Captation composé spectrométrie de masse - un outil puissant pour identifier de nouveaux c-di-GMP protéines effectrices

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Biology

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Laventie, B. J., Nesper, J., Ahrné, E., Glatter, T., Schmidt, A., Jenal, U. Capture Compound Mass Spectrometry - A Powerful Tool to Identify Novel c-di-GMP Effector Proteins. J. Vis. Exp. (97), e51404, doi:10.3791/51404 (2015).

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Abstract

Des progrès considérables ont été réalisés au cours de la dernière décennie vers l'identification et la caractérisation des enzymes impliquées dans la synthèse (des cyclases diguanylate) et de dégradation (phosphodiestérases) du second messager c-di-GMP. En revanche, peu d'informations sont disponibles concernant les mécanismes moléculaires et de composants cellulaires à travers laquelle cette molécule de signalisation réglemente un large éventail de processus cellulaires. La plupart des protéines effectrices connus appartiennent à la famille Pilz ou sont dégénéré cyclases ou phosphodiestérases diguanylate qui ont renoncé à la catalyse et ont adopté fonction d'effecteur. Ainsi, afin de mieux définir le réseau c-di-GMP cellulaire dans un large éventail de bactéries méthodes expérimentales sont nécessaires pour identifier et valider de nouveaux effecteurs pour lesquels fiable dans prédictions in silico sûr.

Nous avons récemment développé une capture nouveau composé spectrométrie de masse (CCMS) technologie comme un outil puissant pourbiochimiquement identifier et de caractériser les protéines de liaison c-di-GMP. Cette technique a déjà été signalé comme étant applicable à une large gamme d'organismes 1. Ici, nous donnons une description détaillée du protocole que nous utilisons pour sonder ces composants de signalisation. A titre d'exemple, on utilise Pseudomonas aeruginosa, un pathogène opportuniste dans laquelle c-di-GMP joue un rôle essentiel dans la virulence et le contrôle du biofilm. CCMS identifié 74% (38/51) des composants connus ou prévus du réseau c-di-GMP. Cette étude explique la procédure CCMS en détail, et l'établit comme un outil puissant et polyvalent pour identifier de nouveaux composants impliqués dans la signalisation de petite molécule.

Introduction

c-di-GMP est un second messager clé utilisé par la plupart des bactéries de contrôler différents aspects de leur croissance et leur comportement. Par exemple, c-di-GMP régule la progression du cycle cellulaire, la motilité et de l'expression d'exopolysaccharides adhésines de surface et 4/2. Grâce à la coordination de ces procédés c-di-GMP favorise la formation du biofilm, un processus qui est associée à des infections chroniques d'une gamme de 5 bactéries pathogènes. c-di-GMP est synthétisé par des enzymes appelées CYCLASES diguanylate (DGCS) qui abritent un domaine catalytique GGDEF 4. Certains DGCS possèdent un site inhibiteur qui régule négativement l'activité de cyclase lors de la liaison c-di-GMP. La dégradation de c-di-GMP est catalysée par deux classes distinctes des phosphodiestérases (PDE) hébergeant soit un EAL catalytique ou HD-GYP domaine 6,7.

La majorité des protéines effectrices connus qui se lient directement c-di-GMP appartiennent à l'une des trois classes de protéines: catalytiqueGGDEF ou EAL domaines allié inactifs et domaines Pilz, petits interrupteurs moléculaires qui subissent des changements conformationnels sur c-di-GMP liaison 8. DGCS, PDE et Pilz protéines sont bien caractérisés et leurs domaines peuvent être prédites in silico de façon relativement sûre. Un intérêt particulier est désormais axée sur l'identification de nouvelles classes d'effecteurs c-di-GMP. Certains effecteurs c-di-GMP avec différents motifs de liaison ont été récemment décrits comme le CRP / FNR Bcam1349 de la famille des protéines dans Burkholderia cenocepacia ou FleQ de régulateur transcriptionnel dans P. aeruginosa 9,10. En outre, riboswitchs-GMP-c-di spécifique ont été récemment identifiés et affichés pour contrôler l'expression génique d'une manière c-di-GMP-dépendante 11. Les motifs c-di-GMP de liaison des différents effecteurs sont seulement mal conservée faire des prédictions bioinformatiques de telles protéines difficile. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une méthode biochimique, qui est basé sur l'utilisation d'un spe c-di-GMPcifique de captation composé combinée avec la spectrométrie de masse 1,12,13.

Nous avons récemment conçu un roman trivalent c-di-GMP captation composé (CDG-CC, figure 1) 1. Cet échafaudage chimique est composé de: 1) un fragment C-di-GMP utilisée comme appât pour capturer les protéines de liaison à c-di-GMP, 2) un groupe réactif photoactivable-UV utilisé pour réticuler la CDG-CC pour les protéines liées et 3) une biotine d'isoler les protéines capturées en utilisant des billes magnétiques revêtues de streptavidine. Le CDG-CC peut être utilisé pour capturer directement et spécifiquement effecteurs c-di-GMP de mélange complexe de macromolécules que lysats cellulaires. Capturer composé à base de produits chimiques et les approches protéomique base ont déjà été signalés à être applicable à un large éventail d'organismes, par exemple Caulobacter crescentus, Salmonella enterica sérotype typhimurium et P. aeruginosa 1,14.

