We describe here a novel, robust, and efficient tandem affinity purification (TAP) method for the expression, isolation, and characterization of protein complexes from eukaryotic cells. This protocol could be utilized for the biochemical characterization of discrete complexes as well as the identification of novel interactors and post-translational modifications that regulate their function.
Aktif protein-protein, protein-nükleik asit komplekslerinin saflaştırılması enzimsel faaliyetlerin ve yeni alt birimleri ve post-translasyonel modifikasyonlar de novo tanımlanması karakterizasyonu için çok önemlidir. Bakteriyel sistemlerde bir polipeptidler ve protein kompleksleri çok çeşitli ekspresyon ve saflaştırma için izin verir. Bununla birlikte, bu sistem, post-translasyonel modifikasyonları (örneğin, fosforilasyon ve asetilasyon) içeren protein alt birimlerinin temizleme, ve ökaryotik sisteminde ifade, sadece mevcut olan yeni düzenleyici alt birimlerin / belirlenmesini sağlamaz. Burada, ökaryotik hücrelerden geçici veya stabil ifade epitop etiketli proteinler ile protein komplekslerinin saflaştırılması kolaylaştıran bir roman, sağlam ve streptokok kullanarak verimli tandem yakınlık arıtma (TAP) yöntemiyle ve FLAG-etiketli proteinlerin ayrıntılı bir açıklama sağlar. Bu protokol, Prot karakterize uygulanabilirein karmaşık işlevsellik, kompleks alt birimlerin üzerine post-translasyonel modifikasyonlar keşfetmek ve kütle spektrometresi ile yeni düzenleyici kompleks bileşenleri tanımlamak için. Özellikle, bu TAP yöntemi ve böylece alt deney imkanları geniş bir dizi elde ökaryotik veya patojenik (viral ve bakteriyel) bileşenlerinin oluşturduğu protein kompleksleri çalışma uygulanabilir. Biz protein kompleksleri ile çalışan araştırmacılar, çok farklı şekillerde bu yaklaşımı kullanmak olabilir öneriyoruz.
Protein-protein etkileşimleri (PPİ) işlevleri yaklaşık 2 bilgilendirebilir biyolojik süreçler 1, bu PPI üzerinde ileri çalışmalar hassas düzenlenmesi için kritik öneme sahiptir. Çeşitli yaklaşımlar PPI çalışma ve karakterizasyonu için, ayrıca bu yeni düzenleyici protein bileşenlerinin de novo tanımlanması için geliştirilmiştir. 1989 yılında, Stanley Alanlar ve arkadaşları maya iki hibrit (Y2H) tahlil 3 bildirdi. Bu yaklaşım, Saccharomyces cerevisiae 'interactors oranı (yem) tanımlanmış bir protein için (avlayan) tarafsız ve kapsamlı bir tanımlanmasına izin verir. PPIs keşfetmek için dikkate değer yardımcı ek olarak, Y2H deneyi, maya hücrelerinde protein çiftleri karakterize az etkileşim alanları tanımlamak ve bu etkileşimi ortadan kaldırmak başkalaşımların teşhis edilmesi için kullanılabilir. Y2H deneyi değiştirerek, PPIs, aynı zamanda, memeli hücrelerinde incelenebilirclass = "xref"> 4. Y2H tahlilinde (örneğin, maya, üç-hibrid sistemi) varyasyonları da protein-RNA ve hücrelerde protein küçük organik ligand etkileşimlerini incelemek için uygulanabilir.
Homolog bir sistemde PPIs incelemek için bir başka genel olarak kullanılan bir araç ko-immünopresipitasyon (ko-IP) deney 5'tir. ilgili bir proteini immünopresipitasyon bir antikor kullanılarak, CO-IP deney araştırmacılar, çeşitli çevre koşulları ve deneysel durumlarda hücrelere PPI izlemesine izin verir. Epitop etiketli proteinler (örneğin, FLAG, myc, Strep ve HA, diğerleri arasında) afinite temizliği (AP) yöntemleri, batı lekesi de dahil olmak üzere çok sayıda alt-tahliller için kompleks protein karışımları proteinlerin izole edilmesini kolaylaştırmıştır, gümüş leke kullanımı ve enzimatik analizi. Bununla birlikte, bu daha önceki yaklaşımların hiçbiri, in vitro bir de dahil olmak üzere daha ayrıntılı karakterizasyon için protein kompleksleri büyük miktarlarda izole edilmesini sağlamakssays, kütle spektrometresi, ve post-translasyonel modifikasyonlar tanımlanması ile düzenleyici alt birimlerin bulunması. AP yöntemin geliştirilmiş bir versiyonu, iki takip eden AP 6, 7 aracılığıyla saflaştırılır iki epitop bir füzyon proteini oluşturarak PPIs çalışmak için bir saflaştırma tekniğidir Tandem AP (TAP) olarak adlandırılır. Bu makalede, iki alt birimi farklı epitoplar ile etiketlenir ve daha sonra iki ardışık AP (STREP AP FLAG IP elde edilmiş) ile saflaştırılmış edildiği arıtma protein kompleksleri TAP yöntemin bir varyasyonu sunulmuştur. Araştırmacılar kendi ilgi protein kompleksine bunları uygulamak, böylece Biz ilk, TAP minimalist bakış (Şekil 1) ve sonra tüm deneysel adımlar ayrıntılı bir açıklama (Şekil 2) sağlarlar.
