Perfil de Ubiquitin e Ubiquitin-like Modificações pós-translacionais dependentes e identificação de alterações significativas

Biochemistry

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Summary

Este protocolo visa estabelecer proteomas específicos de ubiquitina (Ub) e ubiquitina (Ubls), a fim de identificar alterações desse tipo de modificações pós-translacional (PTMs), associadas a uma condição específica, como tratamento ou fenótipo.

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Swayden, M., Dobric, A., Berthois, Y., Villalba, H., Audebert, S., Camoin, L., Iovanna, J., Soubeyran, P. Profiling Ubiquitin and Ubiquitin-like Dependent Post-translational Modifications and Identification of Significant Alterations. J. Vis. Exp. (153), e60402, doi:10.3791/60402 (2019).

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Abstract

Ubiquitina (ub) e ubiquitina-like (ubl) modificações pós-translacionais dependentes de proteínas desempenham papéis fundamentais de regulamentação biológica dentro da célula, controlando a estabilidade de proteínas, atividade, interações e localização intracelular. Eles permitem que a célula responda aos sinais e se adapte às mudanças em seu ambiente. Alterações nesses mecanismos podem levar a situações patológicas graves, como doenças neurodegenerativas e cânceres. O objetivo da técnica descrita aqui é estabelecer perfis de PTMs dependentes ub/ubls, de forma rápida e precisa, a partir de linhas celulares cultivadas. A comparação de diferentes perfis obtidos de diferentes condições permite a identificação de alterações específicas, como as induzidas por um tratamento, por exemplo. A transdução de células mediadas lentivirais é realizada para criar linhas celulares estáveis expressando uma versão de duas tags (6His e Flag) do modificador (ubiquitina ou um ubl como SUMO1 ou Nedd8). Essas marcas permitem a purificação da ubiquitina e, portanto, de proteínas ubiquitinadas das células. Isso é feito através de um processo de purificação de duas etapas: O primeiro é realizado em condições de desestruturação usando a tag 6His, e o segundo em condições nativas usando a tag Flag. Isso leva a um isolamento altamente específico e puro de proteínas modificadas que são posteriormente identificadas e semiquantificadas por cromatografia líquida seguida saqueade sem espectrometria de massa (LC-MS/MS) tecnologia. A análise de informática fácil dos dados de EM usando o software Excel permite o estabelecimento de perfis PTM eliminando sinais de fundo. Esses perfis são comparados entre cada condição, a fim de identificar alterações específicas que serão estudadas mais especificamente, começando com sua validação por técnicas de bioquímica padrão.

Introduction

O método aqui proposto é dedicado ao estudo de PTMs mediados pelos membros da família ubiquitina de células de mamíferos cultivadas, a fim de identificar potenciais alterações associadas a uma condição específica (tratamento, diferenciação, etc). Os PTMs representam o último passo da regulação das funções das proteínas1. De fato, uma vez produzido pelas máquinas translacionais, a maioria, se não todas as proteínas, passam por diferentes tipos de PTMs que modulam sua atividade, interações moleculares e localização intracelular1. Entre a pletora de PTMs estão os mediados pela família ubiquitinde de proteínas, ubiquitina em si e todos os ubiquitina-likes, têm o potencial de regular todas as proteínas intracelulares ou parcialmente citoplasmic2. Por serem proteínas, elas podem ser conjugadas entre si, formando cadeias homogêneas e heterogêneas de diversas topologias, cada uma associada a funções regulatórias específicas2. Ferramentas são necessárias para tentar decifrar e entender essa máquina complexa. Muitas abordagens foram desenvolvidas em todo o mundo, tendo suas próprias vantagens e desvantagens, e aqui propomos uma com alto desempenho adequado para células cultivadas.

