JoVE Journal > Biochemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
生物化学

Click Kimya Kullanarak Yağ Asillenmiş Proteinlerin Tespiti için Alkinil Yağ Asidi Analoglarının Optimize Edilmiş Birleştirilmesi

Published: April 09, 2021
doi:
10.3791/62107
, ,
1Department of Biology,University of Waterloo

Summary

Yağ asilasyonunun incelenmesinin hücresel protein etkileşimleri ve hastalıklarda önemli etkileri vardır. Burada sunulan, çeşitli hücre tiplerinde uygulanabilen ve nabız kovalama ve kütle spektrometrisi de dahil olmak üzere diğer tahlillerle birleştirilebilen yağlı asillenmiş proteinlerin tıklama kimyası tespitini geliştirmek için modifiye edilmiş bir protokoldür.

Abstract

Doymuş yağ asitlerinin protein substratlarına kovalent ilavesi olan yağ asilasyonu, kanser ve nörodejeneratif hastalıklardaki etkilerine ek olarak sayısız hücresel fonksiyonun düzenlenmesinde önemlidir. Yağ asilasyon tespit yöntemlerindeki son gelişmeler, özellikle biyo-ortogonal etiketlemeli klik kimyasının kullanılmasıyla, yağ asillenmiş proteinlerin verimli ve tehlikesiz bir şekilde algılanmasını sağlamıştır. Bununla birlikte, tıklama kimyası tespiti, hücre kültürüne uzun zincirli yağ asitleri eklemenin zayıf çözünürlüğü ve potansiyel toksik etkileri ile sınırlandırılabilir. Burada, yağ asidi içermeyen BSA ile birlikte sabunlaştırılmış yağ asitleri ve ayrıca tespit edilmesi zor yağ asillenmiş proteinlerin tespitini iyileştirebilen delipide edilmiş ortamlar kullanılarak optimize edilmiş bir etiketleme yaklaşımı açıklanmaktadır. Bu etki en çok, asillenmiş proteinlerin tıklama kimyası tespitinde en yaygın kullanılan yağ asidi analoğu olan alkinil-stearat analoğu 17-ODYA ile belirgindi. Bu modifikasyon hücresel katılımı artıracak ve asillenmiş protein tespitine duyarlılığı artıracaktır. Ek olarak, bu yaklaşım çeşitli hücre tiplerinde uygulanabilir ve nabız kovalama analizi, hücre kültüründeki amino asitlerle kararlı izotop etiketleme ve yağlı asillenmiş proteinlerin kantitatif profillemesi için kütle spektrometrisi gibi diğer tahlillerle birleştirilebilir.

Introduction

Yağ asilasyonu, yağ asitlerinin proteinlere kovalent ilavesini içerir ve protein-membran etkileşimlerini teşvik etmedeki önemi ile iyi bilinir, ancak aynı zamanda protein-protein etkileşimlerini, konformasyonel değişiklikleri teşvik ettiği ve enzimlerin katalitik bölgelerini düzenlediği gösterilmiştir1,2,3,4,5,6,7 . Yağ asilasyonu, palmitoilasyondaki bozulmaların belgelendiği enfeksiyon, kanser, inflamasyon ve nörodejenerasyon dahil olmak üzere sayısız hastalıkta potansiyel bir ilaç hedefi olarak ortaya çıkmıştır8,9,10,11,12,13. Bu, öncelikle, S-asillenmiş protein hedeflerinin büyük ölçekli tanımlanmasını sağlayan yeni kimyasal tespit yöntemlerinin geliştirilmesiyle teşvik edilmiştir.

