Summary

Purificação e reconstituição de TRPV1 para análise espectroscópica

Published: July 03, 2018
doi:

Summary

Este artigo descreve métodos específicos para obter quantidades bioquímicas de detergente-solubilizado TRPV1 para análises espectroscópicas. Os protocolos combinados fornecem ferramentas bioquímicas e biofísicas que podem ser adaptadas para facilitar estudos estruturais e funcionais para os canais de íon mamíferos em um ambiente controlado por membrana.

Abstract

Canais de íon polimodais transduce vários estímulos de diferentes naturezas em alostéricos alterações; essas conformações dinâmicas estão desafiando para determinar e permanecem em grande parte desconhecidos. Com os recentes avanços na luz derramamento de single-particle cryo-elétron microscopia (cryo-EM) sobre as características estruturais dos sítios de ligação do agonista e o mecanismo de ativação de vários canais iônicos, o palco está montado para uma análise aprofundada e dinâmica de seus gating mecanismos, utilizando abordagens espectroscópicas. Técnicas espectroscópicas como ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e ressonância elétron-elétron duplo (veado) foram restringidas ao estudo dos canais de íon procarióticas que pode ser purificado em grandes quantidades. A exigência de grandes quantidades de proteínas de membrana estável e funcional tem dificultado o estudo dos canais de íon mamíferos usando essas abordagens. EPR e veados oferecem muitas vantagens, incluindo a determinação da estrutura e mudanças dinâmicas das regiões de proteína celular, embora em baixa resolução, que pode ser difíceis de obter por cristalografia de raios x ou cryo-EM, e monitoramento gating reversível transição (ou seja, fechado, aberto, sensível e insensível). Aqui, nós fornecemos protocolos para a obtenção de miligramas de funcional detergente-solubilizado transient receptor potencial cação canal membro da subfamília V 1 (TRPV1) que pode ser rotulado por espectroscopia de EPR e veados.

Introduction

Com os recentes avanços na microscopia single-particle cryo-elétron (cryo-EM), estruturas de canal de íon mamíferos foram obtidas numa taxa extraordinária. Particularmente, estudos estruturais dos canais de íon polimodais, tais como o transiente do receptor potencial vanilloid 1 (TRPV1), forneceram mais compreensão de sua ativação mecanismos1,2,3, 4 , 5. no entanto, informações dinâmicas sobre canais iônicos, incorporado em um ambiente de membrana serão necessárias compreender seus mecanismos de associada e ligação de drogas polimodais.

Ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e espectroscopia de ressonância (veado) elétron-elétron duplo forneceu alguns dos modelos mecanicistas mais definitivos para o íon canais6,7,8,9 , 10 , 11 , 12 , 13. essas abordagens foram restringidas ao exame de procariotas e íon archeal canais que produzem uma grande quantidade de proteínas purificadas de detergente quando overexpressed em bactérias. Com o desenvolvimento da produção de proteínas eucariotas membrana no inseto e células de mamífero para caracterização estrutural e funcional14,15,16, é agora possível obter bioquímicos quantidades de proteínas purificadas de detergente para estudos espectroscópicos.

Os sinais EPR e cervos surgem de um rótulo de paramagneticspin (SL) (ou seja, methanethiosulfonate) anexado a um resíduo de single-cisteína da proteína. Os rótulos rotação relatam três tipos de informações estruturais: movimento, acessibilidades e distâncias. Esta informação permite determinar se os resíduos estão enterrados dentro da proteína ou são expostos à membrana ou ambiente aquoso na apo e Estados ligados de ligante13,17,18,19. No contexto de uma estrutura de alta resolução (quando disponível), os dados do EPR e veados fornecem uma coleção de restrições para a derivação de modelos dinâmicos em seu ambiente nativo enquanto monitora transição associada reversível (ou seja, fechado, aberto, sensibilizada e insensíveis). Além disso, as regiões flexíveis que podem ser difícil determinar por cristalografia de raios x ou cryo-EM podem ser obtidas usando esses conjuntos de dados ambientais para atribuir estruturas secundárias, bem como a localização dentro da proteína20. Estruturas de Cryo-EM obtidos em lipídios nanodiscs fornecido informações valiosas sobre o canal de íon canais3,21,22,23,24, 25; no entanto, abordagens espectroscópicas poderiam fornecer informação dinâmica dos Estados conformacionais (por exemplo, mudanças térmicas) que pode ser difícil de determinar usando cryo-EM.