A principal vantagem deste método é a sua precisão. Na verdade, a pureza das proteínas modificadas isoladas é altamente melhorada pelo uso combinatório das duas tags (6His e Flag) e os dois passos de procedimento e, portanto, é muito mais seletivo do que uma única marca de fusão Ub / Ubl3,4. A presença da tag 6Sua permite um primeiro passo de purificação em uma condição totalmente desativação, evitando assim qualquer co-purificação de proteínas contendo domínios de ligação ubiquitina ou outras proteínas que se ligam aos ubiquitinados. Este é um problema técnico encontrado por várias outras abordagens com base na purificação de afinidade de proteomas ubiquitinados usando anticorpos específicos5 ou elementos de ligação à ubiquitina tandem (TUBEs)6. Importante, esta técnica não é tendenciosa em favor da purificação de um certo tipo de ubiquitinação, como poderia ser o caso de algumas outras abordagens, uma vez que tanto mono e diferentes tipos de polionionciações foram identificados7. Consequentemente, uma vez encontrado, uma alteração da ubiquitinação terá que ser estudada em mais detalhes por abordagens bioquímicas padrão, a fim de identificar o tipo exato de ubiquitinação envolvida.

Finalmente, outra vantagem técnica deste protocolo é o uso de lentivírus, que cria facilmente e rapidamente linhas celulares expressantes estáveis com nível razoável de expressões de modificador marcado sem interferir com o comportamento celular normal.

Considerando que um papel importante da ubiquitinação é direcionar proteínas para degradação proteassômica, sabe-se agora que tem muitas outras propriedades regulatórias para proteínas potencialmente intracelulares ou parcialmente intracelulares1. O número dessas funções é ainda mais aumentado pela existência de muitas ubiquitinas como proteínas, formando uma família de proteínas que regulam quase todos os mecanismos celulares1. Suas alterações podem ter impacto drástico na biologia celular e podem levar ou participar de situações patológicas8,como o câncer9. Assim, são necessárias ferramentas para explorar esta vasta paisagem e identificar as alterações associadas a uma condição patológica que poderia servir como novos alvos terapêuticos.

Este protocolo é dedicado às células da cultura, uma vez que precisam ser transduzidas para expressar ub/Ubl marcados exógenos. Uma vez criadas, essas linhas celulares estáveis podem ser usadas para gerar perfis Ubl a partir da cultura em 2D ou 3D ou xenoenxertos, ampliando assim o horizonte dos diferentes modelos experimentais que podem ser aplicados para estudar perfis de PTMs.

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Protocol

1. Geração de linhas celulares estáveis expressando 6His-Flag-Ubl

NOTA: Co-transfecção de células HEK-293T com pCCL-6HF-Ubl, pVSVG e delta-Helper.

  1. Dia 0: Células de sementes 293T em uma placa de 6 poços para obter confluência de 50-70% no dia seguinte.
  2. Dia 1: Co-transfect 50-70% de células confluentbiáticas com uma mistura de 1 μg de pCCL-6HF-Ubl ou pCCL-GFP, 1 μg de pVSVG e 1 μg de vetores delta-Helper, usando um reagente de transfecção e protocolo para produção de lentivírus. Após 6 h de transfecção, alterar o meio para um fresco correspondente às células a serem transduzidos. Sementes as células a serem transduzidas em uma placa de 6 poços, a fim de obter uma confluência de 10-20% no dia seguinte (o dia de iniciar a transdução).
  3. Dia 2: 24 h após a transfecção, recuperar o meio contendo partículas lentivirais e filtro usando filtros de 0,45 μm. Se necessário, adicione o meio fresco neste momento, a fim de produzir um segundo lote de lentivírus. Substitua o meio das células a serem transduzidas (confluência de 10-20%) pela que contém lentivírus.
    NOTA: O meio lentiviral pode ser mantido em +4 °C por vários dias antes da transdução ou armazenado a -80 °C por meses.
  4. Incubar as células com lentivírus entre 24 h e 72 h em uma incubadora padrão (37 °C, 5% CO2),e depois alterar o meio para um padrão fresco. Se possível, verifique a expressão gfp usando um microscópio fluorescente invertido para avaliar a eficiência da transdução: porcentagem de células expressas e nível relativo de expressão por célula. Se nenhuma fluorescência for detectada, aguarde mais 2-3 dias, pois a expressão pode levar mais tempo dependendo do tipo de células a ser transduzida.
  5. Se o controle gfp é positivo, crescer todas as células até ter o suficiente para realizar um controle de expressão de 6HF-Ubl por imunofluorescência e mancha ocidental usando anticorpo anti-bandeira.

