Summary

En ELISA baseret Indbinding og konkurrence metode til hurtigt at afgøre, ligand-receptor interaktioner

Published: March 14, 2016
doi:

Summary

The presented protocols describe two enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) based techniques for the rapid investigation of ligand-receptor interactions: The first assay allows the determination of dissociation constant between ligand and receptor. The second assay enables a rapid screening of blocking peptides for ligand-receptor interactions.

Abstract

A comprehensive understanding of signaling pathways requires detailed knowledge regarding ligand-receptor interaction. This article describes two fast and reliable point-by-point protocols of enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) for the investigation of ligand-receptor interactions: the direct ligand-receptor interaction assay (LRA) and the competition LRA. As a case study, the ELISA based analysis of the interaction between different lambda interferons (IFNLs) and the alpha subunit of their receptor (IL28RA) is presented: the direct LRA is used for the determination of dissociation constants (KD values) between receptor and IFN ligands, and the competition LRA for the determination of the inhibitory capacity of an oligopeptide, which was designed to compete with the IFNLs at their receptor binding site. Analytical steps to estimate KD and half maximal inhibitory concentration (IC50) values are described. Finally, the discussion highlights advantages and disadvantages of the presented method and how the results enable a better molecular understanding of ligand-receptor interactions.

Introduction

En omfattende forståelse af signalveje kræver detaljeret viden om ligand-receptor interaktion. De fleste metoder til vurdering af samspillet af en bestemt ligand med dens specifikke receptor er dyre, tidskrævende, arbejdskrævende og kræver særligt udstyr og ekspertise en.

I denne artikel beskrives to hurtige og pålidelige punkt-for-punkt-protokoller til at undersøge ligand-receptor interaktion baseret på en enzymbundet immunosorbentassay (ELISA): Den direkte ligandreceptorinteraktion assay (LRA) og konkurrencen LRA. ELISA er et yderst følsomt, specifik og let tilgængelige teknik, som rutinemæssigt anvendes i næsten alle laboratorier. ELISA kan udføres og tilpasses på forskellige måder. De præsenterede protokoller er optimeret til undersøgelse af samspillet mellem forskellige lambda interferoner (INFLs) og deres receptor.

Den direkte LRA giver mulighed for en quantificatipå af ligand-receptor binding med hensyn til ligandkoncentration og giver således en bindende kurve. Anvendelse af en passende model for ligand-receptor-interaktion, kan dataene analyseres yderligere at estimere dissociationskonstanten (KD).

I præsenterede protokol, er det almindeligt anvendte Hill-ligningen anvendes til at modellere ligand-receptor binding. Selv om andre metoder såsom overfladeplasmonresonans teknologi 2,3 muliggøre bestemmelsen af bindingsaffiniteterne mellem to proteiner, denne teknologi er ofte arbejdskrævende, kostbare og kræver særlig laboratorieudstyr.

Konkurrencen LRA muliggør screening af inhibitoriske peptider: ligand-receptor binding kvantificeres i forhold til peptid koncentration. Dette giver en dosis-respons-kurve, der beskriver den inhibitoriske virkning af peptidet. Dataene kan yderligere analyseres for at estimere halvmaksimal inhiberende koncentration (IC50 </sub>) for spærringen peptid.

Både ELISA-protokoller er nemme at bruge, og kan tilpasses til en bred vifte af forskningsspørgsmål. Rekombinante proteiner af enhver art kan anvendes til pålideligt og hurtigt bestemme interaktion dele. Derudover kan konkurrencen LRA anvendes til at bestemme kritiske interageringssteder på ligander og receptorer ved hjælp blokerende peptider, som er designet til at efterligne enten liganden eller receptoren. Hvis blokerende peptid viser effektiv og specifik inhibering, peptidet indtager en kritisk interaktion site af ligand (hvis peptidet efterligner receptor) eller af liganden (Hvis peptidet efterligner liganden).

Den første protokol beskriver KD værdi bestemmelse af forskellige INFLs og alfa-underenheden af deres receptor, dvs. interleukin-28 receptor (IL28RA) ved hjælp af direkte LRA. Dernæst den anden protokol viser, hvordan til at bestemme evnen af ​​en 20 aminosyrer lang peptid tilhæmme INFL-IL28RA interaktioner. Peptidet er designet til at konkurrere med IFNLs på deres receptorbindingssted og dermed muliggør en molekylær forståelse af interaktionen. Endvidere kan dette peptid bruges til at blokere IL28RA i in vitro-forsøg for at fastslå virkningen på downstream signalering effekter 4.

