Настоящий протокол описывает пробоподготовку и анализ данных для количественной оценки фосфорилирования белка с использованием улучшенного анализа вытягивания одной молекулы (SiMPull).
Методическая статья
Настоящий протокол описывает пробоподготовку и анализ данных для количественной оценки фосфорилирования белка с использованием улучшенного анализа вытягивания одной молекулы (SiMPull).
Фосфорилирование является необходимой посттрансляционной модификацией, которая регулирует функцию белка и направляет результаты передачи сигналов клетками. Современные методы измерения фосфорилирования белка не могут сохранить гетерогенность фосфорилирования в отдельных белках. Анализ одномолекулярного вытягивания (SiMPull) был разработан для исследования состава макромолекулярных комплексов путем иммунопреципитации белков на стеклянном покровном листе с последующей одномолекулярной визуализацией. Современный метод представляет собой адаптацию SiMPull, которая обеспечивает надежную количественную оценку состояния фосфорилирования полноразмерных мембранных рецепторов на уровне одной молекулы. Визуализация тысяч отдельных рецепторов таким образом позволяет количественно оценить паттерны фосфорилирования белка. Настоящий протокол детализирует оптимизированную процедуру SiMPull, от подготовки образца до визуализации. Оптимизация препаратов стекла и протоколов фиксации антител еще больше повышает качество данных. Текущий протокол предоставляет код для анализа одномолекулярных данных, который вычисляет фракцию рецепторов, фосфорилированных в образце. Хотя эта работа фокусируется на фосфорилировании рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), протокол может быть обобщен на другие мембранные рецепторы и цитозольные сигнальные молекулы.
Мембранно-ассоциированная сигнализация настраивается комбинацией активации мембранных рецепторов, индуцированной лигандами, и рекрутирования последующих вспомогательных белков, которые распространяют сигнал. Фосфорилирование ключевых тирозинов в рецепторных цитоплазматических хвостах имеет решающее значение для инициирования образования сигнальных комплексов, или сигналосом 1,2. Поэтому важным вопросом в биологии является то, как создаются и поддерживаются паттерны фосфорилирования для привлечения сигнальных партнеров и диктовки клеточных результатов. Это включает в себя понимание гетерогенности фосфорилирования рецепторов, как в изобилии, так и в специфических паттернах фосфотирозина, которые могут обеспечить средство манипулирования сигнальными выходами путем диктовки составасигналосомы 3,4,5,6,7. Тем не менее, существуют ограничения в современных методах опроса фосфорилирования белка. Западный блот-анализ отлично подходит для описания тенденций фосфорилирования белка, но является полуколичественным8 и не дает информации о неоднородности системы, потому что тысячи и миллионы рецепторов усредняются вместе. В то время как западные пятна позволяют исследовать образец с использованием фосфоспецифических антител к специфическим тирозинам, они не могут предоставить информацию о многосайтовых моделях фосфорилирования в пределах одного белка. Количественная фосфопротеомика сообщает об изобилии фосфотирозина, но существуют ограничения на обнаружение многосайтового фосфорилирования, поскольку интересующие остатки должны быть расположены в пределах того же пептида (обычно 7-35 аминокислот), который генерируется ферментативным сбраживанием 9,10,11.
Чтобы преодолеть ограничения, упомянутые выше, анализ одномолекулярного вытягивания (SiMPull) был адаптирован для количественной оценки состояний фосфорилирования интактных рецепторов на уровне одной молекулы. SiMPull был впервые продемонстрирован в качестве мощного инструмента для опроса макромолекулярных комплексов Jain et al.12,13. В SiMPull макромолекулярные комплексы были иммунопреципитированы (IP) на стеклянных покровах, функционализированных антителами, а затем проанализированы с помощью одномолекулярной микроскопии для определения числа субъединиц белка и co-IP со сложными компонентами12. Модификация Kim et al.14, получившая название SiMBlot, была первой, которая использовала вариацию SiMPull для анализа фосфорилирования денатурированных белков. Протокол SiMBlot основан на захвате биотинилированных белков клеточной поверхности с использованием покрытых NeutrAvidin покровных пластинок, которые затем исследуются на предмет фосфорилирования с маркировкой фосфоспецифических антител14. Несмотря на эти достижения, необходимы улучшения, чтобы сделать количественную оценку посттрансляционной модификации более надежной и применимой к более широкому спектру белков.