Dans ce document méthodologique,nous fournissons une dans la description de la profondeur de la procédure CCMS en utilisant des extraits de P. aeruginosa titre d'exemple. Cette étude établit CCMS comme un outil puissant et polyvalent pour identifier biochimiquement nouveaux composants impliqués dans la signalisation de petite molécule.

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Protocol

1. Préparation Lysate

  1. Cultivez P. cellules aeruginosa dans LB à la DO souhaitée.
    REMARQUE: Pour obtenir des conseils: utiliser ≈ 100 ml de culture / échantillon pour cultures en phase stationnaire et ≈ 500 ml cultur / échantillon pour les cultures en phase logarithmique (DO 600 nm = 0,5).
  2. Pellet par centrifugation pendant 20 min à 5000 x g.
  3. Remettre en suspension de 0,5 à 1 g de culot dans 1 ml de tampon de lyse (mM MES 6,7 mM HEPES 6,7 mM, NaCl 200 mM KAC 6,7, DDT 1 mM, pH 7,5) et ajouter inhibiteur de la protéase (mini complète, sans EDTA) ainsi que DNaseI.
  4. Lyse des cellules par trois passages à travers une cellule de pression française, à 20 000 psi (voir liste des matières).
  5. Ultra-centrifugeuse de la lysat cellulaire à 100 000 x g pendant 1 h à 4 ° C.
  6. Enregistrez le surnageant (passez à l'étape 2).
  7. Laver le culot avec 1 ml de tampon de lyse 1x par pipetage de haut en bas.
  8. Ultracentrifugeuse à 100 000 x g pendant 1 heure à 4 ° C.
  9. Flash geler le culot dansazote liquide et conserver à -20 ° C jusqu'à utilisé pour la capture des protéines membranaires (voir l'étape 3).

2. Suppression des nucléotides libres c-di-GMP et les autres (fraction soluble uniquement)

  1. Laver une colonne PD10 de dessalage (voir la liste des matériaux) avec 10 ml de tampon de lyse froid.
  2. Verser le surnageant (≈ 1 ml) sur la PD10 afin d'éliminer les nucléotides.
  3. Eluer avec 4 ml de tampon de lyse froid (500 étapes pi).
  4. Sélectionnez les fractions les plus concentrées comme déterminé par dosage de Bradford, et mettre en commun leur.

3. Pellet et resuspension solubilisation (Fraction membrane seulement)

  1. Reprendre le culot dans 500 à 1000 pi de tampon 1x de capture (sans détergent) (voir le tableau 1).
    NOTE: Le culot est difficile de remettre en suspension. Il est conseillé à la première pipette de haut en bas avec une pipette pour remettre en suspension à peu près le culot, puis d'utiliser une seringue 27 G pour bien homogénéiser la solution.
  2. Ajouter 1% (p / v) de n-dodécyl-β-D-maltopyranoside (DDM).
  3. Incuber à 4 ° C pendant au moins 2 heures (ou O / N) sur une roue rotative.
  4. Ultracentrifugeuse à 100 000 x g pendant 1 heure à 4 ° C.
  5. Récolter le surnageant.

4. Concentration en protéines Mesure

  1. Mesurer la concentration en protéine par dosage de Bradford (par dosage BCA pour la fraction de membrane).
  2. Régler la concentration totale en protéine de 10 mg / ml.

5. capture

  1. Mélanger 300 ug de protéine avec 1 mM de PIB, GTP, ATP, CTP, et 20 ul de tampon de capture 5x (100 mM de HEPES, 250 mM de KAc, MgAc 50 mM, 5% de glycerol, pH 7,5) (tableau 1). Ajuster le volume de réaction de 100 ul avec du H 2 O.
    REMARQUE: le volume total inclut le volume de la CDG-CC et c-di-GMP en cas de contrôle de la concurrence (voir l'étape 5.3 et le tableau 2).
    REMARQUE: Les expériences ont été effectuées dans 200 &bandes l 12 tubes PCR (Thermo Scientific); # 181.
    REMARQUE: pour la fraction membranaire, assurez-vous de toujours garder la concentration de DDM-dessus de la concentration micellaire critique (0,01% p / v) jusqu'à ce que l'étape de solubilisation de protéines dans 8 M d'urée (étape 7.1).
  2. Incuber à 4 ° C pendant 30 min sur une roue rotative.
  3. Ajouter 10 uM CDG-CC (concentration finale).
    REMARQUE: inclure un contrôle sans CDG-CC (dénommé «contrôle de perles»), et un contrôle additionné de 1 mM c-di-GMP ("de contrôle de la concurrence") (voir le tableau 2).
    NOTE: la concentration CDG-CC peut être réglée de 1 à 10 uM.
  4. Incuber à 4 ° C pendant au moins 2 heures (O / N pour la fraction de membrane) sur une roue rotative, dans l'obscurité.
  5. Après une courte rotation, réticulation par l'activation de la partie réactive de la CDG-CC avec une lumière UV pendant 4 min, en utilisant un CaproBox (voir la liste des matériaux, λ = 310 nm, Irradiance ≥10 mW / cm², la distance de la source = 2 cm). REMARQUE: retirer le couvercle des bandes croisées de liaison avant.
  6. Ajouter 25 ul 5x tampon de lavage (5 M de NaCl, Tris 250 mM, pH 7,5) et 50 pi de billes magnétiques de streptavidine ainsi remis en suspension, homogénéiser délicatement.
  7. Incuber à 4 ° C pendant 1 heure sur une roue rotative.