Protocol

1. Klargøring af reagens Til fremstilling karbonatcoatingbuffer, opløses 0,36 g Na 2 CO 3 og 0,84 g NaHCO3 i 100 ml destilleret vand; steril filter bufferen ved hjælp af et vakuum drevet 0,22 um polyethersulfon (PES) membranfilter og opbevares ved stuetemperatur indtil brug. Forbered vaskeopløsning ved at tilsætte 0,05% vol / vol Tween 20 i phosphatbufret saltvand (PBS). Der fremstilles en 5% bovint serumalbumin (BSA) (blokeringsopløsning) i PBS-oplø…

Representative Results

Dissociationskonstanterne mellem INFL1-3 og deres receptor alpha subunit IL28RA blev bestemt under anvendelse af direkte LRA. Resultaterne er vist i figur 3: Fraktionen af besatte bindingssteder er afbildet mod logaritmen af den respektive IFN-koncentration. Den Scatchard plot af data vises i nederste højre hjørne. Resultaterne illustrerer, at den direkte LRA giver en bindende kurve, som yderligere kan analyseres for at estimere KD-værdi. KD-værdien</…

Discussion

ELISA er en standard og veletableret metode til mange laboratorier. Vi har yderligere modificeret og forbedret en tidligere publiceret metode 5,7. Den påvist trin-for-trin procedure viser, hvordan den kan anvendes på en enkel måde at bestemme Kd-værdier af ligand-receptor-interaktioner. Desuden kan bestemmes IC50 for et blokerende peptid, der interfererer med ligand-receptor interaktion.

Store fordele er den hurtige opsætning, nem fremstilling af reagenser og velke…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Prof. J. Stelling (Department of Biosystems Science and Engineering, ETH Zurich and Swiss Institute for Bioinformatics, Basel, Switzerland) for his critical review of the manuscript.

Materials

Nunc-Immunoplate (F96 Maxi sorp) Thermo Scientific 442404 ELISA plate
Sodium carbonate (Na2CO3) Merck 497-19-8 For ELISA plate coating buffer
Sodium hydrogen carbomnate(NaHCO3) Merck 144-55-8 For ELISA plate coating buffer
Bovine Serum Albumin (BSA) Sigma A7030-100G 5% BSA in PBS for Blocking
rhIL-28Rα/IFNλR1 R&D systems 5260-MR Recombinant human interlukin-28 Receptor alpha
rhIL-29/IFNλ1 R&D systems 1598-IL/CF Recombinant human interlukin-29/Carrier free/C-terminal 10-His tag
rhIL-28A/IFNλ2 R&D systems 1587-IL/CF Recombinant human interlukin-28A/Carrier free/C-terminal 6-His tag
rhIL-28B/IFNλ3 R&D systems 5259-IL/CF Recombinant human interlukin-28B/Carrier free/C-terminal 6-His tag
6X His Monoclonal antibody (Mouse) Clontech 631212 Primary antiboy to capture His tagged Ligands
Goat anti-Mouse igG (H+L) Jackson Immuno Research 115-035-166 Horseradish Peroxidase conjucated secondary antibody
BDoptEIA TMB reagent set BD Biosciences 555214 ELISA – TMB substrate solution
Sulfuric acid (H2SO4) Fulka 84720 5N H2SO4 (Enzyme reaction stop solution)
Synergy/H1 – Microplate reader BioTeK ELISA plate reader

References

  1. Schneider, P., Willen, L., Smulski, C. R. Tools and techniques to study ligand-receptor interactions and receptor activation by TNF superfamily members. Methods in enzymology. 545, 103-125 (2014).
  2. Rossi, G., et al. Biosensor analysis of anti-citrullinated protein/peptide antibody affinity. Analytical biochemistry. 465, 96-101 (2014).
  3. van der Merwe, P. A., Barclay, A. N. Analysis of cell-adhesion molecule interactions using surface plasmon resonance. Curr Opin Immunol. 8, 257-261 (1996).
  4. Egli, A., et al. IL-28B is a key regulator of B- and T-cell vaccine responses against influenza. PLoS Pathog. 10, e1004556 (2014).
  5. Rosenbluh, J., et al. Positively charged peptides can interact with each other, as revealed by solid phase binding assays. Analytical biochemistry. 352, 157-168 (2006).
  6. Goutelle, S., et al. The Hill equation: a review of its capabilities in pharmacological modelling. Fundamental & clinical pharmacology. 22, 633-648 (2008).
  7. Levin, A., et al. Peptides derived from HIV-1 integrase that bind Rev stimulate viral genome integration. PLoS One. 4, e4155 (2009).
  8. Egli, A., Santer, M. D., O’Shea, D., Tyrrell, D. L., Houghton, M. The impact of the interferon-lambda family on the innate and adaptive immune response to viral infections. Emerging infectious diseases. , e51 (2014).
  9. Gad, H. H., Hamming, O. J., Hartmann, R. The structure of human interferon lambda and what it has taught us. J Interferon Cytokine Res. 30, 565-571 (2010).
  10. Folch, B., Rooman, M., Dehouck, Y. Thermostability of salt bridges versus hydrophobic interactions in proteins probed by statistical potentials. Journal of chemical information and modeling. 48, 119-127 (2008).
  11. Yuzlenko, O., Lazaridis, T. Interactions between ionizable amino acid side chains at a lipid bilayer-water interface. The journal of physical chemistry. B. 115, 13674-13684 (2011).
  12. Tissot, A. C., Vuilleumier, S., Fersht, A. R. Importance of two buried salt bridges in the stability and folding pathway of barnase. Biochemistry. 35, 6786-6794 (1996).

Play Video

Cite This Article
Syedbasha, M., Linnik, J., Santer, D., O’Shea, D., Barakat, K., Joyce, M., Khanna, N., Tyrrell, D. L., Houghton, M., Egli, A. An ELISA Based Binding and Competition Method to Rapidly Determine Ligand-receptor Interactions. J. Vis. Exp. (109), e53575, doi:10.3791/53575 (2016).

View Video