本文描述了一种利用放射性标记和荧光素酶融合蛋白在Xenopus卵提取物中分析蛋白质降解的方法,并介绍了该方法在小分子蛋白质降解调节剂高通量筛选中的应用。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
* These authors contributed equally
本文描述了一种利用放射性标记和荧光素酶融合蛋白在Xenopus卵提取物中分析蛋白质降解的方法,并介绍了该方法在小分子蛋白质降解调节剂高通量筛选中的应用。
Xenopus laevis 卵提取物是一种经过充分表征且稳定的系统,可用于研究多种细胞过程的生物化学机制。Xenopus 卵提取物已被广泛应用于多种细胞环境中的蛋白质降解研究,包括细胞周期和信号转导通路1-3。本文描述了一种优化后的Xenopus 卵提取物制备方法,该方法可有效促进Wnt信号通路关键组分β-catenin的降解。文中介绍了两种评估Xenopus 卵提取物中β-catenin蛋白降解的方法:一种方法具有良好的视觉可读性(使用[35S]放射性标记蛋白),另一种则更易于扩展用于高通量检测(使用萤光素酶标记的融合蛋白)。所述技术可用于但不限于评估β-catenin蛋白的周转速率,并鉴定参与其降解的分子组分。此外,能够大量制备均一的Xenopus 卵提取物,结合萤光素酶标记蛋白所具有的定量性和操作简便性,使得该系统可轻松适用于针对β-catenin降解调节剂的高通量筛选。
Xenopus laevis 卵提取物已被广泛用于研究多种细胞生物学过程,包括细胞骨架动态、核组装与核输入、细胞凋亡、泛素代谢、细胞周期进程、信号转导以及蛋白质 turnover1-17。该 非洲爪蟾 卵母细胞提取物系统适用于对大量细胞过程进行生化分析,因为卵母细胞提取物本质上是未稀释的细胞质,含有执行这些过程所需的所有基本胞质组分,从而支持相关研究。可一次性制备大量卵母细胞提取物,用于需要大量材料的生化操作。例如蛋白质纯化或高通量筛选18-20另一个优点是,特定蛋白质的浓度在 非洲爪蟾 通过添加重组蛋白和/或对内源性蛋白进行免疫耗竭,可精确调控卵提取物中的蛋白水平,而转染质粒DNA时,目标蛋白的表达水平则难以控制。此外,可通过添加编码目标蛋白的转录本以弥补重组蛋白的缺乏,从而利用新鲜制备的 非洲爪蟾 卵提取物高效翻译外源添加mRNA的能力
蛋白质降解的调控对于控制许多细胞通路和过程至关重要21。Xenopus 卵提取物已被广泛用于研究蛋白质降解,因为该系统允许以多种方式监测蛋白质转换,同时避免转录和翻译的干扰影响。Wnt 信号通路是一条高度保守的信号通路,在发育和疾病中发挥关键作用。作为 Wnt 通路主要效应分子的 β-catenin,其转换受到高度调控,而 β-catenin 稳态水平的升高对于 Wnt 靶基因的激活至关重要。β-catenin 降解的重要性体现在:在约 90% 的散发性结直肠癌病例中,均发现 Wnt 通路中抑制 β-catenin 降解的突变22。Wnt 通路组分介导的 β-catenin 降解可在 Xenopus 卵提取物中被真实重现,从而用于研究其转换机制,并鉴定调控其降解的新型小分子调节剂2,19,20,23-29。
制备方法 非洲爪蟾 用于研究细胞周期的卵提取物已在先前文献中有所描述 乔维 出版物30-32. 本方案描述了这些方法的一种改进,且已优化用于降解[35S]-放射性标记的β-catenin和荧光素酶标记的β-catenin在 非洲爪蟾 卵提取物。放射性标记降解实验可通过放射自显影直接观察蛋白质水平。[35S]甲硫氨酸通过使用一种 体外 翻译反应可直接加入降解反应体系中。此外,放射性标记的蛋白质转换实验无需针对目标蛋白的特异性抗体或表位标签,从而避免了这些元件可能对蛋白质稳定性造成的影响。由于放射性标记蛋白条带强度的变化能够灵敏地反映蛋白质水平的微小改变,因此通过放射自显影即可清晰观察到这些变化,[35S标记的降解实验是用于可视化蛋白质 turnover 的一种非常有用的方法2.
