$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
İlgilenilen bir protein ile diğer hücresel bileşenler arasındaki etkileşimleri tanımlamak ve karakterize etmek, biyolojik bir yoldaki rolünü tanımlamak, montajını anlamak veya etki mekanizmasını aydınlatmak genellikle gereklidir. Protein-protein etkileşimlerini incelemek için yaygın olarak çok çeşitli yaklaşımlar kullanılır, ancak hepsinin sınırlamaları vardır. İlgilenilen bir proteine bağlanan proteinleri tanımlamanın en basit tarafsız yöntemi, kosaflaştırmadır (veya koimmünopresipitasyondur), ancak bu yaklaşım, saflaştırma prosedürü sırasında bir protein kompleksinin bozulmadan kalmasını gerektirir. Zayıf veya geçici protein etkileşimleri, kimyasal çapraz bağlama yoluyla stabilize edilebilir, ancak bu yöntem tipik olarak, protein dizisinde geniş çapta dağılmış olan birincil aminler yoluyla proteinleri bağlayan bileşiklerin kullanılmasını gerektirir. Yorumlanması zor olan karmaşık çapraz bağlama modelleri, özellikle ilgilenilen proteinler multiprotein komplekslerinin bileşenleri olduğunda üretilebilir. Ayrıca, kimyasal çapraz bağlayıcıların ara kollarının uzunluğu genellikle 10 Å'yi aştığından, ilgilenilen proteine yakın bulunan ancak doğrudan etkileşime girmeyen proteinlerle kovalent bağlar oluşturulabilir. Afinite kromatografisi ve iki hibrit ekranlar gibi yöntemler de protein-protein etkileşimlerini tanımlamak için sıklıkla yararlıdır. Bununla birlikte, eski yaklaşım, fizyolojik olarak önemli etkileşimleri teşvik eden ve zayıf etkileşimleri tespit etmek için kullanılamayan koşulların yeniden üretilmesini gerektirir. İkinci yaklaşım, bağlanma etkileşimlerinin konakçı organizmada tekrarlanabilmesini ve ilgilenilen bir protein ve onun bağlanma ortakları bir füzyon proteini bağlamına yerleştirildiğinde sürdürülmesini gerektirir. İki hibrit yöntem ayrıca yanlış pozitif sonuçlar üretme eğilimindedir2. Bir protein-protein etkileşimi kurulduktan sonra, etkileşim bölgesini haritalamak için genellikle önemli bir çalışma gerekir. Geleneksel yaklaşımların belki de en önemli dezavantajı, moleküller arası etkileşimlerin zamansal sırası veya bağlanma kinetiği hakkında herhangi bir bilgi sağlamamalarıdır.
Bu makale, protein-protein etkileşimlerini incelemek için kullanılan diğer yaklaşımların bazı sınırlamalarının üstesinden gelen basit bir yöntemi açıklamaktadır. Başlangıçta, ilgilenilen bir proteini kodlayan gene tek bir kehribar mutasyonu eklenir. Kehribar mutantı daha sonra bir kehribar baskılayıcı tRNA ve Methanococcus jannaschii'den türetilen ve fotoaktive edilebilir amino asit analogu p-benzoilfenilalanini (Bpa) yalnızca kehribar kodonları3'te içerecek şekilde tasarlanmış bir amino asil-tRNA sentetaz ile birlikte eksprese edilir. Hücrelerin uzun dalga boylu ultraviyole (UV) ışıkla (~365 nm) ışınlanması, daha sonra Bpa ile ~3-8 Å4,5 içindeki proteinler arasında kovalent bir bağ oluşumunu kolaylaştırır. Bazı deneysel bağlamlarda, aktive edilmiş Bpa ile lipitler ve nükleik asitler gibi hücrelerin protein olmayan bileşenleri arasında çapraz bağlar da oluşturulabilir6. Kehribar kodonunda sonlanan moleküller genellikle SDS-PAGE üzerindeki tam uzunluktaki proteinden