يتم تنشيط في مرحلة دورة الخلية G2 كيناز cyclin تعتمد على 1 (Cdk1) وينظم العديد من المسارات الخلوية. نقدم هنا، بروتوكولا مقايسة كيناز في المختبر مع Cdk1، مما يتيح تحديد المواقع الفسفرة Cdk1 على حدة لتحديد الأهداف الخلوية من هذا كيناز الهامة.
كيناز cyclin تعتمد على 1 (Cdk1) هو وحدة تحكم رئيسية لدورة الخلية في جميع حقيقيات النوى، وفوسفوريلاتيس ما يقدر 8-13 ٪ من البروتين؛ ومع ذلك، العدد الأهداف المحددة ل Cdk1، لا سيما في الخلايا البشرية لا يزال منخفضا. تحديد مواقع الفسفرة Cdk1 محددة المهم، كما أنها توفر الميكانيكية ثاقبة كيف يتحكم Cdk1 دورة الخلية. تنظيم دورة الخلية أمر حاسم للعزل الصبغي المؤمنين، والعيوب في هذه العملية المعقدة تؤدي إلى الكروموزومي والسرطان.
هنا، يمكننا وصف في المختبر كيناز مقايسة المستخدمة لتحديد مواقع الفسفرة Cdk1 على حدة. في هذا التحليل، بروتين المنقي فوسفوريلاتيد في المختبر بنجاح ب Cdk1/cyclin البشرية المتاحة تجارياً الفسفرة ما يؤكده الحزب الديمقراطي الصربي صفحة، ويتم فيما بعد تحديد مواقع الفسفرة من الطيف الكتلي. ونحن أيضا وصف تنقية البروتوكولات التي تسفر عن الاستعدادات البروتين عالية نقية ومتجانسة مناسبة للمقايسة كيناز، ومقايسة ملزمة التحقق الوظيفية للمواقع المحددة الفسفرة، الذي يسبر التفاعل بين إشارة تعريب نووية كلاسيكية (أدى) وبه α كاريوفيرين مستقبلات النقل النووي. للمساعدة مع التصميم التجريبي، نقوم بمراجعة النهج للتنبؤ بمواقع الفسفرة Cdk1 محددة من تسلسل البروتين. معا هذه البروتوكولات الحالية اتباع نهج قوية جداً غلة مواقع الفسفرة Cdk1 محددة وتمكن الدراسات الميكانيكية في كيفية Cdk1 يتحكم في دورة الخلية. حيث يعتمد هذا الأسلوب على البروتينات المنقاة، يمكن تطبيقها على أي نموذج الكائن الحي وغلة نتائج يمكن الاعتماد عليها، خاصة عندما تقترن بخلية الدراسات الفنية.
مؤنزم هي الإنزيمات التي نقل مجموعات الفوسفات من ATP على ركائز وتنظيم العديد من العمليات الخلوية. هذا الفسفرة يتم عكسها وسريع، يضيف تهمتين تتعلقان بالسلبية، ويخزن الطاقة الحرة وهو واحد من التعديلات بوسترانسلاشونال الأكثر شيوعاً المستخدمة من قبل الخلايا. Cdk1، ويعرف أيضا باسم دورة انقسام الخلية البروتين 2 هومولوج (cdc2) وحدة تحكم رئيسية لدورة الخلية في جميع حقيقيات النوى1،2،3،،من45، وفوسفوريلاتيس ما يقدر 8-13 ٪ من البروتين6،7.
في حين حددت الدراسات البروتين مؤخرا العديد من المواقع الفسفرة في البروتينات، في معظم الحالات، كيناز المسؤولة عن هذه التعديلات غير معروف. هو عدد أهداف Cdk1 المعروفة، لا سيما في الخلايا البشرية منخفضة7. تحديد مواقع الفسفرة Cdk1 محددة المهم، كما أنها تمكن الدراسات الميكانيكية التي تحدد كيف يتحكم Cdk1 دورة الخلية. تنظيم دورة الخلية مهم للعزل الصبغي المؤمنين وانقسام الخلية، وتحتاج إلى عدد هائل عمليات الخلوية تحدث لدعم هذه الوظيفة الفسيولوجية الهامة. وهذا يشمل وقف النسخ والترجمة قبل ظهور الانقسام، فضلا عن إعادة تنظيم هائلة في البنية الخلوية والمنظمة، مثل التفكيك النووي المغلف والتكثيف كروموسوم، والجمعية المغزل التفتلي. التحرر من القيود والأخطاء في هذه العمليات تسبب السرطان أو العيوب الخلقية أو موت الخلية الانقسامية. كانت مثبطات محددة من Cdk1 مثل رو-33068من البلدان المتقدمة النمو، التي توفر أدوات قوية للدراسات الفنية، وبعض من هذه الموانع حاليا في التجارب السريرية لعلاج السرطان (انظر9 للاستعراض).