6. étapes de lavage

NOTE: (Magnet: voir liste des matières). Commencez avec une capture des billes magnétiques dans le couvercle de la bande PCR, avec l'aimant. Puis remplacer la bande PCR par un nouveau contenant la solution de lavage suivant. Retirer l'aimant et remettre en suspension les perles, et incuber 2 min. Isoler et remplacer le couvercle par un couvercle frais.

  1. Les étapes de lavage (fraction soluble uniquement)
    1. Laver 6 fois dans 200 tampon de lavage ul 1x.
    2. Laver une fois dans 200 pi qualité HPLC H 2 O.
    3. Laver 6 fois dans 200 pi 80% d'acétonitrile.
    4. Laver deux fois dans 200 pi qualité HPLC H 2 O.
  2. Les étapes de lavage (membrane partie seulement)
    1. Laver 5 fois dans 200 pi de tampon de lavage 1x + 0,1% DDM.
    2. Laver deux fois dans 200 pi de tampon de lavage 1x + 0,05% DDM.
    3. Laver une fois dans 200 pi de tampon de lavage 1x + 0,025% DDM.
    4. Laver une fois dans 200 pi de tampon de lavage 1x + 0,0125% DDM.
    5. Lavez 3 fois dans 200 pi mM ABC 100 (bicarbonate d'ammonium, NH 4 CO 3) + 2 M d'urée.

7. MS Préparation de l'échantillon

  1. Resuspendre les billes (directement dans le couvercle) dans 20 ul ABC 100 mM (100 mM ABC + 8 M d'urée pour la fraction de membrane) et transférer dans des tubes de 1,5 ml.
  2. Fraction membranaire seulement: incuber à 60 ° C pendant 5 min, sous agitation à 500 tours par minute.
  3. Ajouter 0,5 ul mM PTCE 200 (tris (2-carboxyéthyl) phosphine) et incuber à 60 ° C pendant 1 heure, en agitant à 500 rpm. Refroidir à 25 ° C.
  4. Ajouter 0,5 ul de 400 mM fraîchement préparée iodoacétamide et incuber à 25 ° C pendant 30 min, en secouant uneT 500 tours par minute et dans l'obscurité.
  5. Ajouter 0,5 pi de 0,5 M de N-acétyl-cystéine et incuber à 25 ° C pendant 10 min, sous agitation à 500 tours par minute.
  6. Fraction membranaire uniquement: ajouter 1 pl Lys-C et incuber à 37 ° C, O / N.
  7. Ajouter 2 pg de trypsine et incuber O / N à 37 ° C, en agitant à 500 rpm (enveloppement dans Parafilm pour éviter le dessèchement).
    NOTE: les échantillons peuvent être conservés à -20 ° C à ce stade.
    REMARQUE: fraction membrane uniquement: ajouter 100 mM ABC pour ajuster la concentration de l'urée à <2 M avant l'addition de trypsine.
  8. Brièvement centrifuger les tubes et de recueillir des perles avec l'aimant.
  9. Transférer le surnageant dans un nouveau tube de 1,5 ml (répéter cette étape si les perles sont de gauche).
  10. Ajouter 5 ul de 5% de TFA (acide trifluoroacétique) + 1 ul de HCl 2 M (+ HCl 5 M ul 15 ul de 5% de TFA 2 pour la fraction de membrane).
  11. Condition colonnes C18 MicroSpin (Le Groupe de Nest, MA, USA) avec 150 ul acétonitrile (spin 20 secondes à 2400 tours par minute).
  12. Equilibrate les colonnes C18 deux fois avec 150 ul de 0,1% de TFA (spin 20 sec, 2400 rpm).
  13. Chargez l'échantillon et de spin 2 min, 2000 rpm.
  14. Recharger l'écoulement sur la colonne et répéter l'étape de filage (2 min, 2000 rpm).
  15. Laver trois fois avec 150 ul de 0,1% de TFA, 5% d'acétonitrile (20 sec, 2400 rpm).
  16. Prendre un nouveau tube et on élue deux fois avec 150 ul de 0,1% de TFA, 50% d'acétonitrile (2 min, 2000 rpm).
  17. Sécher les peptides dans un speed-vac.
  18. Remettre en suspension dans 40 ul de 98% de H 2 O, 2% d'acétonitrile, d'acide formique à 0,15%.
  19. Soniquer 20 sec (cycle d'impulsion 0,5, amplitude de 100%; voir la liste des matériaux) et centrifuger 5 sec, 12000 rpm (centrifugeuse de paillasse). Vortex 10 sec, et centrifuger 5 secondes, 12 000 rpm. Transférer dans un flacon de HPLC pour l'analyse LC-MS / MS.
  20. Congeler à -20 ° C.
    NOTE: les échantillons peuvent être conservés à -20 ° C à ce stade.