2. Dupla purificação de proteínas modificadas

NOTA: Buffer 1: 6 M Guanidinium-HCl, 0.1 M Na2HPO4/NaH2PO4, pH 8.0, 0.5% Triton X-100.
Buffer 2: 50 mM NaH2PO4, 150 mM NaCl, 1% Tween20, 5% Glicerol, pH 8.0.
Buffer 3: 100 mM NH4HCO3, pH 8.0.

  1. Lise celular: Uma vez pronto, lavar pratos cultura pelo menos uma vez com fisiológico tampão de fosfato (PBS) à temperatura ambiente (RT) e proceder à lise celular ou, alternativamente, congelamento flash em líquido N2 e armazenar a -80 ° C. Para a lysis, adicione 2 mL de Buffer 1 por um prato de 15 cm na RT. Use um raspador de células para recuperar todas as lysates em tubos cônicos de centrífuga de 50 mL (volume final de cerca de 20 mL).
  2. Sonicate as lysates três vezes para 30 s separados por uma pausa de 1 minuto.
  3. Centrífuga sonora a sonoridade sonora a 15.000 x g por 15 min.
  4. Transfira o supernatant a um tubo novo usando um filtro da pilha (40 μm).
  5. Determine a concentração das amostras e ajuste, se necessário, para obter a mesma quantidade de proteínas e o mesmo volume. Use uma quantidade total de proteína entre 50 e 100 mg (10 pratos com 15 cm de diâmetro para células MiaPaCa-2).
  6. Adicionar Ni2 +-NTA contas, usando 2 μL de contas por 1 mg de proteína.
  7. Gire a 30 rpm durante 2.5 h em RT.
  8. Pelotas as contas em 500 x g por 5 min.
  9. Lave as contas com 1 mL de Buffer 1, transferindo as amostras para um tubo de microcentrífuga de 1,5 mL e, em seguida, transfira os tubos no gelo. Executar todos os próximos passos no gelo ou em 4 °C.
  10. Lave duas vezes com 1 mL de tampão gelado 2 contendo 10 mm imidazole.
  11. Para elute proteínas encadernadas, adicione 600 μL de Buffer 2 contendo 250 mM imidazole e gire para 2 h a 4 °C.
  12. Pelotas as contas por centrífuga a 500 x g para 1 min. Transfira as supernatants para novos tubos pré-resfriados, de 1,5 mL e adicione 50 μL de contas conjugadas de anticorpos anti-Bandeira M2.
  13. Gire a 30 rpm para 2,5 h a 4 °C, em seguida, lave 2 vezes com 500 μL de Buffer 2, em seguida, 2 vezes com 500 μL de Buffer 3.
  14. Para a lusão final, adicione 100 μL de Buffer 3 contendo um peptídeo de bandeira em 0,1 μg/μL e gire a 4 °C para 1,5 h.
  15. Centrífuga a 500 x g por 1 min e transferir as supernatants para novos tubos pré-resfriados.
  16. Pegue 10% (10 μL) para carregar no SDS-PAGE e realize uma coloração prateada do gel para controlar a qualidade da purificação. Se a purificação parecer boa, analise os 90% deixados pela LC-MS/MS.