Настоящий протокол описывает оптимизированный подход SiMPull, который использовался для количественной оценки паттернов фосфорилирования интактного рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) в ответ на ряд лигандных состояний и онкогенных мутаций15. Хотя эта работа сосредоточена на EGFR, этот подход может быть применен к любому мембранному рецептору и представляющим интерес цитозольным белкам (POI), для которых доступны качественные антитела. Протокол включает в себя шаги по снижению автофлуоресценции образца, конструкцию массива образцов, которая требует минимального объема образца с одновременной подготовкой до 20 образцов, а также оптимизацию условий маркировки и фиксации антител. Разработаны алгоритмы анализа данных для обнаружения одной молекулы и количественной оценки фосфорилированных белков.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка чехла
ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого шага необходимо надеть средства индивидуальной защиты (СИЗ), которые включают в себя двойной слой нитриловых перчаток, защитные очки или лицевой щиток, а также лабораторный халат.
2. Приготовление лизата SiMPull
ВНИМАНИЕ: Необходимыми СИЗ для остальных этапов протокола являются нитриловые перчатки, защитные очки и лабораторные халаты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Лизаты получали из адгезивных CHO-клеток, экспрессирующих EGFR-GFP. Клетки покрывали в 60-миллиметровой чашке для культуры тканей (TC60) в течение12,13. Клетки CHO культивировали в DMEM с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки, 1% L-глутамина, 1% пенициллина-стрептомицина и 500 нг/мл генетикина (см. Таблицу материалов). Также могут использоваться другие адгезивные клеточные линии или суспензионные ячейки.
3. Функционализация массива биотинилированным антителом
4. SiMPull POI из цельноклеточных лизатов
ПРИМЕЧАНИЕ: Поместите блюдо TC100 из функционализированных массивов SiMPull на лед на оставшуюся часть приготовления SiMPull. Этот шаг представляет собой извлечение POI из общего лизата белка. Лизат не должен использоваться повторно после размораживания.
5. Получение изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Получение одномолекулярного изображения осуществляется с использованием объектива 150x TIRF и разветвителя изображения, который захватывает каждый спектральный канал в определенном квадранте камеры emCCD (см. Таблицу материалов). Калибровочные изображения сначала получаются для регистрации каналов и калибровки усиления камеры с помощью наноструктурированной сетки выравнивания каналов (наносетки), которая содержит 20 x 20 массивов по 200 ± 50 нм отверстий на внутриотрезном расстоянии 3 ± 1 мкм (общий размер ~ 60 мкм × 60 мкм).
6. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Карикатура, изображающая процесс SiMPull, показана на рисунке 1A. Покровные листы функционализируются с использованием NeutrAvidin в качестве якоря для биотинилированных антител против EGFR для захвата EGFR-GFP из общих белковых лизатов. После вымывания несвязанного белка фосфорилированные рецепторы мечутся антифосфотирозиновым (анти-PY) антителом15. На рисунке 1В показано изображение гидрофобной решетки, где несколько образцов могут быть...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол, описанный здесь, был оптимизирован для проведения количественных измерений фосфорилирования рецепторов на уровне одного белка. Было разработано несколько простых, но важных модификаций протокола SiMPull, которые повысили надежность измерения для обнаружения фосфо-тирозина, включая снижение аутофлуоресценции при обработке NaBH4 и постфиксацию образца для предотвращения диссоциации антител. Использование зеленой маски канала для идентификации расположения рецепторов для расчета колокализации с антитело...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения R35GM126934, R01AI153617 и R01CA248166 для DSL. EMB поддерживался в рамках программы ASERT-IRACDA (NIH K12GM088021) и JAR в рамках программы UNM MARC (NIH 2T34GM008751-20). Мы с благодарностью отмечаем использование общего ресурса флуоресцентной микроскопии Комплексного онкологического центра Университета Нью-Мексико, поддерживаемого NIH P30CA118100. Мы хотим отметить докторов Анкура Джайна и Тхэкиджипа Ха, чья оригинальная разработка SiMPull вдохновила эту работу.