8. LC-MS / MS Analysis

  1. Exécutez un nano-LC (systèmes nano-LC) equipped avec une colonne de RP-HPLC (75 pm x 37 cm) garnie de résine C18 (Magic C18 AQ 3 um) en utilisant un gradient linéaire de 95% de solvant A (acide 0,15% de l'acide formique, 2% d'acétonitrile) et 5% de solvant B ( 98% d'acétonitrile, d'acide formique à 0,15%) à 35% de solvant B sur 60 min à un débit de 0,2 ul / min.
  2. Analyser les peptides par LC-MS / MS (double-pression LTQ Velos Orbitrap spectromètre de masse, relié à une source d'ions à électronébulisation).
    REMARQUE: Le mode d'acquisition de données a été créée pour obtenir une haute résolution MS SCAN dans la partie FT du spectromètre de masse à une résolution de 60000 FWHM suivie par des analyses MS / MS dans le piège à ions linéaire des 20 ions les plus intenses. Pour augmenter l'efficacité de tentatives MS / MS, la projection modus chargée de l'Etat a été activé à exclure non affecté et charge individuellement ions. Collusion dissociation induite a été déclenchée lorsque le précurseur dépassé les 100 chefs d'ions. La durée d'exclusion dynamique a été réglée à 30 sec. Le temps d'accumulation d'ions a été réglée à 300 ms (MS) et 50msec (MS / MS).

9. Base de données Recherche

  1. Télécharger le P. aeruginosa NCBI-base de données via la page d'accueil du NCBI ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ ).
  2. Convertir les spectres MS brut en fichiers génériques de mascotte (mgf) en utilisant l'outil de conversion MassMatrix ( http://www.massmatrix.net/mm-cgi/downloads.py ).
  3. Chercher dans ce fichier mgf utilisant MASCOT version 2.3 contre le P. aeruginosa NCBI-base de données contenant de l'avant et les entrées de protéines reverse-leurres.
  4. Effectuer une in silico la digestion de la trypsine après lysine et l'arginine (moins suivi par la proline) tolérer manqué deux clivages dans les peptides tryptiques pleinement.
  5. Définissez les paramètres de recherche de base de données pour permettre methionines oxydé (15,99491 Da) que des modifications variables et carboxyamidomethylation (57,021464 Da) des résidus cystéine que la modification fixe. Pour MASCOT nous scruteing scans haute résolution, définir la tolérance de masse de précurseur de 15 ppm et définir la tolérance de masse de fragment à 0,6 Da. Enfin, réglez la protéine FDR à 1%.
  6. Importez les recherches mascotte de P. expériences aeruginosa CDSM dans Échafaudages (Proteomesoftware, Version 3), définissez les paramètres pour obtenir une protéine FDR près de 1%, et extraire les comtes spectrale totale.
  7. Pour les résultats représentatifs présentés dans cet article, nous avons utilisé un test t apparié pour comparer l'expérience avec le contrôle de la concurrence, et seulement considéré succès avec une valeur de p inférieure à 0,1, et un ratio de comptage spectrale supérieure à 2 (expérimenter compte spectrales / contrôle de la concurrence spectrale chiffres).
  8. Les données peuvent être exportées dans ne importe quel tableur pour une analyse ultérieure.

10. Quantification Sans étiquette

  1. Importez les fichiers bruts dans le logiciel ProGenesis LC-MS (dynamique non linéaire, la version 4.0).
  2. Effectuez un alignement LC-MS et détection de caractéristiques de Setti par défautNGS.
  3. Exporter les données au format mgf de ProGenesis LC-MS.
  4. Rechercher les spectres MS / MS en utilisant la mascotte contre le NCBI P. base de données contenant aeruginosa avant et entrées de protéines reverse-leurres.
  5. Importez les résultats de la recherche de base de données dans ProGenesis LC-MS et cartographier les peptides identifications aux fonctionnalités MS1.
  6. Pour l'évaluation des données (calcul des niveaux de signification, plier changement ratios) le script ProteinSQAnalysis de SafeQuant a été utilisée (seuil: valeur de q inférieur à 0,1, le ratio de comptage spectrale supérieure à 2).

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Representative Results

Pour identifier de nouveaux effecteurs c-di-GMP dans P. aeruginosa nous avons systématiquement utilisé CCMS pour analyser les fractions solubles et membranaires de P. aeruginosa souche PAO1 d'une culture en phase logarithmique (DO 600 = 0,5). Nous résumons ici et discutons des résultats représentatifs de cette expédition de pêche. Quatre répliques biologiques indépendants ont été utilisés. Pour chaque expérience, deux concentrations CDG-CC différents ont été utilisés (5 uM et 10 uM). Pour sonder pour la spécificité, des expériences ont été menées dans la présence ou l'absence de 1 mm c-di-GMP comme concurrent et, enfin, avec un contrôle de perles (sans CDG-CC) (tableau 1).