هنا، يمكننا وصف في المختبر كيناز مقايسة التي تتيح تحديد مواقع الفسفرة Cdk1 محددة. في هذا التحليل، يستخدم ب Cdk1/cyclin البشرية المتاحة تجارياً فوسفوريلاتي هدف تنقية بروتين في المختبر. الفسفرة الركازة يزيد وزنها ويضيف تهمتين تتعلقان بالسلبية؛ ولذلك، يؤكد الفسفرة ناجحة تحول صاعد من الفرقة جل البروتين على الحزب الديمقراطي الصربي صفحة. يتم تحديد مواقع الفسفرة Cdk1 على حدة فيما بعد بتحليل الطيف الكتلي للبروتين في المختبر فوسفوريلاتيد. للمعونة مع التصميم التجريبي، نحن أيضا مراجعة الأدوات الحاسوبية ومراجع للتنبؤ بمواقع الفسفرة Cdk1 محددة من تسلسل البروتين. وعلاوة على ذلك، نحن أيضا وصف تنقية البروتوكولات التي تسفر عن البروتين عالية نقية ومتجانسة استعدادات مناسبة للمقايسة كيناز. وأخيراً، يجب التحقق من المواقع التي تم تحديدها الفسفرة بالدراسات الفنية، ومقايسة ربط بسيط يرد هنا لهذا الغرض. جنبا إلى جنب، هذا هو نهج قوية جداً غلة مواقع الفسفرة Cdk1 محددة وتمكن الدراسات الميكانيكية في كيف يتحكم Cdk110،،من711دورة الخلية. حيث يعتمد هذا الأسلوب على البروتينات المنقاة، فإنه يمكن تطبيقها على أي نموذج الكائن الحي وغلة نتائج يمكن الاعتماد عليها. مع ذلك، ينصح التحقق الوظيفية الفسفرة الحصول على مواقع في المختبر ، الخلايا لديها آليات تنظيمية إضافية في المكان، مثل التعديلات بوستترانسلاشونال أو الشركاء التفاعل التعريب الخلوية التي قد تجعل المواقع الفسفرة موجوداً أو لا يمكن الوصول إليها للاعتراف بواسطة Cdk1.
تسلم Cdk1 موقع الفسفرة توافق آراء الذي يتكون من (Ser/Thr-برو-X-ليز/Arg)، حيث X أي بقايا وأن سيرين أو ثريونين هو موقع الفسفرة. وأهمية خاصة للاعتراف بوجود برولين في الموقف + 1. وبالإضافة إلى ذلك، يفضل مخلفات الأساسية في المواقف + 2 أو + 3، مع معظم المواقع الفسفرة Cdk1 محددة تحتوي على Lys أو الأرجنتين في + 3 وضع6،12.
أحكام تنظم تفعيل Cdk1 ويؤدي إلى ظهور الانقسام1،2،3،،من45. نشاط مؤنزم cyclin تعتمد على بشكل عام يعتمد على ارتباطها مع متميزة سيكلينس (cyclin أ ب، ج، د والإلكترونية في البشر)، التي يتم التعبير عنها في تذبذب مستويات طوال دورة الخلية13. Cdk1 التعبير ثابت عبر دورة الخلية وتنظيم نشاطها يعتمد على ارتباطه بالوحدات الفرعية التنظيمية cyclin A و cyclin ب5،13،،من1415، كما فضلا عن تعديلات بوستترانسلاشونال. تشكيل المجمع ب Cdk1/cyclin مطلوب من أجل التنشيط كيناز5،15،،من1416،،من1718. في المرحلة G2، ترجم في سيتوسول ب cyclin واستيرادها إلى نواة حيث أنه يربط Cdk15،،من1415،16،،من1718؛ ومع ذلك، هو عقد ب Cdk1/cyclin المعطل الفسفرة في المخلفات Thr14 و Tyr15 مؤنزم المثبطة Cdk1 البشرية Myt1 (المرتبطة بغشاء تيروزين ثريونين محددة والمثبطة cdc2 كيناز) و Wee1، على التوالي19، ،من 2021. في أواخر المرحلة G2، ينشط نشاط المجمع ب Cdk1/cyclin كيناز ديفوسفوريليشن Thr14 و Tyr15 بدوره انقسام الخلية 25 الفوسفاتيز (cdc25) ويقوم بتشغيل بدء الانقسام12،14، 18 , 20 , 22 , 23-الفسفرة Thr161 مطلوب أيضا للتنشيط ب Cdk1/cyclin وهو توسط Cdk7، Cdk-تفعيل كيناز (الكعكة)18. تدهور ب cyclin في طور الصعود يحللها Cdk1، مما يتيح الخروج من الانقسام24،25. ولتفعيل ب Cdk1/cyclin عملية معقدة. يتم تنفيذ البروتوكول المعروضة هنا مع المتاحة تجارياً ب Cdk1/cyclin خلال المؤتلف من التعبير عن هذا التعقيد في خلايا الحشرات، وهو المنشط في فيفو مؤنزم الذاتية14،20 وما زالت نشطة في الدولة النقية. الناتج النشط، المؤتلف البشرية Cdk1/cyclin ب مناسبة في المختبر فحوصات كيناز.