Yağ asilasyonu, doymuş ve doymamış yağ asitlerinin kovalent ilavesini içeren çeşitli modifikasyonları içerebilir, ancak tipik olarak N-miristoilasyon ve S-asilasyonunu ifade eder. N-miristoilasyon, miristik asidin N-terminal glisinlere ya yeni ortaya çıkan polipeptitler üzerinde birlikte translasyonel olarak ya da proteolitik bölünmeyi takiben yeni maruz kalan N-terminal glisinler üzerinde post-translasyonel olarak eklenmesini ifade eder2,14. N-miristoilasyon, geri dönüşümsüz bir amid bağı yoluyla gerçekleşir. Öte yandan, S-asilasyon tipik olarak uzun zincirli yağ asitlerinin bir tiyoester bağı yoluyla sistein kalıntılarına geri dönüşümlü olarak eklenmesini ifade eder. Bu modifikasyonun en yaygın şekli palmitatın dahil edilmesini içerir ve bu nedenle genellikle S-palmitoylation veya sadece palmitoylation olarak adlandırılır11,15. Birçok yönden, S-palmitoilasyon fosforilasyona benzer. Dinamiktir, enzimatik olarak düzenlenir ve oldukça izlenebilir olduğu kanıtlanmıştır.

Son on yıla kadar, yağ asilasyonunun incelenmesi, radyoaktif olarak etiketlenmiş yağ asitleri gerektiren sınırlı tespit yöntemleri tarafından engellendi. Bunun maliyet, güvenlik sorunları ve çok uzun algılama süreleri gibi çeşitli dezavantajları vardı. Tipik olarak, S-asilasyonun tespiti için tritiye veya iyotlu palmitat kullanılmıştır16. Tritiated palmitate, otoradyografi filmi ile haftalar ila aylar sürebilen uzun tespit süreleri gerektiriyordu. [125I] iyot-yağ asidi analogları tespit sürelerini kısaltırken, çok daha yüksek bir güvenlik riski sundu ve deneycilerin yakın tiroid izlemesini gerektirdi. Ek olarak, bu yöntemler nicel değildi, bu nedenle dinamik palmitoilasyonu ölçme yeteneğini sınırladı ve ayrıca ekstra kişisel koruyucu ekipman ve radyoaktif izleme nedeniyle kurulum ve temizlik için zaman aldı. Son olarak, radyoaktif etiketler proteomik çalışmalar için uygun değildi ve tipik olarak ilgilenilen spesifik proteinlerin düşük verim tespiti ile sınırlıydı. Daha fazla substrat tespit edildikçe ve kaçınılmaz olarak her modifikasyona aracılık eden enzimler tanımlandıkça, yeni tespit yöntemlerinin gerekli olduğu açıktı17,18,19,20,21. Neredeyse eşzamanlı olarak, yağlı asillenmiş proteinlerin tespiti için birkaç yeni yöntem ortaya çıktı. Birincisi, S-asilasyonun tiyoester bağının geri dönüşümlülüğünden ve reaktivitesinden yararlanır. Açil-biyotin değişimi (ABE) testi, avidin agaroz boncukları kullanılarak S-asillenmiş proteinlerin daha sonra çekilmesi ve batı blot22,23,24 ile doğrudan tespiti için palmitatın biyotin ile kimyasal olarak yerini alır. Daha sonra, yağ asitlerinin biyo-ortogonal etiketlenmesi ve Staudinger ligasyonunun kullanımını içeren etiketlere veya tutamaçlara kemoselektif ilaveler geliştirildi25,26,27,28,29,30,31,32,33 . Son olarak, ABE’ye benzer şekilde, açil-reçine destekli yakalama (RAC), S-asillenmiş proteinlerin yakalanması ve tespiti için S-asillenmiş bölgeleri tiol-reaktif boncuklarla değiştirir34,35. Değişim ve tıklama kimyası tabanlı analizler birlikte, aşağı akış analizi için daha verimli ve hassas asilasyon tespiti ve afinite saflaştırma yöntemleri sağlamış ve daha sonra binlerce S-asillenmiş proteinin keşfine yol açmıştır8,36.