En suivant la méthode décrite en détail ci-dessus (Figure 2), nous avons produit une liste de protéines capturées dans un format d'échafaudage. Contaminants probables ont été enlevés. Cela comprenait les protéines ribosomales, la streptavidine, la trypsine, la sérumalbumine, la kératine et autres protéines humaines. La protéineidentification taux de fausse découverte (FDR) a été fixé à 1% en utilisant le logiciel d'échafaudage, et les données exportées vers Excel. Le nombre d'adhésion fourni par Échafaudages peut être converti en nombre de locus en utilisant la fonction RECHERCHEV dans Excel liée à une liste de l'P. le nombre de locus aeruginosa. A ce stade, la liste de résultats comprend 768 protéines de la fraction soluble et de 433 pour les protéines de la fraction membranaire. Cependant, la plupart des protéines ne sont pas significativement enrichis dans l'expérience de capture. Ainsi, les protéines qui sont susceptibles capturés de manière non spécifique (positifs dans le contrôle de talon ou seulement en présence de c-di-GMP concurrent) ont été enlevés. Nous avons calculé le rapport de comptage spectral entre l'expérience de capture et le contrôle de la concurrence et des protéines considérées seulement avec un rapport plus grand que deux. En outre, nous avons employé un test t apparié sur les chiffres spectrales pour fournir une mesure de signification entre l'expérience de capture et le contrôle de la concurrence, et de fixer un seuil de 0,1 permissive. Enfin, Nous avons considéré seulement coups robustes avec au moins quatre peptides identifiés dans les quatre expériences pour les concentrations de composés 2 de capture prises tout à fait. Ces critères doivent être ajustés selon les besoins et en utilisant le vérifiées et prédit c-di-GMP protéines de liaison standard de fixer le seuil. Après le tri, la liste a été diminuée à 76 résultats pour la fraction soluble, et 133 pour les protéines de la fraction membranaire. Cela comprenait 13 soluble et 21 protéines membranaires de P. aeruginosa qui sont connus ou prévus pour lier c-di-GMP (tableau 2). Les 63 112 soluble et d'autres protéines membranaires putatives sont de nouvelles protéines c-di-GMP de liaison qui ne contiennent pas l'un des domaines de liaison à c-di-GMP connus. Ces résultats doivent maintenant être validée en testant leur liaison à c-di-GMP spécifique.

Dans un écran précédent nous avons pêché GlyA2 (PA2444), GlyA3 (PA4602) et Gsp69 (PA1127) 1. Ces trois protéines ont été clonées, surexprimés et purifiés à partir deE. coli et pourrait être validé pour lier c-di-GMP dans des expériences de réticulation UV utilisant 33 P étiquetés c-di-GMP 15. Les Kd ​​étaient déterminés à uM 1,0, 2,0 et 6,9 respectivement, indiquant que de nouveaux effecteurs effet peuvent être identifiés en utilisant CCMS.

En plus de cet exemple représentatif, on a utilisé CCMS avec des extraits de cellules récoltées à partir de différentes conditions de croissance et avec différentes concentrations c-di-GMP intracellulaires (n = 24). Dans l'ensemble nous avons capturé 74% (38/51) de l'connus ou prévus P. composants aeruginosa PAO1 c-di-GMP de signalisation (24/32, 14/19 protéines solubles des protéines membranaires). Étant donné qu'au moins neuf de ces gènes se sont révélés être transcrit dans des conditions spécifiques (stress oxydatif, quorum sensing, biofilms) 16 et que certains peuvent ne pas se lier c-di-GMP du tout, ce degré de couverture pourrait être proche de la saturation. Cet ensemble avec l'observation que la plupart de ces composantes were capturé avec une spécificité élevée (tableau 2) soutient fermement que cette technique est efficace et puissant.

Figure 1
Figure 1: Structure chimique de la c-di-GMP captation composé.

Figure 2
Figure 2:. CCMS résumé de workflow Après lyse mécanique nucléotides libres sont retirés en utilisant une colonne d'exclusion PD10. Les protéines des fractions solubles ou membranaires sont incubées avec la CDG-CC et le mélange est exposé à une irradiation UV pour réticuler les protéines capturées. Étapes de lavage dure sont réalisées avec des composés liés à la streptavidine billes magnétiques revêtues. Le bourrelet-digestion trypsique des peptides,qui sont ensuite séparés des perles et protoné pour leur identification par spectrométrie de masse. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de la figure.

Figure 3
Figure 3: Volcanoplots de P. protéines aeruginosa considérablement enrichis par CCMS. Suite à l'analyse LC-MS / MS et la quantification sans marqueur, les protéines ont été triées comme décrit dans le texte. Rapport Log2 intensité du peptide détectée entre les expériences de capture et de la concurrence ont été calculée et tracée en fonction de valeurs dérivées de l'analyse de signification (t-statistique modifiée, méthode empirique de Bayes 17). Protéines dans les seuils de signification pour les valeurs p <0,05 et ratios intensité> 1,5 fois sont indiqued dans une boîte grise. Le 4 répétitions pour la fraction soluble (A) et la fraction de membrane (B) ont été réalisées en présence de 10 pM c-di-GMP-CC, et l'expérience de compétition avec 1 mM c-di-GMP. Les points encerclés correspondent à des protéines de liaison à c-di-GMP connus. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de la figure.