هنا، يمكننا وصف بروتوكول لتحديد مواقع الفسفرة Cdk1 على حدة في السنترومير البشرية البروتين و (سينب-F)10. سينب-و هو بروتين كينيتوتشوري الذي يتواجد في النواة خلال الجزء الأكبر من الطور البيني (G1 و S-المرحلة) ويتم تصديره إلى سيتوسول في G2 المرحلة26،،من2728 في طريقة تعتمد على Cdk110، 11. التعريب النووية هو يمنحها أدى ثنائي26. يتم التعرف كنلس قبل α كاريوفيرين عامل النقل النووي، التي، جنبا إلى جنب مع β كاريوفيرين، ورانجدب، ويسهل استيراد البضائع أدى إلى نواة29. تصدير المواد النووية في مرحلة G2 يسر عبر مسار تصدير غير معروف10. بمجرد سينب إف تكمن في سيتوسول، يتم تجنيده للمغلف النووية والمجندين بدوره في30،دينين معقد البروتين السيارات31. هذا المسار هام لوضع نواة كل منها سينتروسومي خلال المراحل الأولية للجمعية المغزل التفتلي بطريقة تعتمد على دينين، هو أمر مهم للتوقيت الصحيح لدخول الانقسامية وعملية أساسية في الدماغ التنمية30،،من3132. بدءاً من مرحلة G2، سينب-و هو أيضا تجميعها في كينيتوتشوري حيث لديها أدوار هامة للمؤمنين كروموسوم الفصل27،،من2833،34،35 . خطوة تنظيمية أساسية من هذه المسارات يتم تصدير و سينب النووية في مرحلة G2، الذي يعتمد على10،Cdk111. يصف لنا هنا بروتوكولا لتحديد مواقع الفسفرة Cdk1 على حدة في أدى من سينب-f. تبطئ الطفرات فوسفوميميتيك من هذه المواقع النووية استيراد سينب-F، مما يوحي بأن ب Cdk1/cyclin ينظم مباشرة التعريب الخلوية وسينب من الفسفرة من أدى10.
وعموما، هذا الإنزيم كيناز في المختبر يسمح تحديد ركائز محددة للبروتينات المستهدفة Cdk1. منقي كيناز فوسفوريلاتيد في المختبر بمجمع ب Cdk1/cyclin المتاحة تجارياً ومواقع الفسفرة وفي وقت لاحق حددها الكتلي. تحديد مواقع الفسفرة Cdk1 محددة تدعم الدراسات الميكانيكية التي تكشف كيف يتحكم Cdk1 دورة الخلية.
لدينا الإنزيم كيناز في المختبر هو وسيلة قوية جداً لتحديد أهداف جزيئية كيناز Cdk1، الذي هو وحدة تحكم رئيسية لدورة الخلية وينظم العديد من العمليات الخلوية الهامة. الأسلوب يحدد إذا كان بروتين المنقي هو ركيزة ل Cdk1، ويسمح لتحديد مواقع محددة الفسفرة. وهذا يسهل الدراسات الميكانيكية لتنظيم ال…
The authors have nothing to disclose.
