Afinite saflaştırma-kütle spektrometresi (AP-MS) ve maya-2-hibrit (Y2H) sistemleri gibi geleneksel protein-protein etkileşimi (PPI) haritalama yöntemleri genellikle düşük bollukta, geçici olarak eksprese edilen veya zara bağlı proteinleri yakalayamaz. Bu sınırlama, canlı bir hücrenindoğal fizyolojik koşullarını kopyalayamamalarından kaynaklanmaktadır 1,2,3. Bu zorlukların üstesinden gelmek için PL, in vivo olarak alt organel düzeyinde yüksek çözünürlüklü proteom haritalaması için güçlü bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. PL, rastgele bir enzimin yem proteini ile füzyonundan yararlanır ve enzimin kısa ömürlü reaktif moleküllerin oluşumunu katalize etmesini sağlar1. Biotin gibi bu reaktif moleküller, füzyon proteini4'ün birkaç nanometre içindeki proteinleri kovalent olarak etiketler. Daha sonra, biyotinile proteinler, büyük ölçekli protein tanımlamasını kolaylaştırmak için kütle spektrometresi ile izole edilir ve analiz edilir 5,6.
Geçtiğimiz yıllarda, PL tekniklerini ilerletmek için çeşitli rastgele enzimler geliştirilmiştir. Yaygın olarak kullanılan iki enzim, Escherichia coli'den türetilmiş R118G mutant biyotin ligaz (BioID) ve bezelye türevi askorbat peroksidaz enzimi 2'dir (APEX2). BioID, biyotin ve ATP'yi biyotinil-5'-adenilat (bioAMP)1'e dönüştürür. Bu reaktif molekül, 10 nm'lik ± yarıçap içinde yakındaki proteinlerin lizin kalıntılarına kovalent olarak bağlanır. BioID tabanlı PL'nin önemli bir avantajı biotin kullanımıdır. Canlı organizmalarda doğal olarak oluşan ve toksik olmayan bir biyomoleküldür, bu da güvenli in vivo etiketlemeyeizin verir 6. Bununla birlikte, BioID'nin yavaş etiketleme kinetiği (18-24 saat) ve optimum katalitik aktivite için yüksek sıcaklık (37 °C) gereksinimi dahil olmak üzere sınırlamaları vardır4. Bu özellikler, dinamik biyolojik süreçlerin incelenmesinde uygulanmasını engelleyebilir. Bu arada, APEX2, biyotin-fenol ve hidrojen peroksit (H2O2)7 varlığında biyotin-fenoksil radikallerinin oluşumunu katalize eder. Bu radikaller esas olarak tirozin gibi elektron bakımından zengin amino asitlerin yan zinciri ile reaksiyona girer ve ayrıca sistein, histidin ve triptofan8'i bağlayabilir. Peroksidaz enziminin hızlı etiketleme özelliği (< 1 dakika), dinamik ve geçici PPI'leri yakalamak için uygundur9. Ayrıca, biyotin ligazdan daha geniş bir algılama aralığına (20 nm'ye kadar) sahiptir. Bununla birlikte, APEX2 bazlı PL'nin, toksik bir oksitleyici ajan olan H2O2 gereksinimi ve in vivo10'da uygulanabilirliği sınırlayan biyotin-fenolün düşük geçirgenliği dahil olmak üzere dezavantajları vardır.
2018'de Branon ve ark. BirA'nın ( E. coli'de bulunan biyotin ligaz) 35 kD mutant bir versiyonu olan TurboID adlı yeni bir biyotin ligaz geliştirdi4. Bu enzim, BirA'ya göre diğer 15 mutasyonla birlikte R118 pozisyonunda (R118S) bir mutasyon içerir. BioID'den iki kat daha yüksek katalitik aktivite sergiler. 10 dakikada TurboID ile indüklenen biyotinilasyon, BioID ile 18 saatlik etiketleme ile karşılaştırılabilir bir boyut ve özgüllüğe sahip proteomik veriler üretir. Ayrıca, 30 °C'de mükemmel etiketleme aktivitesi gösterir4. Bu nedenle TurboID, genellikle sırasıyla 25 °C ve 20 °C'de yetiştirilen Drosophila veya Caenorhabditis elegans gibi organizmalarda uygulama için daha uygundur.
Bu çalışmada, Drosophila over hastalığında interaktom çalışması için TurboID tabanlı PL'nin kullanılması amaçlanmıştır. Burada açıklanan protokoller, germ hattı hücrelerinde Zuc'un etkileşimini haritalamak için kullanılır. Zuc, genom bütünlüğünün korunması için kritik olan küçük kodlamayan RNA'larolan piRNA'ların biyogenezine aracılık eden dış mitokondriyal zar (OMM) üzerinde lokalize bir endonükleazdır 11,12,13. Zuc-TurboID analizinden tanımlanan biyotinile proteinleri iki ek kontrolden, NES-TurboID ve Tom20-TurboID'den gelenlerle karşılaştırarak, farklı Zuc etkileşimli adayları tanımladık.