чтобы стабильных клеточных линий, будут созданы после соответствующей конфигурации BiFC была определена с помощью начального тестирования. Стабильные клеточные линии также имеют потенциал для перестраиваемого выражения с помощью доксициклина индукции 15.
После заражения, клетки отбирают с помощью антибиотиков, как правило, пуромицин и неомицин, по одному для каждой конструкции. Последующие шаги для подготовки образца, получения изображений и анализа данных будет подробно описан в протоколах.
При таком подходе, наблюдается формирование наноразмерных кластеров в BiFC-PALM изображений Рас-Raf РосБР регулярно (2А </ STRONG>). Последовательно, SMT-PALM траектории Рас-Raf РосБР показать неоднородность распределения в диффузионной государств (2В-D). Эти результаты показывают, что существуют Рас-Raf комплексов в нескольких штатах на клеточной мембране, по-видимому, как мономеры и кластеры, с потенциальными биологических последствий. Эта работа демонстрирует силу BiFC-PALM в избирательном изображений ИПП в клетках с нанометровым пространственным разрешением и чувствительностью одной молекулы, которая будет трудно получить с обычными BiFC, флуоресценции совместной локализации, или флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET).
При проектировании BiFC эксперименты и интерпретации результатов, важно иметь в виду, что процесс необратим BiFC в большинстве случаев, в том числе сплит PAmCherry1. После того, как два фрагмента объединить и образуют полную PAmCherry1 белок, связь между двумя фрагментами, и, таким образом PPI становится постоянным. Это ограничивает использование BiFC и BiFC-PALМ для мониторинга динамики ИЦП (т.е. обязательные кинетики и динамики не диффузии белкового комплекса, когда он формируется), а порой может даже привести к mislocalization ИЦП комплексов.
Дополнительным фактором, чтобы рассмотреть при проектировании BiFC пальма эксперименты задержка в созревании хромофора, что присуще флуоресцентных белков. После того, как два белка взаимодействуют и фрагменты FP собрались вместе, они, как правило повторно сворачивают порядка секунд (половина времени 60 сек для EYFP 3). Тем не менее, последующее созревание хромофора и флуоресцентный сигнал развивать порядка минут. В то время как флуоресценция может быть обнаружено в пределах 10 мин после восстановления сплит-Венеры, быстро складной YFP вариант, половина времени для созревания в целом часто около 60 мин 16. Сплит-PAmCherry1 наблюдалось, имеют аналогичные ставки. Следовательно, BiFC и BiFC пальма в настоящее время плохой выбор для мониторинга в режиме реального времени PPI кинетики; другой яthods, такие как FRET и недавно разработанный димеризации зависит флуоресцентного белка 17 может быть более подходящим для этой цели.