3. Processamento de dados de espectrometria de massa para gerar perfis de PTMs Ub/Ubls e identificar diferenças significativas entre eles

NOTA: Os resultados da análise de EM contêm muitas informações, incluindo o número total de peptídeos, bem como os valores de área de pico (média de área de peptídeo TOP 310)para cada proteína identificada em cada amostra. Esses dados podem ser processados usando os números de contagem de peptídeos ou os valores de área de pico, ou ambos. Para cálculo com áreas de pico, porque esses valores são geralmente na faixa de 106,é necessário dividi-los por esta ordem antes de aplicar as mesmas fórmulas abaixo. Os resultados obtidos com ambas as metodologias de contagem devem mostrar uma forte correlação como geralmente acontece. Para cada proteína identificada, use as seguintes fórmulas onde:
v1 valores peptídeos na amostra de ubiquitina não tratada (por exemplo, Ub - droga)
valores de peptídeos v2 na amostra de ubiquitina tratada por Gemcitabina (por exemplo, Ub + droga)
k1 valores peptídeos na amostra GFP de controle não tratada (por exemplo, GFP - droga)
k2 valores peptídeos na gemcitabina tratado samostra gfp controle (por exemplo, GFP + droga).

  1. Normalização: Normalizar os valores entre células tratadas com medicamentos e células não tratadas para Ubiquitin e GFP usando as seguintes fórmulas. Normalizado v = V e normalizado k = K.
    V1=v1. (v1+ v2) / (2. v1) ; V2=v2. (v1+ v2) / (2.
    K1=k1. (k1+ k2) / (2. k1) ; K2=k2. (k1+ k2) / (2.
  2. Remoção de antecedentes: Usando as seguintes fórmulas, subtrai os valores na amostra de controle (GFP) dos valores na amostra de ubiquitina para obter valores específicos (V'1 e V'2) para cada proteína identificada em ambas as condições.
    V'1=V1-K1 se V1-K1≥0; V'1=0 se V1-K1<0
    V'2=V2-K2 se V2-K2≥0; V'2 =0 se V2-K2<0
  3. Variação (Var) de ubiquitinação. Para obter uma pontuação (entre -100 e +100) para variações positivas e negativas de PP induzidas por um medicamento, use a seguinte fórmula em que a diferença entre valores específicos de amostras tratadas e não tratadas é dividida pela soma de todos os valores, incluindo aqueles em controle (penalizar proteínas também identificadas no controle gfp), e multiplicar por 100.
    Var = (V'2-V'1)/(V1+K1+V2+K2)*100 ; -100Variações abaixo de -50 (repressão ao PTM) ou acima de 50 (indução de PTM) são geralmente consideradas significativas.
  4. Confiança (Conf). Use a seguinte fórmula para obter um valor de confiança entre 0 e 100%,:
    Conf = ((V1+V2)2/(1+V1+V2+K1+K2)2)*100 - 100/(1+V'1+V'2) ; =0 se <0
    Valores acima de 50 são geralmente considerados confiantes.
  5. Para obter uma distribuição mais agradável dos valores de indução/repressão e considerar os parâmetros de variação e confiança, multiplique os valores var e conf usando a seguinte fórmula onde V Var e C Conf
    =SI (V2>0;((V2*C2)^2)/(10^6);-((V2*C2)^2)/(10^6))
    NOTA: Como os valores de área de pico são geralmente mais precisos do que a contagem de peptídeos, é possível usar um software específico que se dedica à interpretação desse tipo de dados, como Perseus (https://www.biochem.mpg.de/5111810/perseus), seguindo recomendações de uso.

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Representative Results

Transdução de células de mamíferos culturais para criar células expressantes GFP e 6HF-Ub
Para produzir lentivírus que serão usados mais tarde para transduzir células MiaPaCa-2, 70% das células de confluentes HEK-293T são co-transfeccionadas com uma quantidade igual dos três vetores, pCCL-6HF-Ubiquitin ou GFP/Delta-Helper/pvSvG. Após 24 h de produção, o meio contendo partículas lentivirais é recuperado e filtrado. É possível neste momento controlar a eficiência da transfecção verificando a fluorescência verde de GFP expressando células 293T em um microscópio invertido. Deve ser perto de 100% das células. MiaPaCa-2 células são incubadas com supernatant lentiviral por 1 a 3 dias. A eficácia da transdução lentiviral é controlada primeiramente olhando a fluorescência de GFP de pilhas transduced de GFP(figura 1Um painel superior). O nível de expressão GFP pode variar de uma célula para outra, mas 100% deles devem ser fluorescentes. Uma vez que este controle é feito, a expressão de Bandeira-ubiquitin terá que ser controlada também. Isso é feito por imunofluorescência manchando usando um anticorpo anti-bandeira (geralmente M2 monoclonal) (Figura 1Um painel inferior). Isso mostrará a porcentagem de células transinduzidas, que devem ser 100% para garantir uma expressão estável sobre futuras passagens da cultura celular. A fim de controlar o nível de expressão de exógena flag-ubiquitina, as lysates de células transinduzidas são analisadas por SDS-PAGE seguido por mancha ocidental com anticorpo anti-bandeira (Figura 1B). Ambas as linhas celulares podem ser congeladas.