TAP yöntemin uygulanabilirliğini göstermek için, (karmaşık, iyi karakterize edilmiş siklin cdk PT şu şekilde de ifade seçtikDüzenleyici alt birim, siklin T1 (CycT1) ve bir kinaz (CDK9) oluşmaktadır, ve RNA polimeraz II (pol II), 8, 9, 10 ile transkripsiyonun düzenlenmesinde görevli EFP kinaz). P-TEFb Pol II ve promoter de transkripsiyon duraklatma hafifletir ilişkili olumsuz uzama faktörleri, C-terminal sahasını fosforilleyen ve böylece transkripsiyon uzama 11, 12, 13 kolaylaştırır. Bu akılda bilinen etkileşim sayesinde, CycT1 STREP-etiketli ve FLAG-etiketli CDK9 HEK293T hücrelerinde ifade üzerindeydi. Bir karşılıklı TAP deney daha protein etkileşim kullanılan epitopların bağımsız olduğunu doğrulamak için STREP etiketli CDK9 ve FLAG-etiketli CycT1 ile gerçekleştirildi. Hücreler toplandı ve 48 saat sonra transfeksiyon parçalanmıştır. Çözünür lizat TAP ile saflaştırılmıştır (STREP AP FLAG ardındanIP). Giriş ve saflaştırılmış proteinler Western blot ve gümüş leke (Şekil 3) ile analiz edilmiştir.
1. Kaplama Hücreler
2. Kararlı Hücre Hatları hücrelerin transfekte ya da indükleyici
3. kontrolü Transfeksiyon veya İndüksiyon Verimlilik
4. STREP Affinity saflaştırma (STREP AP)
5. BAYRAK IP
İfade ve ökaryotik hücrelerde protein komplekslerinin izolasyonu için açıklanan protokol, moleküler düzeneklerinin biyokimyasal karakterizasyonu ile sınırlı değildir, aynı zamanda işlevini düzenleyen olabilir yeni interactors ve post-translasyonel modifikasyonlar tanımlanması için de kullanılabilir. afinite etiketleri kullanımı Bu protokolde belirtilen ne ile sınırlı değildir; ancak deneyimi ilk AP adım olarak Strep kullanımı ile önemli ölçüde nihai protein-protein kompleksinin verimi artırır göstermektedir. Hem ve STREP boncuklar bağlayıcı ve elüsyon adımlar (örneğin, FLAG) diğer epitop etiketleri ile karşılaştırıldığında son derece verimlidir. Buna ek olarak, teorik olarak, TAP, tampon koşulları, (her ikisi de geçici ve kararlı ifade sistemleri için) deney başına levha sayısı, vb Ayrıca bazı ufak optimizasyonlar ile başka proteinler veya etki tatbik edilebilir, TAP yöntemi de olabilir uygulamalı tdiğer hücre hatları o spesifik protein kompleksleri kendi işlevi veya benzersiz faktörler ile bunların karşılıklı etkileşimi için özel bir sistem gerektiriyorsa. Sorun kolaylaştırmak için, yüksek giriş ve FT örnekler her iki (Tablo 2) kaydedilir önerilir. beklenen protein bantları elüsyon görüntülenmiştir edilemediğinde, FT örnekleri deney giderilir ve numune bağlı ve / veya boncuk akıtılır olan olup olmadığını belirlemek için kullanılabilir.
