Убиквитинация, незаменимая посттрансляционная модификация, является критически важным регулятором внутриклеточных функцийбелка 1. Система убиквитин-протеасома (UPS), которая опосредует деградацию более 80% белков у эукариот, состоит из убиквитина (Ub), ферментов, активирующих E1, ферментов, конъюгающих E2, лигазов E3, деубиквитилирующих ферментов (DUBs) и протеасомы26S. Эта система регулирует оборот белков с высокой специфичностью, тем самым контролируя важные клеточные процессы, такие как прогрессия клеточногоцикла 3, передачасигнала 4,5 и стрессовыереакции 6,7. Убиквитинация — это многоступенчатый ферментативный процесс. E1 гидролизует АТФ, чтобы аденилировать C-конец Ub, образуя промежуточный продукт Ub-AMP. Затем активированный Ub переносится из E1 в активный центр цистеина конъюгающего фермента E2, образуя тиоэфирную связь. Наконец, E3-лигаза привлекает как комплекс E2-Ub, так и целевой белок, катализируя перенос Ub из E2 в остаток лизина насубстрате 8.
Убиквитин может образовывать разнообразные полиубиквитиновые цепи через связь в семи остатках лизина (Lys6, Lys11, Lys27, Lys29, Lys33, Lys48, Lys63) или Met1(M1)4. Каждый тип связки определяет разные биологические исходы: цепи, связанные с K48, в первую очередь нацелены на белки для деградации протеасом, цепи с K63 регулируют сигнализацию и восстановлениеДНК 10,11, а цепи M1 критически важны для врождённого иммунногоответа 12. Убиквитинация и дейбиквитинация — ключевые процессы посттрансляционной модификации, которые управляют различными клеточными событиями — от деградации белков до передачи сигналов. Например, при колоректальном раке аномальная активация убиквитинации p53, опосредованной MDM2, приводит к чрезмерной деградации p53, что снижает его способность вызывать остановку клеточный цикл и апоптоз, тем самым способствуя прогрессированию опухоли и химиорезистентности13,14. При поражении ишемии-реперфузии печени OTUD1 стабилизирует NRF2, удаляя его связанную с K48 полиубиквитинирование, тем самым снижая уровни внутриклеточного окислительногостресса 15,16. Ряд ингибиторов протеасом, таких как бортезомиб, карфилзомиб и иксазомиб, постепенно входит в клиническую практику при лечении таких заболеваний, как множественнаямиелома 17,18,19.
В настоящее время существует множество методов обнаружения убиквитинированных белков, включая вестерн-блоттинг, анализы на основе радиоактивности и флуоресцентныеанализы 20. Однако в научных исследованиях вестерн блот остаётся предпочтительным методом обнаружения убиквитинации белков благодаря своему относительно быстрому и простому протоколу. Традиционные методы обнаружения убиквитинированных белков схожи с технологией коиммунопреципитации (co-IP): они используют буфер лизиса для инкубации и лизирования клеточных гранул при низкой температуре с целью высвобождения белков, затем антитела обнаруживают убиквитинирование субстратныхбелков 21,22. Однако этот экспериментальный протокол часто требует большого количества клеток. Кроме того, поскольку относительно мягкий метод лизиса при низкой температуре не может полностью нарушить взаимодействия белков, это увеличивает вероятность ложноположительных результатов при обнаружении убиквитинации. Нагрев и использование SDS могут значительно нарушать структуру белка, вызывая их полную денатурацию, тем самым эффективно снижая ложноположительные результаты, вызванные взаимодействием белкови белков 23,24,25. Аналогично, клетки проходят достаточный лизис при нагреве и обработке SDS, высвобождая больше белков и, соответственно, уменьшая количество клеток, необходимых для эксперимента. В итоге, как метод ледяной ванны, так и метод термической обработки лизают клетки и определяют убиквитинации белков субстрата посредством инкубации антител. Однако метод нагрева приводит к большему лизу клеток и более сильной денатурации белка.
TGF-β играет двойную роль в патофизиологических процессах различныхзаболеваний 26,27. SMAD2 — это критически важный транскрипционный фактор TGF-β. SMURF2-опосредованная убиквитина SMAD2 нацелена на деградацию протеасом, тем самым тонко настраивая интенсивность сигнализации TGF-β28. В этом исследовании выделяются и сравниваются два метода лизиса клеток для измерения уровней убиквитинации в клетках млекопитающих с использованием SMURF2/SMAD2 в качестве модели. Здесь избыточная экспрессия белка в HEK293T клетках была индуцирована временной трансфекцией плазмидами HA-Ub, FLAG-SMAD2 и MYC-SMURF2. Клетки лизировали с использованием метода ледяной ванны и термической обработки соответственно. Убиквитинированные белки были обнаружены методом анализа западного блота. Мы обнаружили, что как метод ледяной ванны, так и метод термической обработки могут использоваться для выявления уровней убиквитинации, а метод термической обработки может облегчить обнаружение убиквитинации SMAD2. Этот протокол предлагает новую альтернативу для обнаружения убиквитинированных белков. Кроме того, для некоторых субстратных белков, тесно связанных с убиквитинацией, метод термической обработки обеспечивает лучшую эффективность лиза белка, что облегчает обнаружение убиквитинации.