Capture: Tampon Chimique Source Concentration
Bacterial Lysis Buffer 10x MES Sigma 67 mM
pH 7,5 HEPES Sigma 67 mM
NaCl Moirck M 2
Acétate de Na Merck 67 mM
TNT Fluka 10 mM
DNaseI Roche 20 U / ml
Complète Cocktail inhibiteur de protéase Roche 1 TAB / 10 ml
Capturez tampon 5x HEPES Sigma 100 mM
KAc Sigma 250 mM
MgAc (anhydre) Sigma 50 mM
Glycérol Sigma 50% (V / V)
PIB, GTP, ATP, CTP sigma 1 mM de chacun 5x tampon de lavage Tris-HCl Merck M 1
(Pour la fraction soluble) EDTA Sigma 0,5 M
pH 7,5 NaCl Sigma 5 M
n-octyl-β-D-glucopyranoside Anagrade (Affymetrix) 42,5 uM
5x tampon de lavage Tris-HCl Merck M 1
(Pour la fraction de membrane) EDTA Sigma 0,5 M
pH 7,5 NaCl Sigma 5 M
Autres produits chimiques: bicarbonate d'ammonium (ABC) Fluka
Urée Applichem
MS préparation de l'échantillon: Tampon Chimique Source Concentration
C18 tampon A TFA Percer 0,1% (V / V)
H 2 O qualité HPLC 99,9% (V / V)
C18 tampon B TFA Percer 0,1% (V / V)
Acétonitrile Biosolve 49,9% (V / V)
H 2 O qualité HPLC 50% (V / V)
C18 tamponC TFA Percer 0,1% (V / V)
Acétonitrile Biosolve 5% (V / V)
H 2 O qualité HPLC 94,9% (V / V)
LC tampon A L'acide formique Sigma 0,15% (V / V)
Acétonitrile Biosolve 2%
H 2 O qualité HPLC 97,85%
Autres produits chimiques: tris (2-carboxyéthyl) phosphine (TCEP) Sigma
iodoacétamide (IAA) Sigma
N-acétyl-cystéine Sigma
L'endoprotéinase Lys-C Wako
Trypsine Promega

Tableau 1: buffers composition Résumé des tampons composition, chimiques et des fournisseurs.. Le GMP-di-c-composé de capture, c-di-GMP (pour le contrôle de la concurrence), des billes magnétiques revêtues de streptavidine, un tampon de capture, et un tampon de lavage sont inclus dans le caproKit.

Contrôle Perle expérience de capture contrôle de la concurrence
extrait de protéine (10 mg / ml) 30 ul 30 ul 30 ul
c-di-GMP (10 mM) 0 ul 0 ul 10 ul
Les nucleotides (10 mM de chaque nucleotide) 10 ul 10 ul 10 ul
5x tampon de capture 20 ul 20 ul 20 ul
H 2 O 42 pi 32 pi 22 pi
30 min d'incubation
c-di-GMP ~ CC (stock 100 uM) 0 ul 5-10 pi 5-10 pi
Les concentrations finales: Contrôle Perle expérience de capture contrôle de la concurrence
c-di-GMP ~ CC (M) 0 uM 5-10 uM 5-10 uM
Concurrents c-di-GMP (M) 0 uM 0 uM 1000 pM

Tableau 2:. Capture mélange réactionnel Résumé du mélange de réaction pour le contrôle de talon (ce est à dire sans composé de capture), l'expérience de capture (avec le c-di-GMP-CC), et le contrôle de la concurrence, qui contient un grand excès de c- di-GMP. La concentration finale c-di-GMP-CC peut être ajusté, et est généralement réglé entre 5 et 10 pM.