Duas etapas de purificação e controle por SDS PAGE e coloração de prata
Uma vez que as linhas de células expressoras estáveis foram validadas, tanto as células GFP quanto as 6HF-ubiquitinas são amplificadas até que material suficiente seja obtido para prosseguir com a purificação de duas etapas. Recomenda-se manter um backup dessas linhas celulares como estoque congelado em nitrogênio líquido, a fim de ser capaz de descongelá-los quando necessário. 36 h antes do processamento, metade das células (metade GFP e metade 6HF-Ubiquitin) são tratadas com 10 μM de Gemcitabina. Quando pronto, as proteínas ubiquitinadas são purificadas a partir de 6HF-ubiquitina e de células de controle GFP, usando o protocolo de purificação de duas etapas (Figura 2A). 10% da lusão final é usada para controlar a quantidade e integridade do material purificado por SDS-PAGE e coloração de prata do gel (Figura 2B). As faixas moleculares dos marcadores de peso podem ser usadas para estimar a quantidade de proteínas ubiquitinated purificadas. Alternativamente, uma quantidade conhecida de BSA ou qualquer outra proteína pode ser carregada em uma linha do gel para ajudar a quantificar as proteínas purificadas. Uma vez que esta verificação é feita, os 90% restantes das amostras são analisados pela cromatografia líquida acoplada à espectrometria maciça tandem para permitir a identificação e a semi-quantidade de proteínas purificadas.

Identificação de proteínas ubiquitinadas por subtração de fundo (amostras GFP)
Os dados da análise LC-MS/MS das amostras dão aos nomes e quantificaçãos (áreas de pico e número de peptídeos observados) de cada proteína identificada em amostras de GFP e 6HF-Ub. As proteínas com maior quantificação na amostra de ubiquitina em comparação com a amostra gfp são mais prováveis de ser os realmente ubiquitinados e aplicar as fórmulas descritas em métodos acima permite a sua classificação, dando uma pontuação de confiança de 0 a 100% . Proteínas identificadas com uma pontuação acima de 50% são consideradas ubiquitinadas (Figura 3A).

Esta etapa que basicamente remove proteínas de fundo (GFP) de amostras de ubiquitina levou à identificação de 364 proteínas significativamente ubiquitinadas (Figura 3B)7. Note aqui que as proteínas identificadas com as maiores pontuações já são mais conhecidas como principais alvos de ubiquitinação que comprova meficácia deste método de purificação.

Então é possível realizar uma análise de enriquecimento de conjunto genético (GSEA) dessas proteínas ubiquitinadas para destacar os processos biológicos em que estão envolvidos (Figura 3C), suas funções moleculares, seu compartimento celular, ou qualquer outra categorização de ontologia gênica. É interessante comparar este proteome ubiquitinado com o proteome completo da célula, quando possível. De fato, essa análise revela a contribuição real dessas proteínas ubiquitinadas em processos específicos, como tradução ou proteólice, por exemplo (Figura 3C).