ES-C нынешний адрес: Группа иммунодинамики, Лаборатория интегративной иммунологии рака, Центр исследований рака, Национальный институт рака, Bethesda
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Микроцентрифужные пробирки 1,5 мл | MTC Bio | C2000 | |
| 10 мМ Tris-HCl pH 7,4 | |||
| 10 мМ Tris-HCl pH 8,0/ 50 мМ NaCl | T50 Буфер | ||
| 100 мм Чашка для культуры тканей | CELLTREAT | 229620 | Хранение травленого стекла/массивов пираний |
| 15 мл Коническая пробирка | |||
| 16% Параформальдегид водный Раствор | Электронная микроскопия Науки | 15710 | Опасный |
| 50 мл Коническая трубка | Функционализированное стекло Хранение / повторное использование KOH | ||
| 50 мМ Tris-HCl pH 7,2/150 мМ NaCl | Лизис Буферный компонент | ||
| 60 мм Чашка для культуры тканей | Corning | 430166 | |
| 8% глутаральдегид Водный раствор | Электронная микроскопия Науки | 16020 | Опасный |
| ацетон (C3H6O) | Millipore Sigma | 270725 | опасный |
| Alexa Fluor 647 NHS Ester | Thermo Fisher Scientific | A-20006 | |
| Рекомбинантный человеческий EGF без животного происхождения | Peprotech | AF-100-15 | |
| Anti-Human EGFR (внешний домен) – Biotin | Leinco Technologies, Inc | E101 | |
| Anti-p-Tyr антитела (PY99) Alexa Fluor 647 | Santa Cruz Biotechnology | sc-7020 AF647 | |
| Bath-sonicator | Branson | 1200 | |
| BCA Protein Assay Kit Pierce | 23227 | ||
| Biotin-PEG | Laysan Bio | Biotin-PEG-SVA, MW 5,000 | |
| Бычий сывороточный альбумин | Gold Biotechnology | A-420-1 | Тиродовский буферный компонент Воронка |
| Бюхнера Бунзеновская | |||
| горелка | |||
| Хлорид кальция (CaCl2) | Millipore Sigma | C4901 | Тиродовский буферный компонент |
| Скребок для клеток | Bioworld | 30900017-1 | |
| Коническая фильтрующая колба | Fisher Scientific | S15464 | |
| Банка для коплина | WHEATON | 900470 | |
| Автоматизированный счетчик ячеек Countess II | Thermo Fisher Scientific | AMQAX1000 | |
| Coverslips 24 x 60 #1.5 | Электронная микроскопия Науки | 63793 | |
| DipImage | https://diplib.org/ | ||
| DMEM | Caisson Labs | DML19-500 | |
| Камера emCCD | Andor iXon | ||
| Фетальная бычья сыворотка, Optima | Bio-Techne | S12450H | Термоинактивированный |
| Fusion 360 программное обеспечение | Autodesk | ||
| Geneticin G418 Дисульфат | Кессон Labs | G030-5GM | |
| Ледяная уксусная кислота (CH3COOH) | JT Baker | JTB-9526-01 | Опасный |
| Стеклянные серологические пипетки | |||
| Стеклянная палочка | |||
| глюкозы (D-(+)-глюкозы) | Millipore Sigma | D9434 | Буферный компонент Тироде |
| Halt Фосфотазы и ингибитора протеазы (100X) | Thermo Fisher Scientific | 78446 | Буферный компонент лизиса |
| HEPES | Millipore Sigma | H3375 | TyrodeБуферный компонент |
| соляной кислоты (HCl) | VWR | BDH7204-1 | Опасная |
| перекись водорода (H2O2) (3%) | HX0645 | ||
| Перекись водорода (H2O2) (30%) | EMD Millipore | HX0635-2 | |
| Ice | |||
| IGEPAL CA-630 ( NP-40) | Sigma Aldrich | I8896 | Лизис буферный компонент |
| ImmEdge Гидрофобный барьер Pen | Vector Laboratories | H-4000 | |
| Immersol 518F Immersion oil | Zeiss | 444960-0000-000 | |
| собственная вакуумная линия | |||
