Этот протокол фокусируется на выявлении белков, которые связываются с фосфатами инозитол или фосфоинозитами. Он использует сродство хроматографии с биоинтинилатами инозитол фосфатов или фосфоинозитидов, которые обездвижены через стрептавидин агароз или магнитные бусы. Инозитол фосфат или фосфоинозид связывающие белки идентифицируются западной blotting или масс-спектрометрии.
Фосфаты инозитол и фосфоинозиты регулируют несколько клеточных процессов в эукариотах, включая экспрессию генов, торговлю везикулами, трансдукцию сигналов, обмен веществ и развитие. Эти метаболиты выполняют эту регулятивную деятельность путем связывания с белками, тем самым изменяя конформацию белка, каталитическую активность и/или взаимодействия. Метод, описанный здесь, использует сродство хроматографии в сочетании с масс-спектрометрии или западной blotting для выявления белков, которые взаимодействуют с фосфатами инозитол или фосфоинозитидов. Инозитол фосфатов или фосфоинозитидов химически помечены биотин, который затем захватили с помощью стрептавидина сопряжены с агарозили и магнитных бусин. Белки изолированы их сродством связывания с метаболитом, затем eluted и определены масс-спектрометрии или западной blotting. Метод имеет простой рабочий процесс, который является чувствительным, нерадиоактивным, липосомы свободной, и настраиваемый, поддерживая анализ белка и метаболита взаимодействия с точностью. Этот подход может быть использован в без этике или в методах количественной спектрометрии, маркированных аминокислотами, для выявления белково-метаболитных взаимодействий в сложных биологических образцах или с использованием очищенных белков. Этот протокол оптимизирован для анализа белков из trypanosoma brucei,но он может быть адаптирован к родственным простейшие паразиты, дрожжи или млекопитающих клеток.
Инозитол фосфатов (IPs) и фосфоинозитидов (PIs) играют центральную роль в биологии эукариот через регулирование клеточных процессов, таких как контроль экспрессии генов1,2,3, везикул торговли 4,трансдукция сигнала 5,6,метаболизм7,8,9,и развитие8,10. Регулирующая функция этих метаболитов является результатом их способности взаимодействовать с белками и, таким образом, регулировать функцию белка. При связывании белками, ИС и ИП могут изменять конформацию белка11,каталитической активности12,или взаимодействия13 и, следовательно, влияют на клеточную функцию. ИП и ИП распределены в нескольких субклеточныхотсеках, таких как ядро 2,3,14,15,эндоплазмический ретикулум16,17,плазма мембрана1 и цитозол18, либо связанные с белками3,19 или с РНК20.
Расщепление мембраны, связанных PI (4,5)P2 фосфолипасы C приводит к освобождению Ins (1,4,5)P3, которые могут быть фосфорилированы или дефосфорилированы IP киназы и фосфатазы, соответственно. ИП являются растворимыми молекулами, которые могут связываться с белками и осуществлять регулятивные функции. Например, Ins (1,4,5)P3 в метазоане может выступать в качестве второго посланника, связывая с рецепторами IP3, что вызывает конформанформальные изменения рецепторов и, таким образом, высвобождение Ca2 “из внутриклеточных магазинов11. Ins (1,3,4,5)P4 связывается с комплексом деацетилазы гистона и регулирует сборку белкового комплекса и деятельность13. Другие примеры IPs регулирующая функция включают контроль хроматина организации21, РНК транспорт22,23, РНК редактирования24, и транскрипции1,2,3 . В отличие от этого, ИП часто связаны с набором белков в плазменную мембрану или органеллы мембраны25. Тем не менее, возникающим свойством ИП является способность ассоциироваться с белками в не-мембранной среде3,15,19,26. Это случай ядерного рецептора стероидогенный фактор, который транскрипционной функции управления регулируется PI (3,4,5)P319, и поли-Полимеразы, которая ферментативная деятельность регулируется ядерной PI (4,5)P226. Регулирующая роль для ИС и ИП была показана во многих организмах, включая дрожжи22,27, клетки млекопитающих19,23, Drosophila10 и червей28. Значение имеет роль этих метаболитов в трипаносомы, которые рано расходились от эукариотической линии. Эти метаболиты играют важную роль в Trypanosoma brucei транскрипционного контроля1,3, развитие8, органеллы биогенеза и протеинового движения29,30 , 31 год , 32, а также участвуют в контроле развития и инфекции в патогенных микроорганизмов T. cruzi33,34,35,Токсоплазма36 и Плазмодиум 5 , 37. Таким образом, понимание роли ИС и ИП в трипаносомы может помочь выяснить новую биологическую функцию для этих молекул и определить новые цели наркотиков.