Muitas dificuldades devem ser superadas para implementar EPR e veados, incluindo a falta de função da proteína ao remover todos os resíduos de cisteína (especialmente abundantes em mamíferos canais), rendimento de baixa proteína, instabilidade de proteínas durante a purificação e depois girar rotulagem e a agregação da proteína em detergente ou lipossomas. Aqui, nós projetamos protocolos para superar estas barreiras críticas e obtiveram informações de espectros de veado e EPR para um receptor sensorial dos mamíferos. O objetivo aqui é descrever metodologias para a expressão, purificação, rotulagem e reconstituição de um rato de cisteína-menos mínimo funcional TRPV1 (eTRPV1) construir para análises espectroscópicas. Esta metodologia é adequada para essas proteínas de membrana que mantém sua função apesar da remoção de resíduos de cisteína ou que contêm cisteína, formando ligações de bissulfeto. Esta coleção de protocolos poderia ser adaptada para a análise espectroscópica de outros canais de íon dos mamíferos.

Protocol

1. TRPV1 Mutagenesis Nota: Uma construção TRPV1 mínima para análise espectroscópica26 foi construída a partir do canal de cisteína-menos completo TRPV127 usando o método de reação em cadeia (PCR) polimerase (Figura 1). Essa construção cisteína-menos mínima TRPV1 (referida como eTRPV1, daqui em diante) é composto por resíduos 110-603 e 627-764. eTRPV1 foi clonado no pMO (um vetor baseado em pcDNA3.1) par…

Representative Results

Caracterização funcional do mínimo cisteína-menos TRPV1 construir (eTRPV1) e Single-cisteína mutantes O primeiro passo para estudos espectroscópicos é engenheiro e caracterizar construções de cisteína-menos proteína (Figura 2A) que são funcionais e produzem quantidades bioquímicas de proteínas. eTRPV1 é funcional, conforme determinado pela imagem latente de Ca2 + e TEVC (<stro…

Discussion

As tecnologias atuais para a expressão e purificação de proteínas de membrana mamíferos tornaram possível obter quantidades suficientes de proteína para estudos espectroscópicos14,15,16,42. Aqui, nós adaptamos essas tecnologias para expressar, purificar, reconstituir e realizar análises espectroscópicas em TRPV1.

Entre os passos críticos no protocolo, aba…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nós somos muito gratos ao Dr. H. Mchaourab para fornecer acesso aos espectrómetros EPR e veados e Dr. T. Rosenbaum para fornecer o plasmídeo de TRPV1 cisteína-menos completo.