Başarılı TAP protein ekspresyonu ve kurtarma yüksek düzeylerde sıkı sıkıya bağlıdır. Böylece, araştırmacılar bir vaka-by-case bazında başlangıç malzemesi miktarını optimize etmesi gerekir. Geçici transfeksiyon protein bileşenlerinin ifade etmek için kullanılıyorsa, transfeksiyon verimi TAP ikinci aşamasına geçmeden önce, en az% 70 olması gerekir. (Epitoplar iki yemler arasında takas edildiği) karşılıklı TAP yöntem genellikle hangi deneysel strateji belirlemede yardımcı olurEn iyi saflık ve verim elde etmek için kullanılmalıdır. Yine, bu bir vaka ile ayrı ayrı araştırıldı gerekecektir. Önemli bir şekilde, karşılıklı TAP performans da PPI kullanılan afinite etiketi bağımsız olduğunu teyit etmektedir.
sunulan TAP yönteminin bazı yönleri burada sınırlamaları vardır. Örneğin, FLAG- ve STREP-etiketli proteinlerini aşın ektopik ifade proteini kendisi ya da interactors için eserler yaratabilir. Farklı epitop takıları, protein sentezleme seviyeleri, bir protein konformasyonu ve / veya hücre içi lokalizasyonu etkileyebilir. hücre dizisi ve transfeksiyon verimliliği sınırlama yanı sıra, komplekslerin boyutu, bir sorun olabilir arındırılacak. Bu TAP yöntemi çok alt birim protein kompleksleri için de çalışıyor. Deneyimlerimize göre, dört madde gümüş boya ile tespit edilebilir (veri gösterilmemiştir). İki etiketli bileşenler kullanılarak, ancak, diğer Uygulayıcılar eş saflaştınldı benzer stokiyometrik seviyelerde olabilir. Bu nedenle,Bu özel amaç için, karmaşık bileşenlerin ifade düzeyi düşük uyaran hücre hatlarının kullanılması tavsiye edilir. Başka bir sınırlama ÜFE gücü olacaktır. etkileşimleri yeterince kararlı değilse, bazı bileşenler (özellikle son BAYRAK IP aşamasında) saflaştırma adımları sırasında kaybolmuş olabilir.
TAP yöntemi daha önce açıklanan ve birkaç farklı epitop etiketleri, test edilmiş, doğrulanmış ve 6 karşılaştırıldı. Ancak, bu makalede sunulan TAP yöntemi roman ve PPIs, karmaşık derleme çalışma, ve protein ağı bileşimi ve işlevini anlaması için kolay, verimli, sağlam ve alternatif bir strateji sağlar. Önceki TAP yöntemleri ile karşılaştırıldığında, bu Strep-FLAG TAP stratejisi kompleks bileşim, etkinlik ya da fonksiyonunun bir ön bilgi olmaksızın daha fazla karakterizasyon kompleksler hızlı saflaştırılmasına olanak; ve protein, yıkama için proteaz bölünme (örneğin, TEV) gerek kalmadan (WHich önemli ölçüde) protein verimi azaltabilir. Çünkü artan protein kompleksi iyileşme, Strep-FLAG TAP yöntemi de tandem kütle spektrometresi analizi 10, 15 ile hücrelerde ilgili protein kompleksi ile ilişkilendirmek proteinlerin sağlam tanımlanmasına izin verir. Daha sonra, diğer yöntemler, konfokal mikroskopi, boyut dışlama kromatografisi, ve ortak bir IP deneylerinde olduğu gibi, aynı zamanda PPIs doğrulamak için kullanılabilir. Son olarak, biz TAP protokolünün alternatif versiyonu arındırmak ve müthiş RNA biyoloji alanında araştırmacılar yardımcı olacak ayrık protein-RNA kompleksleri, montajı çalışmaya adapte olabilir öneriyoruz.
Özetle, saflaştırmak ve memeli hücre çizgilerinde PPIs karakterize etmek için bir yöntem sunmaktadır. Biz bu yöntem gelecek karakterizasyonu ve birçok yeni protein kompleksleri fonksiyonel analiz temelini oluşturmaktadır öneriyoruz.
The authors have nothing to disclose.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | GE Healthcare Life Sciences/Hyclone | SH3002.2FS | |
Fetal bovine serum | GE Healthcare Life Sciences/Hyclone | SH30071 | |
Penicillin/Streptomycin | MP Biomedicals | MP091670049 | |
PolyJet | SignaGen Laboratories | SL100688 | |
Protease inhibitor cocktail | Roche | 11836153001 | |
STREP-Tactin Superflow | IBA Lifesciences | 2-1208-010 | |
STREP-tag elution buffer | IBA Lifesciences | 2-1000-025 | |
EZview Red ANTI-FLAG M2 Affinity Gel | Sigma-Aldrich | F2426 | |
Corning 100 mm × 20 mm style dish cell culture treated nonpyrogenic polystyrene 20/sleeve | Corning | 430167 | |
Protein Lo-Bind Eppendorf | Eppendorf | 022431081 | |
Digital Vortex Mixer | Fisher Scientific | 02-215-370 | |
48 hole micro tube foam rack | Fisher Scientific | 02-215-386 | |
Labquake shaker rotisserie | Thermo | 415110 |