O principal objetivo deste tipo de experimento é identificar alterações dentro do proteoma ubiquitinado induzido por um tratamento, por exemplo, aqui gemcitabina. Ao comparar o ubiquitinome (o proteoma específico ubiquitinado) em células tratadas e não tratadas usando a fórmula específica produz um valor de -100 (repressão da ubiquitinação) a +100 (indução da ubiquitinação). Considerando apenas os valores abaixo de -50 ou acima de +50 como significativos, um total de 73 ubiquitinações induzidas e 29 ubiquitinações reprimidas foram identificadas (Figura 4A). A análise da GSEA dessas alterações da ubiquitinação revelou enriquecimentos específicos em processos de reparo de DNA ou ciclo celular, e variações importantes nos processos metabólicos de tradução e RNA (Figura 4B). Este resultado é altamente lógico, uma vez que a gemcitabina é um análogo de base que bloqueia a síntese de DNA e provoca danos ao DNA.

Para ir mais longe, também é interessante usar bancos de dados de proteínas interagindo, a fim de explorar e validar potenciais redes de interação formadas por alterações induzidas por gemcitabina de ubiquitinação (Figura 5). Isso levou à identificação de redes de interação funcional fortemente afetadas pelo aumento ou diminuição da ubiquitinação das proteínas envolvidas.

Finalmente, entre a ubiquitinação alterada, algumas podem envolver proteínas de maior interesse, devido às suas funções conhecidas ou potenciais de acordo com a literatura. Assim, um passo importante é validar que o que é observado pela espectrometria de massa é real e confiável. Pcna foi uma das proteínas mais onipresençadas sobre o tratamento de gemcitabina detectado pela análise de espectrometria de massa (Figura 4A). Para verificar se a gemcitabina induz de fato a onipresença da PCNA, as células MiaPaCa-2 expressando 6HF-Ub e GFP são cultivadas, tratadas ou não, e sujeitas à purificação da Ni-NTA em condições de desestruturação ou à imunoprecipitação anti-flag seguida pela Flag lubrificação peptídeo em condições nativas, resolvido em SDS PAGE seguido por mancha ocidental com o anticorpo correspondente. O resultado mostrado na Figura 6 confirmou que, de fato, o PCNA é fortemente ubiquitinado em resposta ao tratamento de gemcitabina em células MiaPaCa-2.

Figure 1
Figura 1: Estabelecimento de linhas celulares estáveis expressando 6His-Flag-Ubl. (A) Controle da expressão gfp em células transduzidas GFP (painel superior) e de 6His-Flag-Ubiquitin por imunofluorescência usando anticorpo anti-Bandeira (M2) como anticorpo primário e anti-mouse anti-mouse. Dapi foi usado para manchar núcleos. Barra de escala: 50 μm. (B) Controle da expressão 6His-Flag-Ubiquitin em lysates celulares por mancha ocidental usando anticorpo anti-bandeira (Alternativamente, um anticorpo anti-6 pode ser usado) à esquerda, e anticorpo anti-ubiquitina, à direita, para comparar a expressão de 6His-Flag-Ubiquitin (6HF-Ubiq) com ubiquitin endógeno (Endo. Ubiq, ubiq). Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 2
Figura 2: Dois passos purificação de proteínas ubiquitinadas. (A) Representação esquemática do procedimento. (B) 10% da elução final foi submetida à PÁGINA SDS seguida de coloração prateada do gel, a fim de estimar a quantidade e pureza (em comparação com gfp) de proteínas isoladas. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 3
Figura 3: Identificação de proteínas ubiquitinadas (adaptadas de Bonacci et al. 7). (A) A quantidade relativa de peptídeos específicos (amostra de ubiquitina) e não específicos (amostra GFP) para cada proteína identificada foi traçada em função de suas pontuações confiantes. Como mostrado, a proporção de proteínas onipresençadas não específicas sobre as proteínas ubiquitinadas torna-se muito importante abaixo da pontuação de 50. Assim, apenas as proteínas identificadas com uma pontuação superior a 50 são consideradas significativas. (B) Tabela que mostra as 20 melhores proteínas ubiquitinadas entre o total de 364 identificados. (C) A repartição de proteínas ubiquitinadas e proteínas totais das células MiaPaCa-2 nos processos biológicos (Valores > 1,5% foram consideradas apenas). Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 4
Figura 4: Gemcitabine induziu alterações de perfis ptm (adaptado de Bonacci et al. 7). (A) Listagem das 20 proteínas com maior aumento (total 73) ou diminuição (total 29) ubiquitinação sobre o tratamento de gemcitabina (Conf: confiança; Ind: indução; Rep: repressão). (B) A repartição da Gemcitabina induziu a ubiquitinação alterada dentro dos processos biológicos e a comparação com os não tratados. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 5
Figura 5: Interactomes funcionais da ubiquitinação alterada induzida por gemcitabina. As interações potenciais entre todas as proteínas com alteração induzida por gemcitabina da ubiquitinação são identificadas usando um banco de dados de interações proteína-proteína (STRING: string-db.org). Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 6
Figura 6: Validações bioquímicas de alterações induzidas por gemcitabina interessantes de ubiquitinação. A fim de validar o aumento da ubiquitinação da PCNA após o tratamento com gemcitabina, as lysates de células expressando 6HF-Ubiquitina, tratadas ou não com gemcitabina, foram submetidas a nickel pull-down (Ni-NTA), seguidas por manchas ocidentais anti-PCNA. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