Materials

QuikChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit Agilent Technologies 210519-5
2-Propanol (Isopropanol) Fisher Scientific A416
Albumin Bovine Serum (BSA) GoldBio.com A-420-10
Amylose resin NEB E8021L
Aprotinin GoldBio.com A-655-25
Asolectin from Soybean Sigma 11145
Bac-to-Bac Baculovirus Expression System Invitrogen Life Technologies 10359016
Biobeads SM-2 Adsorbents  Bio-Rad 152-3920
Borosilicate glass pipettes (3.5'') (oocyte inyection) Drummond Scientific 3-000-203 G/X
Borosilicate glass pipettes (oocyte recordings) Sutter Instrument B150-110-10HP
CaCl2 2H2O Fisher Scientific C79
Carbenicillin (Disodium) GoldBio.com C-103-5
Cellfectin Reagent Invitrogen Life Technologies 10362-010
cellSens Olympus
Chloroform Fisher Scientific C606SK
Collagenase Type 1 Worthington-Biochem LS004196
Critiseal VWR 18000-299
D-(+)-Glucose Sigma  G8270
D-(+)-Maltose Monohydrate Fisher Scientific BP684
DDM (n-Docecyl-B-D-Maltopyranoside) Anatrace D310S
High glucose medium (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium) Sigma D0572 
Disposable PD-10 Desalting Columns GE Healthcare 45-000-148
EGTA Fisher Scientific O2783
Fetal Bovine Serum Invitrogen Life Technologies 10082-147
Fluo-4 AM Life Technologies F-14201
GenCatch Plus Plasmid DNA Mini-Prep Kit Epoch Life Science, Inc 2160250
GenCatch PCR Cleanup Kit Epoch Life Science, Inc 2360050
Gentamicin Sulfate Lonza 17-518Z
Glass capillary (25 µl) VWR 53432-761
Glass Flask 2800 mL Pyrex USA 4423-2XL
Glycerol Fisher BioReagents BP229
HEK293S GnTl- ATCC CRL-3022
HEPES Sigma  H4034
IPTG (isopropyl-thio-B-galactoside) GoldBio.com I2481C25
Kanamycin Sulfate Fisher Scientific BP906-5
KCl Fisher Chemical P217
LB Broth, Miller Fisher bioReagents BP1426
Leupeptin Hemisulfate GoldBio.com L-010-5
Lipofectamine 2000 Invitrogen Life Technologies 11668-019
MgCl2 6H2O Fisher Scientific BP214
MgSO4 7H2O Fisher Scientific BP213
mMESSAGE mMACHINE T7 Kit Ambion AM1344
MOPS Fisher bioReagents BP2936
MTSL (1-Oxyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidin-3-yl) Methyl Methanethiosulfonate Toronto Research Chemicals, Inc O873900
NaCl Fisher Chemical S271
Opti-MEM Life Technologies 31985-062
Pepstatin A GoldBio.com P-020-5
Pluronic Acid F-127 (20%) PromoKine   CA707-59004
PMSF GoldBio.com P4170
Poly-L-lysine Solution Sigma-Aldrich P4707
Rneasy Mini Kit Qiagen 74104
Sealed capillary VitroCom special order
SF-900 II SFM (insect cell medium) Gibco, Life Technologies 10902-088
Sf9 Cells (SFM Adapted) Invitrogen Life Technologies 11496-015
Soybean Polar Lipid Extract Avanti Polar Lipids, Inc 541602C
Sucrose Fisher Scientific S25590
Superose 6 Increase 10/300 GL GE Healthcare 29091596
TCEP HCl GoldBio.com TCEP1
Tetracyclin Hydrochloride Fisher Scientific BP912-100
Tris Base Fisher BioReagents BP152
Tryptone Difco 0123-01
X-gal GoldBio.com X4281C
Xenopus oocytes Nasco LM00935M
XL1 – Blue Competent Cells Agilent Technologies, Inc 200249
Yeast Extract Difco 0127-01-7
Econo-Pack chromatography column Bio-Rad 7321010
Mini-PROTEAN TGX Stain-Free Precast Gels Bio-Rad 17000436
pFastBac1 Expression Vector Invitrogen Life Technologies 10360-014
DH10Bac Competent Cells Invitrogen Life Technologies 10361-012
Critiseal capillary tube sealant Leica Microsystems 02-676-20
ABI Model 3130XL Genetic Analyzers Applied Biosystems 4359571
Transfer pipete Fishebrand 13-711-9AM
Nanoject II Drummond Scientific 3-000-204

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Sierra-Valdez, F. J., Stein, R. A., Velissety, P., Vasquez, V., Cordero-Morales, J. F. Purification and Reconstitution of TRPV1 for Spectroscopic Analysis. J. Vis. Exp. (137), e57796, doi:10.3791/57796 (2018).

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