| L-глутамин | Thermo Fisher Scientific | 25030-164 | |
| Гексагидрат хлорида магнесии (MgCl2-6H2O) | MPBio | 2191421 | Tyrode's Buffer Component |
| Matlab | Mathworks | Curve Fitting Toolbox, Набор инструментов для параллельных вычислений и набор инструментов для статистики и машинного обучения | |
| Метанол (CH3OH) | IBIS Scientific | MX0486-1 | Опасная |
| вода | Milli-Q | ||
| Mix-n-Stain CF Наборы для мечения антител | Biotium | 92245 | Предлагаемый набор для конъюгации |
| mPEG | Laysan Bio | mPEG-сукцинимидилвалерат, MW 5,000 | |
| N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан | UCT United Chemical | A0700 | Опасная |
| наносетка | Miraloma Tech | ||
| NeutrAvidin Biotin Связывающий белок | Thermo Fisher Scientific | 31000 | |
| Азот (сжатый газ) | |||
| NVIDIA GPU с CUDA | Ищите совместимость в https://www.mathworks.com/help/parallel-computing/gpu-support-by-release.html | ||
| Olympus iX71 Микроскоп | Olympus | ||
| Parafilm M Герметизирующая пленка | Лабораторное депо | HS234526C | |
| PBS pH 7.4 | Caisson Labs | PBL06 | |
| PC-200 Аналоговая горячая пластина | Corning | 6795-200 | |
| Пенициллин-стрептомицин (10 000 ЕД/мл) | Thermo Fisher Scientific | 15140-163 | |
| Рецептор фосфо-EGF (Tyr1068) (1H12) Технология передачи сигналов клеток mAb мыши | 2236BF | ||
| Хлорид калия (KCl) | Millipore Sigma | 529552 | Буферный компонент Tyrode |
| Гидроксид калия (KOH) | Millipore Sigma | 1050330500 | опасная |
| нить премиум-класса PLA, диаметр 1,75 мм | Raise 3D | PMS: 2035U/RAL: 3028 | Диапазон температур печати: 205-235 ° C |
| Pro2 3D принтер | Raise 3D | ||
| Pyrex 1 л стакан | |||
| PYREX 100 мл хранение бутылок | Corning | 1395-100 | CH3OH/C3H6O повторное использование |
| Pyrex 250 мл стаканы | |||
| Pyrex 4 л стакан | |||
| Quad-view Изображение Сплиттер | Фотометрическая | модель QV2 | |
| Охлаждаемая центрифуга | Eppendorf | EP-5415R | |
| RevCount Счетчики ячеек, EVE Cell Counting Slides | VWR | 10027-446 | |
| Эмиссионные фильтры Semrock: синий (445/45 нм), зеленый (525/45 нм), красный (600/37 нм), дальний красный (685/40 нм) | Semrock | LF405/488/561/635-4X4M-B-000 | |
| Серологический контроллер пипетки | |||
| Серологические пипетки | |||
| поражают пакет | https://github.com/LidkeLab/smite.git | ||
| бикарбонат натрия (NaHCO3) | Sigma Aldrich | S6014 | опасный |
| борогидрид натрия (NaBH4) | Millipore Sigma | 452874 | Tyrode' s Буферный компонент |
| Хлорид натрия (NaCl) | Millipore Sigma | S9625 | Активация путем последовательного нагрева и циклирования pH |
| Гидроксид натрия | VWR | BDH3247-1 | |
| Ортванадат натрия (Na3VO4) | Millipore Sigma | S6508 | Опасная |
| серная кислота (H2SO4) | Millipore Sigma | 258105 | опасные |
| микросферы TetraSpeck | Thermo Fisher Scientific | T7279 | мультифлуоресцентные шарики |
| Трис (Тризма) основа | Millipore Sigma | T1503 | |
| Трипан синий морилка, 0,4% | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | |
| трипсин-ЭДТА 0,05% | Thermo Fisher Scientific | 25300120 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение