我们在这里提出了一个经过验证和测试的方案, 以纯化叶绿体蛋白进口复合物 (toc-tic 复合物) 使用 tap-tag 标签。一步亲和力隔离协议有可能应用于任何蛋白质, 并可通过质谱技术识别新的相互作用伙伴。
叶绿体的生物发生需要将数千个核编码的蛋白质导入到质体中。这些蛋白质的导入取决于外 (toc) 和内 (tic) 叶绿体膜的转移。toc 和 tic 配合物是多聚体的, 可能含有未知的成分。该领域的主要目标之一是建立完整的 toc 和 tic 组件清单。为了分离 toc-tic 复合物和鉴定新的成分, 通过添加串联亲和力纯化 (tap) 标签, 对前蛋白受体 toc159 进行了修饰, 得出 tap-toc159。tap-tag 标签是为两个连续的亲和力纯化步骤 (因此 “串联亲和力”) 而设计的。这些研究中使用的 tap 标签由一个 n 端 igg 结合域组成, 该域来源于金黄色葡萄球菌蛋白 a (prota), 然后是钙调素结合肽 (cbp)。在这两个亲和力标签之间, 包括了烟草蚀刻病毒 (tev) 蛋白酶裂解位点。因此, tev 蛋白酶可用于与 igg 微珠结合后对含 toc159 复合物进行温和洗脱。在这里介绍的协议中, 省略了第二个钙素-亲和力纯化步骤。纯化方案从全细胞膜的制备和增溶开始。经威慑后, 用 igg 珠培养溶解性膜蛋白, 对含 tap-toc159 复合物进行免疫分离。在结合和广泛清洗后, 含有复合物的 tap-toc159 使用 tev 蛋白酶从 igg 珠中分离并释放, 从而去除金黄色葡萄球菌igg 结合域。西方印迹的孤立的 toc159 含有的复合物可以用来确认已知或怀疑的 toc 和 tic 蛋白的存在。更重要的是, 含有 toc159 的配合物已被成功地用于通过质谱识别 toc 和 tic 复合物的新成分。我们提出的协议有可能允许有效地分离任何膜结合蛋白复合物, 用于通过质谱技术识别尚未未知的成分。
植物依靠叶绿体进行光合作用和光自养生长1。绝大多数叶绿体蛋白被编码在细胞核中, 在细胞溶胶中合成, 并通过包膜中的 tic 和 toc 复合物导入叶绿体2。toc 复合体的核心包括 toc75 蛋白传导通道和两个受体 gtpase Toc75 和 Toc753,4,5。目录159是叶绿体的生物发生所必需的, 并介导光合作用相关蛋白的大量积累.tic 综合体由 tic20 蛋白传导通道以及 tic110 和 tic407、8组成。最近, 一个1md 蛋白移位复合物在内包膜被隔离, 并包含以前未被识别的成分9, 其中之一是 tic56。我们最近使用 tap-toc159 亲和力纯化协议共分离了 1个 mda 复合体中的 tic56。数据表明, “规范” toc函配合物与 1 mda 复合物10之间存在结构重叠。以前未知的组件, 如 koc1, 也被确定为新的交互伙伴的 toc 和 tic 复合体使用这里描述的 tap 方法 10,11.
因此, tap-标记纯化是一种有效的方法, 用于分离蛋白质复合物和通过随后的质谱分析12 识别相互作用的伙伴。tap 标记由两个 igg 结合重复从钙调素结合肽 (cbp) 分离的烟草蚀刻病毒 (tev) 蛋白酶裂解位点。最初的方法, 包括 igg 亲和力纯化步骤, 其次是 tev 裂解和随后的钙调联亲和层析, 允许本地纯化大型和高度纯蛋白质复合物13,14.我们简化了程序, 并证明, 含有 toc159 的蛋白质复合物也可以有效地纯化, 只使用 igg 亲和力纯化步骤, 然后 tev 裂解洗脱15。根据我们的经验, 钙调素亲和力步骤的遗漏导致了更高的产量, 因此可能适合于低丰度蛋白质。
总之, 我们设计了稳定的转基因a. thaliana线, 表达 tap-tocar159 在ppi2 (toc159 ko 突变体) 的背景下, 并建立了它作为一个可靠的来源, 用于纯化 toc-tic 复合物。toc-tic 复合物的隔离协议始于植物材料在无洗涤剂缓冲液中的均质化。离心后, 上清液被丢弃。含有全膜组分的颗粒使用含有洗涤剂的缓冲液溶解。经过超离心步骤, 将含有溶解性 toc-tic 配合物的上清液应用于 igg 树脂的亲和纯化。经过几个清洗步骤后, 使用含有 tev 蛋白酶的缓冲液进行洗脱, 以选择性地将 igg 结合域的下游裂解, 并温和释放含有 oc159 的原生复合物。tev 洗脱液可通过西方印迹或质谱直接分析, 以识别目录159 10、11、15的相互作用伙伴。该方法也被用来识别 toc15915的翻译后修饰。在未来, 原生的含有目录159的配合物可用于使用低温电子显微镜进行结构研究。
我们证明了单步 tap 标签纯化是一种特殊而有效的拟南芥目录-tic 复合物纯化方法。虽然 tap 标记将允许两个连续的纯化步骤 (igg-其次是 tev 蛋白酶-裂解后的钙调素亲和力纯化), 但我们相信, 在许多情况下, tev 蛋白酶裂解后的第一个亲和力步骤就足够了。我们的目标, toc159, 是低丰富和包括第二钙调素亲和力步骤过度减少蛋白质产量, 这是主要原因排除在我们目前的协议。tev 洗脱本身是一个高度特定和温和的纯化步骤, 将只释放 tap 标记的目标与相关的相互作用伙伴, 同时污染的蛋白质不具体粘附到 igg 树脂将留在那里。因此, 结合 igg 亲和力步骤, tev 洗脱的结果是一个足够有效的纯化, 我们和可能许多其他的目的。
必须注意的是, tap 标记结构在体内完全起作用。tap 标记可能对蛋白质活性、稳定性或定位有潜在的有害影响。目录159由 n 端酸性域、中央 gtp 结合域和 c-端膜域三个域组成, 它将目录159锚定在外叶绿体膜 2中。为了避免对膜插入的潜在干扰, 我们将 tap 标签融合到目录159的 n 端。融合到 n-终端是一个例外, 而不是规则。许多蛋白质含有 n 端靶向信息, 因此应该通过标记在 c 端。我们保证, toc159 是在体内功能的ppi2突变体 (缺乏 toc159 的白化病突变体) 与 tap-toc159。绿色野生型表型的抢救表明, tap-toc159 是功能性的 15。
净化协议被用来确定目录159的新的互动伙伴, 其中包括 koc1 和 tic5610,11。总共约有30种蛋白质与这一复杂的蛋白质相关, 这表明新的相互作用伙伴将在不久的将来被分离和表征。虽然我们强烈推荐用于复杂纯化的 tap-tag 标记, 但我们仍想指出, 这里介绍的其他版本存在, 可能对某些应用程序非常有用。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了瑞士国家科学基金会 (31003A_156998 和 31003A_176191) 和纳沙泰尔大学的赠款。
NaHCO3 | PanReac AppliChem | A0384 | |
Tris | Biosolve | 0020092391BS | |
Na2HPO4 | Sigma | S7909 | |
KH2PO4 | PanReac AppliChem | A2946 | |
NaCl | PanReac AppliChem | A2942 | |
NaF | Sigma | S1509 | Toxic |
PMSF | PanReac AppliChem | A0999 | Toxic |
Plant protease inhibitor cocktail | Sigma | P9599 | |
Glycerol | PanReac AppliChem | A0970 | |
Triton X100 | Roche | 10789704001 | |
Glycine | PanReac AppliChem | A1067 | |
EDTA | Carl Roth | 8043 | |
Dithiothreitol (DTT) | PanReac AppliChem | A1101 | |
SDS | PanReac AppliChem | A0675 | |
Bromophenol blue | Sigma | B0126 | |
HCl | VWR | 20252-290 | Corrosive |
Sucrose | PanReac AppliChem | A3935 | |
Murashige and Skoog medium with vitamins | Duchefa Biochemie | M0222 | |
Phytoagar | Duchefa Biochemie | P1003 | |
Petri plate | Greiner Bio-one | 639102 | |
1.5 mL microfuge tubes | Sarstedt | 72.706 | |
Ethanol | Fisher chemical | E/0600DF/15 | |
Filter paper | Whatman | 10311804 | |
Surgical tape | 3M | 1530-1 | |
CNBr-Activated agarose beads (sepharose 4B) | GE Healthcare | 17-0430-01 | |
Sintered glass filter | DURAN | 2515703 | |
Centrifuge tube 50 mL | TPP | 91050 | |
Purified immunoglobulin G (HsIgG) | MP Biomedicals | 855908 | |
Rotating shaker | IKA | 4016000 | |
NaN3 (sodium azide) | Sigma | 71290 | Toxic |
Quick filtration material (Miracloth) | Merk-Millipore | 475855 | |
Ultracentrifube XNP-80 | Beckman Coulter | A99839 | |
Rotor SW 32 Ti | Beckman Coulter | 369650 | |
Ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 326823 | |
Glass teflon homogenizer (Potter) | Wheaton | 357426 | |
Spin column (Mobicol) | Mo Bi Tec | M1003 | |
Filter 35µm for spin column (Mobicol) | Mo Bi Tec | M513515 | |
AcTEV | Invitrogen | 12575-015 | |
Centrifugal evaporator (Speed Vac) | Eppendorf | 5305000100 | |
FBN1A(PGL35) antibody | AgriSera | AS06 116 | RRID:AB_2247012 |
Sand, Fontainebleau | VWR | 27460.295 |