ونحن نشكر الدكتور ديفيد كينغ، معهد هاوارد هيوز الطبي، جامعة كاليفورنيا في بيركلي لتحليل الطيف الكتلي وتعليقات مفيدة. ونحن نشكر الدكتور تشو شوليان، شانغهاي، معاهد “العلوم البيولوجية”، والأكاديمية الصينية للعلوم، شنغهاي، الصين لتوفير بنية سينب إف كاملة طول. وأخيراً، نشكر الدكتورة سوزان لعنة، والدكتور ريان كالاهان، والدكتور كريستوف جريوير في جامعة بنغهامتون للحصول على المعدات. تم تمويل هذا البحث من “مؤسسة البحوث” لجامعة ولاية نيويورك، وقسم الكيمياء، “الدولة جامعة نيويورك” في بنغهامتون.
2800 ml baffled Fernbach flask | Corning | 44232XL | |
ampicillin | Gold Biotechnology | A-301-25 | |
ATP | Fisher Scientfiic | BP413-25 | |
benzamidine hydrochloride | Millipore Sigma | B6506-25 | |
bottletop filter | Corning | 431161 | |
Cdk1/cyclin B recombinant, human 20,000 U/mL | New England Biolabs | P6020 | |
Cdk1/cyclin B (alternate source) | EMD Millipore | 14-450 | |
Cdk1/cyclin B (alternate source) | Invitrogen | PV3292 | |
Cdk1/cyclin B + 10x PK buffer | New England Biolabs | P6020 | |
CENP-F (residues 2987 – 3065) pGEX6P1 plasmid | Available upon request. | ||
centrifuge: Heraeus Multifuge X3R, cooled, with TX-1000 swing-out rotor | Thermo Scientific | 10033-778 | |
centrifugal filter units: Amicon Ultra-15 centrifugal filter units, 3 kDa cutoff, Ultracel-PL membranes | EMD Millipore | UFC900324 | |
chlorampenicol | Gold Biotechnology | C-105-100 | |
D/L methionine | Agros Organics / Fisher | 125650010 | |
desalting pipet tips: Zip tips | Millipore Sigma | ZTC18S008 | |
disposable chromatography columns, Econo-Pac 1.5 x 12 cm | Biorad | 7321010 | |
dithiothreitol | Gold Biotechnology | DTT50 | |
E. coli Rosetta 2(DE3)pLysS strain | EMD Millipore | 71403 | |
electrospray ionization Fourier transform ion | Bruker Amazon | Apex III | |
cyclotron resonance mass spectrometer | |||
electrospray ionization ion trap mass spectrometer | Bruker Amazon | custom | |
fixed angle rotor: Fiberlite F15-8x-50cy | Thermo Scientific | 97040-276 | |
FPLC system: Äkta Pure FPLC | GE Healthcare | 29032697 | |
Gel filtration column: Superdex 200 Increase 10/300 GL | GE Healthcare | 28990944 | |
glutathione agarose | Pierce | 16101 | |
glutathione, reduced | Millipore Sigma | G4251-50g | |
incubation shaker: multitron shaker | Infors | I10102 | |
isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside | Gold Biotechnology | I2481C50 | |
kanamycin | Gold Biotechnology | K-120-25 | |
karyopherin α pet-28a pres plasmid | Available upon request. | ||
Luria Bertani medium | Fisher Scientfiic | BP1426-2 | |
microcentrifuge 5418R, refrigerated | Eppendorf | 5401000013 | |
microtubes (0.5 ml) | Eppendorf | 30121023 | |
microtubes (1.5 ml) | Eppendorf | 30120086 | |
Nickel affinity gel: His-Select Nickel affinity gel | Millipore Sigma | P6611-100ml | |
pGEX-6P-1 plasmid | Millipore Sigma | GE28-9546-48 | |
phenylmethylsulfonyl fluoride | Gold Biotechnology | P470-10 | |
PS protease: PreScission protease | GE Healthcare | 27084301 | |
Phos-tag acrylamide | Wako Pure Chem. Ind. | 304-93521 | |
reduced gluthathione | Millipore Sigma | G4251-50g | |
roundbottom centrifuge tubes (Oakridge tubes) | Fisher Scientfiic | 055291D | |
site-directed mutagenesis kit: QuikChange Lightning | Agilent | 210518 | |
Site-Directed Mutagenesis Kit | |||
sonifier: Branson S-250D sonifier | Branson | 15 338 125 | |
Spectra/Por 1RC dialysis membrane (6-8 kDa cutoff) | Spectrum Labs | 08 670B | |
swing out rotor TX-1000 | Thermo Scientific | 10033-778 |