Специфика связывания белка и IP или PI зависит от взаимодействующих доменов белка и состояния фосфорилирования инозитол13,38, хотя взаимодействие с липидной частью ИП также происходит19. Разнообразие ИП и ИП и их изменение киназы и фосфатазы обеспечивает гибкий клеточный механизм для контроля функции белка, который зависит от наличия метаболита и изобилия, состояние фосфорилирования инозитол, и белок сродство взаимодействия1,3,13,38. Хотя некоторые белковые домены хорошо характеризуются39,40,41, например, плекстрин гомологический домен42 и SPX (SYG1/Pho81/XPR1) домены43 ,44,45, некоторые белки взаимодействуют с ИП или ИП механизмами, которые остаются неизвестными. Например, протеин репрессор-активатор 1 (RAP1) T. brucei не имеет канонических PI-связывающих доменов, но взаимодействует с PI (3,4,5)P3 и контролирует транскрипцию генов, участвующих в антигенной вариации3. Хроматография сродства и масс-спектрометрия анализ IP или PI взаимодействующих белков из трипаносомы, дрожжей или млекопитающих клеток определили несколько белков без известных IP- или PI-связывающих доменов8,46, 47. Данные свидетельствуют о дополнительных нехарактерных белковых доменах, которые связываются с этими метаболитами. Таким образом, выявление белков, которые взаимодействуют с ИС или ИП может выявить новые механизмы взаимодействия белково-метаболита и новые клеточные регуляторные функции для этих малых молекул.
Метод, описанный здесь, использует хроматографию сродства в сочетании с западной блоттингом или масс-спектрометрией для выявления белков, которые связываются с ИП или ИП. Он использует биоинтинилатированных ИП или ИП, которые либо кросс-связанные стрептавидин спряжение с агарозными бусинами или же, захваченных через стрептавидин-конъюгированные магнитные бусы (Рисунок 1). Метод обеспечивает простой рабочий процесс, который является чувствительным, нерадиоактивным, липосомы бесплатно и подходит для обнаружения связывания белков из клеточных лисатов или очищенных белков3 (Рисунок 2). Метод может быть использован вбез этикетке 8,46 или в сочетании с аминокислотой маркировки количественной масс-спектрометрии47 для выявления ИС или PI-связывающих белков из сложных биологических образцов. Таким образом, этот метод является альтернативой несколько методов, доступных для изучения взаимодействия ИС или ИП с клеточными белками и поможет в понимании регулирующую функцию этих метаболитов в трипаносомы и, возможно, другие эукариоты.
Идентификация белков, которые связываются с ИС или ИП имеет решающее значение для понимания клеточной функции этих метаболитов. Хроматография сродства в сочетании с западной помоткой или масс-спектрометрией дает возможность определить взаимодействующие белки ИС или ИП и, следовател?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC, RGPIN-2019-04658); NSERC Discovery Launch Supplement для исследователей ранней карьеры (DGECR-2019-00081) и Университета Макгилла.