nom de protéines Locus ID l'architecture de domaine capture expérience / la concurrence expérience 1
a) la fraction soluble CDG-CC = 5 um CDG-CC = 10 uM
- PA4843 REC-REC-GGEEF * 14/0 14/0 13/0 11/0 14/0 12/0 14/0 14/0
WSPR PA3702 REC-GGEEF * 9/0 9/0 10/0 9/0 11/0 10/0 11/0 11/0
- PA2567 GAF-SPTRF-EAL 8/0 4/0 9/0 0/0 7/0 3/0 8/0 8/0
- PA3353 Pilz 11/0 12/0 13/0 12/0 12/0 10/0 11/0 12/0
- PA0290 PAS-GGDEF 5/0 </ Td> 3/0 6/0 5/0 8/0 5/0 6/0 6/0
- PA5295 GDDEF-EAL 3/0 3/0 3/0 1/0 6/0 6/0 5/0 4/0
FIMX PA4959 PAS-GDSIF-EVL 23/1 21/0 21/0 11/0 24/3 23/2 22/0 20/0
- PA4608 Pilz 3/0 3/0 3/0 0/0 3/0 2/0 3/0 3/0
- PA0012 Pilz 3/0 2/0 2/0 2/0 2/0 2/0 4/0 2/0
- PA2989 Pilz 1/0 2/0 1/0 1/0 2/0 3/0 3/0
- PA4324 Pilz 2/0 2/0 1/0 1/0 2/0 2/0 1/0 2/0
- PA3177 GGEEF 2/0 1/0 3/0 0/0 1/0 1/0 3/0 1/0
- PA4396 REC-DEQHF 0/0 1/0 4/0 0/0 1/0 0/0 5/0 1/0
- PA0169 GGEEF * 3/0 2/0 6/0 7/0 7/1 6/2 9/1 7/1
- PA2799 Pilz 1/0 0/0 2/0 0/0 0/0 0/0 3/0 1/0
- PA5017 PAS-GAF-PAS-ASNEF-EAL 1/0 2/0 1/0 0/0 1/0 3/2 0/0 0/0
- PA5487 GGEEF * 0/0 0/0 0/0 1/0 1/0 0/0 1/0 1/0
b) fraction membranaire CDG-CC = 5 um CDG-CC = 10 uM
- PA2072 CHASE4-TM-PAS-GGDEF-EAL 13/1 25/0 27/0 19/0 36/0 36/0 31/0 23/0
- PA0861 TM-PAS-GGDEF-ELL 6/1 14/0 13/0 10/0 17/0 18/0 13/0 8/0
- PA3353 Pilz 6/0 10/0 9/0 7/0 10/0 10/0 6/0 5/0
- PA3343 5TM-GGDEF 3/0 7/0 7/0 4/0 12/0 10/0 7/0 7/0
- PA1181 MASE1-PAS-PAS-PAS-PAS-GGDEF-ELL 3/0 6/0 9/0 3/0 12/0 12/0 5/0 2/0
- PA0847 TM-CHASE4-HAMP-PAS-GGDEF 0/0 4/0 4/0 1/0 15/0 13/0 8/0 6/0
- PA0575 PBPB-TM-PAS-PAS-PAS-Pas-GGDEF-EAL 1/0 7/0 6/0 3/0 10/0 10/0 6/0 2/0
yfiN PA1120 2TM-HAMP-GGDEF 2/0 4/0 3/0 3/0 5/0 4/0 3/0 1/0
- PA0290 PAS-GGDEF 1/0 4/0 3/0 2/0 1/0 5/0 1/0 2/0
- PA4929 7TMR: DISMED2-7TMR: DISMED2-GGDEF 2/0 4/0 2/0 2/0 2/0 2/0 2/0 1/0
Mora PA4601 TM-TM-PAS-PAS-PAS-PAS-GGDEF-EAL 3/0 7/0 7/3 5/0 9/0 10/0 5/0 4/0
- PA1851 5TM-GGDEF 1/0 2/0 1/0 2/0 4/0 3/0 1/0 1/0
- PA2870 TM-GGDEF 0/0 0/0 1/0 0/0 4/0 4/0 4/0 2/0
- PA3311 TM-MHYT-MHYT-MHYT-AGDEF-EAL 1/1 5/0 7/1 4/0 8/0 8/0 5/1 3/0
BIFA PA4367 TM-GGDQF-EAL 1/0 2/0 1/0 2/0 1/0 2/0 2/1 1/0
- PA4608 Pilz 0/0 1/0 1/0 0/0 3/0 3/0 2/0 2/0
- PA4332 5TM-GGEEF 1/0 3/0 2/0 1/0 1/0 1/0 2/0 0/0
- PA0012 Pilz 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 0/0
- PA2989 Pilz 4/0 8/0 7/0 7/0 5/2 11/2 7/2 8/3
- PA1433 HAMP-RGGEF-KVL 0/0 0/0 0/0 0/0 1/0 1/0 1/0 1/0
- PA4843 REC-REC-GGEEF 0/0 0/0 1/1 1/0 0/0 1/0 1/0 0/0 * = GGDEF domaine contenant un site de I
1 nombre de coups spectrales de peptides identifiés

Tableau 3: P. aeruginosa connu c-di-GMP composants spécifiquement capturés signalisation. protéines identifiées ont d'abord été triée comme décrit dans le texte. Les protéines sont identifiés par leur nom et locus nombre, et nous indiquent leur architecture prévue avec la base de données outil en ligne NCBI Conserves de domaine (n = 4, CDG-CC = 5 uM ou 10 uM) afin de montrer la spécificité de capture et la reproductibilité du procédé.

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Discussion

Une attention particulière devrait être prise à plusieurs étapes du protocole. La concentration en protéine est un paramètre critique avec une concentration de 10 mg / ml étant difficile à atteindre lorsque les cellules sont cultivées dans des conditions de croissance spécifiques (par exemple des biofilms ou des variants petites colonies). Ainsi, la remise en suspension du culot doit être effectuée dans un faible volume de tampon de lyse. Les concentrations de protéines peuvent être diminuées à 8 mg / ml. Par rapport à la méthode publiée par Nesper et al. 1, on a ajouté divers nucleotides de capture de la réaction afin de minimiser la capture non spécifique de protéines de liaison de nucleotide. Bien que l'addition de nucléotides de la spécificité améliorée, il peut en même temps d'empêcher la capture de protéines qui se lient à différents nucléotides sur le même site. Par exemple, le FleQ effecteur, qui a récemment été montré se lier l'ATP et c-di-GMP 18 a été pêché spécifiquement en l'absence d'ATP dans notre expérience précédente 1, mais pas plus de la data présentée ici en présence d'un excès d'ATP.