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Discussion

Desenvolvemos uma metodologia robusta e confiável para gerar perfis de proteínas modificadas pelos principais membros da família ubiquitina. Na verdade, aplicamos com sucesso esse protocolo para gerar perfis de PTMs por ubiquitina, e também pela SUMO e Nedd8, e para detectar alterações associadas a um tratamento7,em resposta à expressão excessiva ou knockdown de um determinado gene (dados não mostrado) e em células que adquiriram um fenótipo resistente a diversos medicamentos quimioterápicos.

Há apenas alguns passos críticos durante o procedimento que o manipulador deve ter cuidado. Após pipetting de contas (Ni-NTA ou anti-Flag acoplado), é importante resuspendê-los completamente, especialmente as contas anti-bandeira, uma vez que são suspensos em um tampão à base de glicerol viscoso, e para cortar um pouco o fim da ponta para aumentar a seção. Uma outra precaução deve ser seguida é pipette lentamente a fim evitar empilhar dos grânulos. Outras etapas críticas são a elução com imidazol e, em seguida, com peptídeo de bandeira. Uma seringa limpa de Hamilton deve ser usada para recuperar o supernatant após a lusão para evitar, tanto quanto pipetting possível dos grânulos em que as proteínas inespecíficas permanecem.

Dependendo do tipo celular e da quantidade de material final necessário para a espectrometria de massa, o material inicial pode ser aumentado ou diminuído em conformidade. Em seguida, o único ajuste importante reside no volume de contas de níquel, pois deve ser de 2 μL por 1 mg de proteínas em lisato. Pode acontecer que a quantidade de proteínas purificadas é muito baixa. O nível de expressão de Ub/Ubl marcado deve ser controlado e, se for muito baixo, as células podem ser retranspolitas usando os mesmos lentivírus. Alternativamente, é possível aumentar a quantidade de material inicial. Às vezes, a quantidade de material purificado inespecífico em GFP ou células parentais é muito alta. Uma solução para superar esse problema é aumentar o volume e o número de lavares em ambas as etapas de purificação da Ni-NTA e da bandeira. Também é possível aumentar a concentração de imidazol em lavinas com tampão de guanidina, até 20 mM. Inversamente, não é necessário aumentar a concentração de peptídeo da bandeira na etapa final de elução, pois não aumentará a elução. É mais importante usar peptídeo fresco como ao longo do tempo, mesmo se armazenado a -20 °C, a eficácia do peptídeo pode diminuir.