将β-catenin与萤火虫荧光素酶(下文简称为"luciferase")融合,可实现对蛋白水平的精确且简便的定量检测,从而确定β-catenin降解的动力学特性19,20。荧光素酶检测的主要优势在于其提供了一个高度定量的系统,且易于扩大规模。以下方案提供了检测β-catenin降解的简便方法,以及一种稳健、高效且适用于高通量筛选新型β-catenin调节剂的方法。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 制备Xenopus 卵提取物
注意:每只青蛙可获得约 1 ml 可用的卵提取物。通常一次制备 10 只青蛙的提取物,下述缓冲液体积适用于 10 只青蛙的 Xenopus 卵提取物制备。根据卵提取物制备规模的大小,可相应调整缓冲液的体积。采用此方法制备的提取物,蛋白质浓度 consistently 可达 ≥ 50 mg/ml。收集卵并将其加工成提取物的过程由两人协作完成效率最高。(有关基本的青蛙饲养技术,请参见 Sive et al.33)。
2. 准备β-catenin降解实验的提取物
3. 在爪蟾卵提取物中进行放射性标记的β-catenin降解实验
注意:除非另有说明,所有步骤均需在冰上进行。
4. 爪蟾卵提取物中β-catenin-荧光素酶降解实验
除非另有说明,所有步骤均需在冰上进行。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
β-catenin降解的示意图 非洲爪蟾 卵提取物如图所示 图 2A. 35S标记的β-catenin在 非洲爪蟾 卵提取物,在适当时间点取出等分试样(相当于1 ml提取物),样品经SDS-PAGE后进行放射自显影。Wnt信号通路组分介导的β-catenin降解由泛素-蛋白酶体系统完成2,以及[35S]-放射性标记的 β-catenin 在 非洲爪蟾 添加蛋白酶体抑制剂MG132可抑制该提取物的活性 图2BWnt 通路组分对 β-catenin 的降解依赖于 GSK3 对其的磷酸化34GSK3依赖性降解可通过多种方法轻松验证 非洲爪蟾 卵提取物:1) β-catenin(SA)突变体(GSK3磷酸化位点突变为丙氨酸)在其中保持稳定 非洲爪蟾 与野生型β-catenin蛋白相比的卵提取物 图2B2)GSK3的小分子抑制剂(LiCl)同样可抑制β-catenin的降...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
Xenopus 卵提取物是研究 β-catenin 降解的强有力生化体系。Xenopus 卵提取物中 β-catenin 的浓度约为 25 nM 2。在最佳条件下,该卵提取物降解 β-catenin 的速率为 50–100 nM/hr,其半最大降解速率出现在 200 nM24。利用 Xenopus 卵提取物成功重建 β-catenin 降解过程涉及多个关键步骤,包括:1)制备高质量的 Xenopus 卵提取物以及提取物的制备方式;2)制备高质量的放射性标记 β-catenin 和 β-catenin-荧光素酶蛋白;3)优化反应条件以支持 β-catenin 的降解;4)正确处理反应时间点。
制备高质量的Xenopus卵提取物,使其能够有效降解β-catenin,取决于卵的质量以及在破碎步骤前对卵的处理方式,以及后续通过离心获得最终提取物的操作。如实验方案所述,必须确保仅使用高质量的卵(表现为深色动物极与浅色植物极之间对比清晰),在整个过程中...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
感谢Laurie Lee对本文手稿的审阅。T.W.C. 由美国心脏协会博士前奖学金(12PRE6590007)资助。M.R.B. 由美国国家癌症研究所培训基金(T32 CA119925)资助。S.S.H. 由美国国立卫生研究院资助(R01DK078640)。E.L. 由美国国立卫生研究院资助(R01GM081635 和 R01GM103926)。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 孕马血清促性腺激素(PMSG) | ProSpec | hor-272-A | 使用前用蒸馏水重悬。 |
| 人绒毛膜促性腺激素 | Sigma | CG10-10VL | |
| 氯化钾 | Fisher | BP366-1 | |
| 氯化钠 | Research Products International | S23020-5000.0 | |
| 氯化镁 | Fisher | BP214-500 | |
| 氯化钙 | Acros Organics | AC42352-5000 | |
| HEPES | Fisher | BP310-1 | |
| 半胱氨酸 | Acros Organics | AC17360-1000 | |
| 亮抑酶肽 | Sigma | L2884-10MG | |
| 抑肽酶 | Sigma | A1153-10MG | |
| 胃蛋白酶抑制剂 | Sigma | P4265-5MG | |
| 细胞松弛素B | Sigma | C8273-10MG | |
| 3 ml 注射器:鲁尔锁头 | Becton Dickinson | 309657 | |
| 27 G 针头 | Becton Dickinson | 305109 | |
| 96孔实底白色聚苯乙烯微孔板,圆底 | Corning | 3605 | |
| Steady-Glo 萤光素酶检测试剂系统 | Promega | E2520 | 长期储存于 -80 °C,可在 -20 °C 储存长达1个月 |
| TNT Sp6 偶联网织红细胞裂解物系统 | Promega | L4600 | |
| TNT Sp6 高产小麦胚芽蛋白表达系统 | Promega | L3260 | 通常比网织红细胞裂解物产量更高 |
| EasyTag Express 蛋白标记混合物 [S35] | Perkin Elmer | NEG772007MC | |
| 磷酸肌酸 | Sigma | 27920-5G | |
| ATP | Sigma | A2383-5G | |
| 肌酸磷酸激酶 | Sigma | C3755-35KU | |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma | D8418-50ML | |
| Dual-Glo 萤光素酶检测试剂系统 | Promega | E2920 | 储存条件与 Steady-Glo 相同 |
| 50 ml 离心管 | Fisher Scientific | 0556214D | |
| Sorvall SS-34 固定角转子 | Thermo Scientific | 28020 | |
| 115 V 50/60 Hz 微型离心机 | Fisher Scientific | 05-090-128 | |
| mMessage mMachine Sp6 试剂盒 | Ambion | AM1340 | |
| 抗萤火虫萤光素酶抗体 | Abcam | ab16466 | |
| 抗GSK3抗体 | BD Transduction Laboratories | 610201 | |
| FLUOStar Optima | BMG Labtech | ||
| Sorvall RC-6 Plus 离心机 | Thermo Scientific | ||
| 16 °C 培养箱 | Percival Scientific |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