Le CDG-CC devrait être soigneusement protégé de la lumière. Bien que la lumière ambiante contient seulement une petite fraction des UV, il est recommandé de garder le composé de capture disponibles enveloppés dans une feuille d'aluminium, ainsi que le mélange de capture avant l'activation par irradiation UV. Les étapes de lavage qui suivent peuvent être très rigoureux pour augmenter la spécificité, que les protéines capturées sont liés de manière covalente à la CDG-CC. En ce qui concerne l'analyse LC-MS / MS, les expériences doivent être réalisées dans un environnement exempt de kératine propre. En outre, des tampons compatibles HPLC doivent être utilisés, notamment après les étapes de lavage. La liste des candidats comprend typiquement entre 300 et 800 protéines (pour un quadruple), avec de faibles variations entre les répétitions (voir le tableau 2 à titre d'exemple).

Certains paramètres comme la protéine et la concentration CDG-CC pourraient devoir être optimisé en fonction des organismes unnalyzed. Puisque les protéines de faible abondance ou protéines exprimées que dans des conditions spécifiques peuvent être facilement manqué, il faut veiller sur les conditions de culture employées. Ce problème peut être surmonté en comparant la liste de succès avec un atlas de protéines mondiales recueillies pour les mêmes conditions de culture. Enfin, l'optimisation du détergent peut être difficile, car il doit être optimisé en ce qui concerne son aptitude à solubiliser les protéines membranaires et doit être compatible MS également.

Il faut garder à l'esprit que la molécule c-di-GMP de la CC est chimiquement modifié, car il est lié par le groupe 2'OH d'un ribose au reste de l'échafaud. Cette modification pourrait altérer son aptitude à se lier à des effecteurs fournissant ainsi des faux négatifs. Dans ce contexte, il est à noter que nous ne avons jamais capturé protéines qui abritent un domaine de EAL, mais manquent un domaine GGDEF dans P. aeruginosa, bien que les protéines ALA ont été capturés dans d'autres espèces, comme Caulcrescentus obacter. Cela pourrait être dû à un manque d'accès ou une faible affinité de la CDG-CC au site de liaison ou à la dégradation de la CDG-CC par des protéines de l'ALA. En revanche, de nombreuses protéines de liaison de nucleotides ont été capturées avec une spécificité relativement faible et, dans une large mesure, sont probablement faux positifs. En outre la validation de la liaison à c-di-GMP en utilisant des techniques telles que DRaCALA 20 spécifique, UV réticulation 15, balayage différentiel fluorimétrie (DSF) 21, thermophorèse Microscale (MST) 22, isotherme calorimétrique (ITC) de 23 à 24 ... est donc nécessaire.

Il est également possible qu'une fraction de la fraction c-di-GMP du composé de capture est dégradé par les phosphodiestérases du lysat cellulaire. Ce est l'une des raisons pour lesquelles la procédure doit être effectuée à 4 ° C, donc de limiter l'activité des phosphodiestérases avant réticulation.

Le procre peut être adapté à de nombreuses espèces bactériennes, et a été utilisée avec succès pour trois espèces bactériennes différentes avec des modifications très mineures 1. la technologie à base de composé de capture peut réduire les faux positifs en utilisant un lavage soigneux (par exemple, 1 M de sel, la concentration de détergent élevé, 2 M d'urée dans le cas de protéines membranaires, 80% d'acétonitrile), par rapport à d'autres techniques qui ne reposent pas sur la liaison covalente. Étant donné que la validation des candidats peut être un processus fastidieux et chronophage, ce est un avantage majeur à d'autres méthodes comme la protéomique chimiques à base approches 14.

Cette méthode vidéo illustrée établit CCMS comme un outil puissant et polyvalent pour identifier et caractériser de nouveaux composants impliqués dans la signalisation de petite molécule. Dans l'avenir, composés de capture similaires abritant d'autres groupes de sélectivité pourraient être utilisés pour capturer les protéines impliquées dans la signalisation de petite molécule, tels que les nouveaux effecteurs c-di-AMP.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
caproBox caprotec bioanalytics 1-5010-001 (220 V) UV lamps coupled to a cooling 96-plate cooling block, for the photoactivation
caproMag caprotec bioanalytics included in the CCMS Starter Kit For easy handling of magnetic particles without pipetting
c-di-GMP caproKit caprotec bioanalytics upon request The kit contains the c-di-GMP-capture compound, c-di-GMP (for the competition control), streptavidin coated magnetic beads, capture buffer, and washing buffer
Disposable PD-10 Desalting Columns GE Healthcare 17-0851-01 
12-tube PCR strips Thermo Scientific AB-1114
UIS250v sonicator with VialTweeter Hielscher ultrasound technology UIS250v and VialTweeter
Miniature French Pressure Cell Thermo Electron Corporation FA-003

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References

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