Acetone | Sigma-Aldrich | 650501 | Ketone |
Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | Solvent |
Ammonium bicarbonate | Sigma-Aldrich | A6141 | Inorganic salt |
Centrifuge Avanti J6-MI | Beckman Coulter | Avanti J6-MI | Centrifuge for large volumes (e.g., 1L) |
Centrifuge botles | Sigma-Aldrich | B1408 | Bottles for centrifugation of 1L of culture |
Control Beads | Echelon | P-B000-1ml | Affinity chromatography reagent – control |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Sugar, Added in PBS to keep cells viable |
Dithiothreitol (DTT) | Bio-Rad | 1610610 | Reducing agent |
Dynabeads M-270 Streptavidin | ThermoFisher Scientific | 65305 | Streptavidin beads for binding to biotin ligands |
EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836170001 | Protease inhibitors |
Electrophoresis running buffer | Bio-Rad | 1610732 | 25 mM Tris, 192 mM glycine, 0.1% SDS, pH 8.3 |
Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning Life Sciences | 430052 | To centrifuge 10 mL cultures |
Formic acid | Sigma-Aldrich | 106526 | Acid |
Glycine | Sigma-Aldrich | G7126 | Amino acid |
HMI-9 cell culture medium | ThermoFisher Scientific | ME110145P1 | Cell culture medium for T. brucei bloodstream forms |
Imperial Protein Stain | ThermoFisher Scientific | 24615 | Coomassie staining for protein detection in SDS/PAGE |
Ins(1,4,5)P3 Beads | Echelon | Q-B0145-1ml | Affinity chromatography reagent |
Instant Nonfat Dry Milk | Thomas Scientific | C837M64 | Blocking reagent for Western blotting |
Iodoacetamide | Sigma-Aldrich | I6125 | Alkylating reagent for cysteine proteins or peptides |
Lab Rotator | Thomas Scientific | 1159Z92 | For binding assays |
LoBind Microcentrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 13-698-793 | Low protein binding tubes for mass spectrometry |
Nonidet P-40 (Igepal CA-630) | Sigma-Aldrich | 21-3277 | Detergent |
PBS, pH 7.4 | ThermoFisher Scientific | 10010031 | Physiological buffer |
Peroxidase substrate for chemiluminescence | ThermoFisher Scientific | 32106 | Substrate for Western bloting detection of proteins |
PhosSTOP Phosphatase Inhibitor Cocktail Tablets | Roche | 4906845001 | Phosphatase inhibitors |
PI(3)P PIP Beads | Echelon | P-B003a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4)P2 PIP Beads | Echelon | P-B034a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4,5)P3 diC8 | Echelon | P-3908-1mg | Affinity chromatography reagent |
PI(3,4,5)P3 PIP Beads | Echelon | P-B345a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(3,5)P2 PIP Beads | Echelon | P-B035a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(4)P PIP Beads | Echelon | P-B004a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(4,5)P2 diC8 | Echelon | P-4508-1mg | Affinity chromatography reagent |
PI(4,5)P2 PIP Beads | Echelon | P-B045a-1ml | Affinity chromatography reagent |
PI(5)P PIP Beads | Echelon | P-B005a-1ml | Affinity chromatography reagent |
Ponceau S solution | Sigma-Aldrich | P7170 | Protein staining (0.1% [w/v] in 5% acetic acid) |
Potassium hexacyanoferrate(III) | Sigma-Aldrich | 702587 | Potassium salt |
PtdIns PIP Beads | Echelon | P-B001-1ml | Affinity chromatography reagent |
PVDF Membrane | Bio-Rad | 1620177 | For Western blotting |
Refrigerated centrifuge | Eppendorf | 5910 R | Microcentrifuge for small volumes (e.g., 1.5 mL) |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | 862010 | Detergent |
Sodium thiosulfate | Sigma-Aldrich | 72049 | Chemical |
SpeedVac Vacuum Concentrators | ThermoFisher Scientific | SPD120-115 | Sample concentration (e.g., for mass spectrometry) |
T175 flasks for cell culture | ThermoFisher Scientific | 159910 | To grow 50 mL T. brucei culture |
Trypsin, Mass Spectrometry Grade | Promega | V5280 | Trypsin for protein digestion |
Urea | Sigma-Aldrich | U5128 | Denaturing reagent |
Vortex | Fisher Scientific | 02-215-418 | For mixing reactions |
Western blotting transfer buffer | Bio-Rad | 1610734 | 25 mM Tris, 192 mM glycine, pH 8.3 with 20% methanol |
Whatman 3 mm paper | Sigma-Aldrich | WHA3030861 | Paper for Wester transfer |
2-mercaptoethanol (14.2 M) | Bio-Rad | 1610710 | Reducing agent |
2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0737 | Protein loading buffer |
4–20% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 4561094 | Gel for protein electrophoresis |
4x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0747 | Protein loading buffer |