AAA+ протеазы — это консервативные, зависящие от АТФ молекулярные машины, которые играют центральную роль в контроле качества белка и регуляторном протеолизе 1,2. Эти аппараты содержат гексамерное кольцо из доменов AAA+ АТФаз, которые гидролизуют АТФ, распознавают, раскрывают и транслируют субстраты в домен компартментальных протеазных длядеградации 1. Хотя цитоплазматические протеазы AAA+, такие как ClpXP3 иLon 4, были широко изучены с помощью хорошо известных in vitro тестов, мембранно-связанные AAA+ протеазы остаются сравнительно слабо изучены. Этот разрыв во многом отражает технические сложности, связанные с восстановлением мембранных белков в определённые липидные среды и количественным измерением их протеолитической активности in vitro. Общая цель этого метода — установить чувствительные количественные анализы для изучения протеолитической активности мембранных протеаз.
FtsH — единственная необходимая протеаза AAA+ при Escherichia coli и служит прототипической мембранно-связанной протеазойAAA+ 5,6,7. Закреплённый на внутренней мембране N-концевыми трансмембранными спиралями, FtsH разрушает разнообразный набор цитоплазматических и мембранных субстратов, тем самым регулируя контроль качества мембранных белков, стрессовые реакции и липидныйгомеостаз 8,9,10,11. Одним из наиболее хорошо изученных субстратов является LpxC — растворимая деацетилаза, катализующая первый фиксированный этап биосинтеза липополисахаридов (LPS) 12,13. Эффективное разложение LpxC с помощью FtsH требует мембранного белка LapB, который выполняет функции адаптера, специально распознавая LpxC и доставляя его впротеазу 14,15,16,17,18.
Несмотря на свою физиологическую значимость, количественный анализ протеолиза, опосредованного FtsH, in vitro был ограничен, особенно для цитоплазматических субстратов, таких как LpxC. Традиционные анализы деградации in vitro используют FtsH, очищенный в детергентныхмицеллах 13,19, которые не создают мембранную среду для мембранно-закреплённой протеазы. Кроме того, анализы на деградацию часто основаны на обнаружении исчезновения субстрата на основе SDS–PAGE 13, что может быть трудоёмким, низкопроизводительным и недостаточно чувствительным для кинетического анализа. В последнее время FtsH, реконструированный в бицеллы, использовался для изучения деградации мембранных субстратов, как это было разработано группой ХидокаХонга 20; Однако сопоставимой системы анализа цитоплазматических субстратов до сих пор отсутствует. Здесь мы адаптируем восстановление бицеллы Хидока Хона к реконструкции протеолипосом, чтобы имитировать оболочную среду. Кроме того, водорастворимый субстрат LpxC флуоресцентно-маркирован, что позволяет чувствительно и количественно измерять кинетику FtsH/LapB-зависимого деградации LpxC in vitro.
Этот метод следует использовать, когда исследователям необходимо количественно измерить протеолиз водорастворимых субстратов, опосредованный FtsH. Это даёт несколько преимуществ по сравнению с существующими подходами. Во-первых, флуоресцентное обнаружение протеолитических продуктов, а не исчезновения субстрата, значительно улучшает чувствительность и динамический диапазон, облегчая количественное сравнение протеолитической активности. Во-вторых, использование протеолипосом сохраняет мембранный контекст, необходимый для функции FtsH, одновременно позволяя точный контроль состава белков илипидов 18. Наконец, хотя протокол разработан с использованием системы FtsH–LapB–LpxC, он легко адаптируется к другим мембранно-связанным AAA+ протеазам и их цитоплазматическим субстратам, требующим механизмов деградации, связанной с мембраной.