Summary

Acyl-PEGyl Exchange Gel Shift Assay zur quantitativen Bestimmung der Palmitoylierung von Gehirnmembranproteinen

Published: March 29, 2020
doi:

Summary

Die Palmitoylierung beinhaltet die Umarbeitung einer 16-Kohlenstoff-Palmitat-Moiety zu Cysteinrückständen von Zielproteinen in reversibler Weise. Hier beschreiben wir einen biochemischen Ansatz, den Acyl-PEGyl-Austausch-Gel-Shift (APEGS)-Assay, um den Palmitoylierungszustand eines Proteins zu untersuchen, das für Maushirnlysate von Interesse ist.

Abstract

Aktivitätsabhängige Veränderungen in den Konzentrationen von synaptischen AMPA-Rezeptoren (AMPARs) innerhalb der postsynaptischen Dichte (PSD) wird angenommen, um einen zellulären Mechanismus für das Lernen und Gedächtnis darstellen. Die Palmitoylierung reguliert die Lokalisierung und Funktion vieler synaptischer Proteine, einschließlich AMPA-Rs, Hilfsfaktoren und synaptischen Gerüste auf aktivitätsabhängige Weise. Wir identifizierten die Synapsendifferenzierunginduzierte Gen (SynDIG) Familie von vier Genen (SynDIG1-4), die hirnspezifische Transmembranproteine kodieren, die mit AMPARs assoziiert werden und die Synapsenstärke regulieren. SynDIG1 wird bei zwei Cysteinrückständen an den Positionen 191 und 192 in der für die aktivitätsabhängige Exzitatoren-Synapsenentwicklung wichtigen Region der Juxta-Transmembran palmitoyiert. Hier beschreiben wir einen innovativen biochemischen Ansatz, den Acyl-PEGyl-Austausch-Gel-Shift (APEGS)-Assay, um den Palmitoylierungszustand eines beliebigen Proteins zu untersuchen und seinen Nutzen mit der SynDIG-Proteinfamilie in Maushirnlysaten zu demonstrieren.

Introduction

S-Palmitoylierung ist eine reversible posttranslationale Modifikation von Zielproteinen, die eine stabile Membranverbindung, Proteinhandel und Protein-Protein-Wechselwirkungen reguliert1. Es beinhaltet die Zugabe einer 16-Kohlenstoff-Palmitat-Moiety zu Cystein-Rückständen über Thioester-Verbindung, die durch Palmitoyl-Acyltransferase (PAT)-Enzyme katalysiert wird. Viele synaptische Proteine im Gehirn sind palmitoylated, einschließlich AMPA-Rs und PSD-95, in einer aktivitätsabhängigen Weise, um Stabilität, Lokalisierung und Funktion2,,3,4zu regulieren. Veränderungen der Konzentrationen synaptischer AMPARs in der PSD über die Wechselwirkung von Hilfsfaktoren mit synaptischen Gerüsten wie PSD-95 liegen der synaptischen Plastizität zugrunde; Daher bieten Methoden zur Bestimmung des Palmitoylierungszustands von synaptischen Proteinen wichtige Einblicke in Mechanismen der synaptischen Plastizität.

Zuvor haben wir die SynDIG-Familie von vier Genen (SynDIG1-4) identifiziert, die hirnspezifische Transmembranproteine kodieren, die mit AMPARs5assoziiert werden. Überexpression oder Knock-down von SynDIG1 in dissoziierten Ratten Hippocampus-Neuronen erhöht oder verringert, bzw. AMPA-R Synapse Größe und Zahl um 50%, wie mit Immunzytochemie und Elektrophysiologie nachgewiesen5. Wir nutzten den Acyl-Biotin-Austausch (ABE)-Test, um zu zeigen, dass SynDIG1 bei zwei konservierten Juxta-Transmembran-Cys-Rückständen (in allen SynDIG-Proteinen) in einer aktivitätsabhängigen Weise palmitoylated ist, um Stabilität, Lokalisierung und Funktion6zu regulieren. Der ABE-Test stützt sich auf den Austausch von Biotin auf Cysteins, die durch Modifikation und anschließende Affinitätsreinigung geschützt sind7. Hier beschreiben wir einen innovativen biochemischen Ansatz, den Acyl-PEGyl-Austausch-Gel-Shift (APEGS) Assay8,9,10,11,12, der keine Affinitätsreinigung erfordert und stattdessen Änderungen in der Gelmobilität nutzt, um die Anzahl der Modifikationen für ein Protein von Interesse zu bestimmen. Das Protokoll wird für die Untersuchung von endogenen Membranproteinen aus dem Maushirn beschrieben, für die geeignete Antikörper zur Verfügung stehen.

Protocol

Alle tierischen Verfahren folgten den Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) und wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of California, Davis, genehmigt. 1. Vorbereitung von Maus-Gehirnmembranen Enthaupten Sie die Maus mit einem Guillotine-Apparat und sezieren Sie das Gehirn schnell (in <1 min, wenn möglich, um Palmitoylierungsänderungen zu minimieren, die während des Sezierens auftreten können). Homogenisieren Sie sofort in 10 ml Homoge…

Representative Results

Die Immunoblotting mit Antikörpern gegen das Protein von Interesse zeigt den palmitoylated Zustand (nicht, singly, doppelt, etc.) in Maus Gehirnlysaten, wie durch Mobilitätsverschiebung im Vergleich zu Proben, in denen HAM nicht enthalten war bestimmt. Zuvor hatten wir gezeigt, dass SynDIG1 an zwei Standorten mit dem ABE-Assay6palmitoylated wurde; Wir konnten jedoch nicht feststellen, ob beide Standorte im Hirngewebe verändert wurden. Hier zeigen wir, dass SynDI…

Discussion

In unserer vorherigen Arbeit haben wir den ABE-Test verwendet, um zu zeigen, dass SynDIG1 bei zwei konservierten Juxta-Transmembran-Cys-Rückständen (in allen SynDIG-Proteinen) in einer aktivitätsabhängigen Weise palmitoyiert wird, um Stabilität, Lokalisierung und Funktion6zu regulieren. Eine Einschränkung ist, dass der ABE-Test eine Affinitätsreinigung mit Agaroseharzen erfordert, die als letzter Schritt im Verfahren mit Avidin-Moieties konjugiert werden, was zu einem signifikanten Signalve…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken K. Woolfrey für die Beratung und den Input zum APEGS-Assay. Diese Studien wurden durch Forschungsstipendien an E.D. von der Whitehall Foundation und dem NIH-NIMH (1R01MH119347) finanziert.

Materials

Hydroxylamine (HAM) ThermoFisher 26103
Methoxy-PEG-(CH2)3NHCO(CH2)2-MAL (mPEG) NOF ME-050MA MW ~5000 kDa
Microfuge Eppendorf 5415R or equivalent equipment
N-ethylmalemide (NEM) Calbiochem 34115 Highly toxic.
Optical imager for densitometry Azure Biosystems Sapphire Biomolecular Imager or equivalent equipment
Polypropylene tubes with cap Fisher Scientific 14-956-1D
Serological pipets (glass) Fisher Scientific 13-678-27D
Table top centrifuge Beckman Allegra X-15R or equivalent equipment
Tris(2-carboxyethyl) phosphine-hydrochloride (TCEP) EMD Millipore 580560

References

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Cite This Article
Speca, D. J., Diaz, E. Acyl-PEGyl Exchange Gel Shift Assay for Quantitative Determination of Palmitoylation of Brain Membrane Proteins. J. Vis. Exp. (157), e61018, doi:10.3791/61018 (2020).

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