A correction was made to Reconstitution Of β-catenin Degradation In Xenopus Egg Extract. At the time of publication there were some instances where an incorrect volume notation was used. These instances were corrected from:
2.1.2. Add extract to 1/10 the volume of pelleted antibody or affinity beads (e.g., 20 ml pelleted beads to 200 ml extract). In order to minimize dilution of the extract, withdraw as much liquid from the beads as possible before addition of the extract using gel loading tips with long, tapered tips.
2.2.5. Aliquot the appropriate volumes for degradation assay into pre-chilled microfuge tubes on ice. For radiolabeled β-catenin degradation assays, withdraw 2-5 ml extract for each time point.
3.2.3. At the designated time point, remove 1-5 ml of the sample and mix immediately with SDS sample buffer (5x volume) to stop the reaction. To make sure the degradation reaction is completely terminated, flick tube several times and vortex vigorously.
3.2.4. Perform SDS-PAGE/autoradiography. Run 1 ml equivalents (~50 mg of protein) of the extract for each time point/lane. Degradation of β-catenin in Xenopus egg extract should be evidenced by the time-dependent decrease in intensity of the radiolabeled β-catenin band Figure 2. Quantify results using ImageJ, ImageQuant, or other preferred imaging software if necessary.
4.2.2. Add in vitro-translated β-catenin-luciferase fusion (from 4.1) into prepared Xenopus reaction mix (from 2.2) on ice and mix well as in 3.2.1. NOTE: The activity of the β-catenin luciferase that is added to the extract is typically between 20 - 50,000 relative luminescence units (RLU)/ml of extract (based on measurements obtained from 4.1.2). Starting signal should be approximately 100,000 RLU (2-5 ml of the in vitro-translated β-catenin-luciferase fusion).
to:
2.1.2. Add extract to 1/10 the volume of pelleted antibody or affinity beads (e.g., 20 µl pelleted beads to 200 µl extract). In order to minimize dilution of the extract, withdraw as much liquid from the beads as possible before addition of the extract using gel loading tips with long, tapered tips.
2.2.5. Aliquot the appropriate volumes for degradation assay into pre-chilled microfuge tubes on ice. For radiolabeled β-catenin degradation assays, withdraw 2-5 µl extract for each time point.
3.2.3. At the designated time point, remove 1-5 µl of the sample and mix immediately with SDS sample buffer (5x volume) to stop the reaction. To make sure the degradation reaction is completely terminated, flick tube several times and vortex vigorously.
3.2.4. Perform SDS-PAGE/autoradiography. Run 1 µl equivalents (~50 mg of protein) of the extract for each time point/lane. Degradation of β-catenin in Xenopus egg extract should be evidenced by the time-dependent decrease in intensity of the radiolabeled β-catenin band Figure 2. Quantify results using ImageJ, ImageQuant, or other preferred imaging software if necessary.
4.2.2. Add in vitro-translated β-catenin-luciferase fusion (from 4.1) into prepared Xenopus reaction mix (from 2.2) on ice and mix well as in 3.2.1. NOTE: The activity of the β-catenin luciferase that is added to the extract is typically between 20 - 50,000 relative luminescence units (RLU)/µl of extract (based on measurements obtained from 4.1.2). Starting signal should be approximately 100,000 RLU (2-5 µl of the in vitro-translated β-catenin-luciferase fusion).