kolayca ayırt edilebilir olmalıdır ve diğer proteinlere çapraz bağlanamaz. Hücreleri, çapraz bağlamadan önce nabız kovalamaca radyo-etiketlemeye tabi tutarak ve daha sonra çapraz bağlama ürünlerini immünopresipitasyon veya afinite saflaştırarak, protein-protein etkileşimlerinin sırası ve süresi belirlenebilir. Moleküller arası etkileşimler hakkında zamansal bilgi üretme yeteneği, ilgilenilen bir proteinin herhangi bir sıralı çok adımlı montaj, trafik veya sinyal yolu boyunca ilerlemesini incelemek ve yol ara ürünlerini tanımlamak için özellikle değerlidir. Kimyasal çapraz bağlama gibi, bölgeye özgü çapraz bağlama, fizyolojik koşullar altında meydana gelen protein-protein etkileşimlerini tespit eder, ancak tek bir konumda bir çapraz bağlayıcının eklenmesi, bir proteinin bireysel segmentleri ile diğer faktörler arasındaki etkileşimlerin analizini kolaylaştırır. Siteye özgü çapraz bağlamanın bu benzersiz özelliği, ilgilenilen proteinin farklı bağlanma ortaklarıyla etkileşime girme potansiyeline sahip birden fazla segmente veya alana sahip olması durumunda özellikle avantajlıdır. Ayrıca, bölgeye özgü çapraz bağlama, protein-protein etkileşimlerine aracılık eden kalıntıları hassas bir şekilde haritalamak için kütle spektrometresi gibi yöntemlerle birlikte kullanılabilir. Bu yöntem E. coli'de kullanım için optimize edilmiş olsa da, Mycobacterium, maya ve memeli hücreleri7-11'de kehribar baskılama yoluyla fotaktive edilebilir amino asit analoglarının proteinlere dahil edildiği bildirilmiştir. Bu nedenle, prensip olarak yöntemimiz diğer sistemlerde de kullanılabilir.
Bu yöntemi, bir E. coli O157:H7 virülans faktörü olan EspP'nin biyogenezini kolaylaştıran moleküller arası etkileşimleri tanımlamak için yaygın olarak kullandık. EspP, silindirik bir b fıçı yapısına katlanan ve proteini dış zara (OM) bağlayan büyük bir N-terminal hücre dışı alan ("yolcu alanı") ve aC-terminal alanı ("b alanı") içeren "ototaşıyıcılar" olarak bilinen bir protein süper ailesinin bir üyesidir.12. Yolcu alanının OM boyunca yer değiştirdiği mekanizma uzun süredir devam eden bir gizem olmuştur. Tüm bakteri hücre yüzey proteinleri gibi, EspP de iç zar boyunca taşınmalı, periplazma (iç ve dış zarlar arasındaki boşluk) boyunca mekik dövülmeli ve bir dizi sıralı olayda OM'ye hedeflenmelidir. OM boyunca yer değiştirmesini takiben, EspP yolcu alanı da proteolitik bir bölünme ile b alanından ayrılır ve hücre yüzeyinden serbest bırakılır. Bölgeye özgü çapraz bağlamayı nabız takip radyoetiketleme ile birleştirerek, proteinin her iki alanının da başlangıçta periplazma6'daki moleküler şaperon Skp ile etkileşime girdiğini gösterdik. Daha sonra, b alanının ayrı segmentleri, bilinmeyen bir mekanizma ile b fıçı proteinlerinin bakteriyel OM'ye entegrasyonunu katalize eden Bam kompleksi adı verilen bir heterooligomerin bileşenleri ile stereospesifik bir şekilde etkileşime girer. Belki de en ilginç olanı, yolcu alanının OM13'ü geçerken Bam karmaşık alt birimlerinden (BamA) biri ile temas halinde olduğunu bulduk. Sonuçlarımız, otomobil taşıyıcı montajı14 için ayrıntılı bir model oluşturmamızı sağladı ve Bam kompleksini, yolcu alanının OM boyunca taşınmasında dahil etti.