Жировое ацилирование включает в себя ковалентное добавление жирных кислот к белкам и хорошо известно своей важностью в стимулировании белково-мембранных взаимодействий, но также было показано, что оно способствует белково-белковым взаимодействиям, конформационным изменениям и регулирует каталитические участки ферментов1,2,3,4,5,6,7 . Жировая ацилляция стала потенциальной мишенью для лекарств при множестве заболеваний, включая инфекцию, рак, воспаление и нейродегенерацию, где были задокументированы нарушения пальмитоилирования8,9,10,11,12,13. Это было в первую очередь стимулировано разработкой новых методов химического обнаружения, которые позволили крупномасштабно идентифицировать S-ацилированные белковые мишени.
Жировое ацилирование может включать в себя различные модификации, включающие ковалентное добавление насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, но обычно относится к N-миристоилированию и S-ацилированию. N-миристоилирование относится к добавлению миристиновой кислоты к N-концевым глицинам либо котрансляционно на зарождающихся полипептидах, либо посттрансляционно на вновь подвергшихся воздействию N-концевых глицинов после протеолитического расщепления2,14. N-миристоилирование происходит через необратимую амидную связь. С другой стороны, S-ацилирование обычно относится к обратимому добавлению длинноцепочечных жирных кислот к остаткам цистеина через тиофирную связь. Наиболее распространенная форма этой модификации включает включение пальмитата и, следовательно, обычно упоминается как S-пальмитоилирование, или просто пальмитоилирование11,15. Во многом S-пальмитоилирование похоже на фосфорилирование. Он динамичен, ферментативно регулируется и оказывается очень податливым.
Вплоть до последнего десятилетия изучение жирового ацилирования затруднялось ограниченными методами обнаружения, которые требовали радиоактивно меченых жирных кислот. Это имело несколько недостатков, включая стоимость, проблемы безопасности и очень длительное время обнаружения. Как правило, для обнаружения S-ацилирования16 использовали либо тритиированный, либо йодированный пальмитат. Тритиированный пальмитат требует длительных периодов обнаружения с ауторадиографической пленкой, которые могут занять от нескольких недель до месяцев. В то время как [125I] аналоги йодо-жирных кислот сокращали время обнаружения, они представляли гораздо более высокий риск безопасности и требовали тщательного мониторинга щитовидной железы экспериментаторов. Кроме того, эти методы были неколичественными, поэтому ограничивали возможность измерения динамического пальмитоилирования, а также трудоемкие для настройки и очистки из-за дополнительных средств индивидуальной защиты и радиоактивного мониторинга. Наконец, радиоактивные метки не очень хорошо подходили для протеомных исследований и обычно ограничивались обнаружением специфических белков, представляющих интерес, с низкой пропускной способностью. По мере того, как было обнаружено больше субстратов и неизбежно были идентифицированы ферменты, опосредующие каждую модификацию, стало ясно, что требуются новые методы обнаружения17,18,19,20,21. Практически одновременно возникло несколько новых методов обнаружения жировых ацилированных белков. Первый использует обратимость и реакционную способность тиоэфирной связи S-ацилирования. Анализ ацил-биотинового обмена (ABE) химически заменяет пальмитат биотином для последующего вытягивания S-ацилированных белков с использованием шариков авидина агарозы и прямого обнаружения западным блотом22,23,24. Затем была разработана биоортогональная маркировка жирных кислот и хемоселективное добавление к меткам или ручкам, которые включали использование лигирования Штаудингера и химии щелчков25,26,27,28,29,30,31,32,33 . Наконец, подобно ABE, захват с помощью ацил-смолы (RAC) по существу заменяет S-ацилированные участки тиол-реактивными шариками для захвата и обнаружения S-ацилированных белков34,35. В совокупности анализы обмена и щелковой химии обеспечили более эффективные и чувствительные методы обнаружения ацилирования и аффинной очистки для последующего анализа и впоследствии привели к открытию тысяч S-ацилированных белков8,36.
Термин щелкающая химия охватывает группу химических реакций, но чаще всего относится к Cu(I)-катализируемому азидо-алкину [3+2] механизму реакции циклоприсоединения между алкиниловой группой и азидогруппой27,28,37. В частности, в случае жирового ацилирования химия щелчка включает обнаружение S-пальмитоилирования или N-миристилирования путем включения биоортогонального 16-углеродного алкинил-пальмитата (15-гексадециновая кислота; 15-HDYA) или 14-углеродного алкинил-миристата (13-тетрадециновая кислота; 13-TDYA), соответственно, в клетки для маркировки эндогенно ацилированных белков28 . После лизиса клеток и иммунопреципитации интересующего белка проводится химическая реакция щелчка (ковалентная связь между алкином и азидом) для связывания аффинного зонда, обычно биотина, для обнаружения западным блотом28,37. Альтернативно, щелкающая химия может быть выполнена на общем клеточном лизате, а жирные ацилированные белки могут быть аффинно очищены для идентификации с помощью масс-спектрометрии. Начальная щелчок химической реакции с азидо-биотином повысила селективность и чувствительность обнаружения более чем в миллион раз по сравнению с радиоактивностью2. Еще одним преимуществом щелковой химии является то, что ее можно комбинировать с другими классическими методами маркировки, такими как импульсный анализ оборота белка с использованием азидо-гомоаланина для количественного анализа38. Кроме того, флуоресцентные зонды могут использоваться вместо биотина или других биохимических зондов, таких как метки FLAG или Myc, для изучения локализации белка16,28,39.
Несмотря на относительную простоту использования щелкающей химии, обнаружение может быть ограничено низкой растворимостью и потенциальной токсичностью использования длинноцепочечных свободных жирных кислот в клеточной культуре40. В частности, несмотря на предпочтение пальмитата во время S-ацилирования для большинства белков, во многих исследованиях использовался 18-углеродный стеарат (17-октадециновая кислота - 17-ODYA), а не пальмитат (15-HDYA) для обнаружения S-ацилированных белков из-за его коммерческой доступности и относительно низкой стоимости. Тем не менее, 17-ODYA очень нерастворим и требует особого внимания при использовании. Кроме того, щелкающая химия может потребовать некоторой тонкой подготовки и хранения химических веществ. В настоящем документе описывается подход к маркировке, который оптимизирует доставку с использованием омыления жирных кислот, доставки с BSA без жирных кислот и делипидированной фетальной бычьей сывороткой (FBS) для повышения растворимости и обхода потенциальных токсических эффектов добавления свободных жирных кислот в клетки28. Этот метод работает в различных типах клеток и даже использовался у живых животных28.