A principal limitação deste protocolo é que ele só é adequado para células cultivadas, pois elas têm que ser transinduzidas para expressar o Ubl marcado desejado. Assim, qualquer estudo sobre tecidos ou amostras tumorais tem que ser realizado usando abordagens alternativas, como enriquecimentos diGly peptídeos após a digestão de tripsina11,imunoprecipitação com anticorpos específicos para o Ub / Ubl de interesse5, ou uso de TUBEs6. Todos estes métodos alternativos são igualmente apropriados para sua aplicação em pilhas cultivadas. Eles têm a vantagem de usar a máquina Ub/Ubls endógena. No entanto, existem várias desvantagens. As imunoprecipitações são difíceis de serem realizadas com um fundo baixo e, como as abordagens tubes, proteínas interagindo com proteínas modificadas, e até mesmo o próprio modificador, não podem ser eliminadas, mesmo que melhorias práticas tenham sido obtidas usando condições mais rigorosas. DiGly peptídeos enriquecimento é um técnico muito poderoso, mas pode corresponder a diferentes tipos de PTMs. Por exemplo, o enriquecimento diGly de uma tânsata digerida identificará principalmente proteínas ubiquitinadas, mas também as neddylated, como Nedd8 deixa a mesma assinatura diGly remanescente como ubiquitinfaz11.

Outra limitação deste protocolo é que a presença da etiqueta 6His-Flag pode alterar a função normal do Ub/Ubl e a superexpressão por si só pode alterar a máquina. Isso poderia, por exemplo, impedir a geração de cadeias de poliubiquitina e favorecer a monoubiquitinação. No entanto, uma vez que ambas as cadeias mono multi e poliubiquitina foram identificados usando este protocolo, parece que não é o caso7. A presença da marca no N-terminus também impede a formação de ubiquitinação linear, onde moieties ubiquitin estão ligados entre si através da metionina n-terminal de ubiquitina. No entanto, mesmo que 6HF-udiquitin não pode ser ubiquitinada em seu primeiro resíduo Met, ele ainda tem a capacidade de acabar com esse tipo de cadeia.

Além disso, enquanto é uma vantagem substancial usar lentivírus que permite a criação de linhas de células estáveis em uma ou duas semanas, é possível que nem todas as células expressem a construção desejada. Este pode não ser um problema real para o procedimento de purificação, desde que células suficientes expressem o exógeno Ub/ubl, mas o problema pode vir com a cultura de longo prazo, pois ao longo de várias passagens pode haver uma variação clonal com enriquecimento em células com menos ou nenhum Expressão. Esta desvantagem, no entanto, pode ser facilmente ignorada usando lentivírus contendo um gene de seleção de resistência ou uma proteína fluorescente que pode ser usado na citometria de fluxo para selecionar apenas células positivas.

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Disclosures

Os autores não têm nada a divulgar.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado por La Ligue Contre le Cancer para HV e MS, e a ARC (associação pour la recherche sur le cancer) para PS, INCa (institute national du cancer) e Canceropole PACA to JI. A instalação de espectrometria de massa de Marselha Proteomics (marseille-proteomique.univ-amu.fr) apoiada pela IBISA (Infrastructures Biologie Santé et Agronomie), Plateforme Technologique Aix-Marseille, o Cancéropôle PACA, provence-Alpes-Côte d'Azur Région, o Institut Paoli-Calmettes e o Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ANTI-FLAG M2 Affinity Gel Sigma-Aldrich A2220-5ML binds all Flag tagged proteins
anti-Flag M2 antibody Sigma-Aldrich F3165 to detect 6His-Flag tagged expression of ub/ubl
Cell strainer 40 µm Falcon 352350 to remove floating pellet from guanidine lysed cells
Flag peptide Sigma-Aldrich F3290 elute flag tagged proteins from anti-flag beads
Guanidine hydrochloride Sigma-Aldrich 50933 chaotropic agent used to denature all proteins in cell lysate
Imidazole Sigma-Aldrich I5513 eluates 6His bond proteins from Ni-NTA beads
Lipofectamine 3000 ThermoFisher L3000015 to transfect HEK-293T cells to produce lentiviruses
Lobind tubes Sigma-Aldrich Z666491 avoids absorption of precious material
Membrane Filter, 0.45 µm Millipore HAWP04700F1 to filter the lentiviral supernantant
Ni-NTA Qiagen 30210 purification of the 6His tag

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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