Tıklama kimyası terimi bir grup kimyasal reaksiyonu kapsar, ancak en yaygın olarak bir alkinil grubu ile bir azido grubu arasındaki Cu(I)-katalizörlü azido-alkin [3+2] sikloekleme reaksiyon mekanizmasını ifade eder27,28,37. Özellikle, yağ asilasyonu durumunda, tıklama kimyası, endojen olarak asillenmiş proteinleri etiketlemek için sırasıyla hücrelere biyo-ortogonal 16-karbon alkinil-palmitat (15-hekzadesinoik asit; 15-HDYA) veya 14-karbonlu alkinil-miristat (13-tetradesinoik asit; 13-TDYA) dahil edilerek S-palmitoylation veya N-myristylation tespitini içerir28 . İlgilenilen proteinin hücre lizisi ve immünopresipitasyonundan sonra, batı blot28,37 tarafından tespit edilmek üzere bir afinite probunu, tipik olarak biyotini bağlamak için bir tıklama kimyası reaksiyonu (bir alkin ve bir azid arasındaki kovalent bağlantı) gerçekleştirilir. Alternatif olarak, toplam hücre lizatı üzerinde tıklama kimyası yapılabilir ve yağ asillenmiş proteinler, kütle spektrometrisi ile tanımlanmak üzere afinite saflaştırılabilir. Azido-biyotin ile ilk tıklama kimyası reaksiyonu, radyoaktiviteye kıyasla tespitin seçiciliğini ve duyarlılığını bir milyondan fazla artırmıştır2. Tıklama kimyasının bir diğer avantajı, kantitatif analiz için azido-homoalanin kullanılarak protein döngüsünün nabız kovalama analizi gibi diğer klasik etiketleme yöntemleriyle birleştirilebilmesidir38. Ek olarak, protein lokalizasyonunu incelemek için biyotin veya FLAG veya Myc etiketleri gibi diğer biyokimyasal problar yerine floresan problar kullanılabilir16,28,39.

Tıklama kimyasının göreceli kullanım kolaylığına rağmen, hücre kültüründe uzun zincirli serbest yağ asitlerinin kullanılmasının düşük çözünürlüğü ve potansiyel toksisitesi ile algılama sınırlandırılabilir40. Özellikle, proteinlerin çoğunluğu için S-asilasyonu sırasında palmitatın tercih edilmesine rağmen, birçok çalışma, ticari mevcudiyeti ve nispeten düşük maliyeti nedeniyle S-asillenmiş proteinleri tespit etmek için palmitat (15-HDYA) yerine 18-karbonlu stearat (17-oktadesinoik asit – 17-ODYA) kullanmıştır. Bununla birlikte, 17-ODYA çok çözünmezdir ve kullanılırken özel dikkat gerektirir. Ek olarak, tıklama kimyası, kimyasalların bazı nüanslı bir şekilde hazırlanmasını ve depolanmasını gerektirebilir. Burada protokol, yağ asitlerinin sabunlaştırılmasını, yağ asidi içermeyen BSA ile dağıtımı ve çözünürlüğü artırmak ve hücrelere serbest yağ asitleri eklemenin potansiyel toksik etkilerini atlamak için delipide fetal sığır serumu (FBS) ile dağıtımı optimize eden bir etiketleme yaklaşımını tanımlamaktadır28. Bu yöntem çeşitli hücre tiplerinde çalışır ve hatta canlı hayvanlarda bile kullanılmıştır28.

Protocol

1. Hücre kültürü Hücre kültürü için DMEM’i (Dulbecco’nun Modifiye Kartal Ortamı) desteklemek için,% 10 Fetal Sığır Serumu (FBS), 1x Penisilin-Streptomisin, 2 mM L-glutamin ve 100 mM sodyum piruvat (% 1 hacim / hacim) ekleyin. 6 kuyucuklu bir doku kültürü kabının yaklaşık 5 x 105 HEK293T hücresini/kuyusunu tabak edin ve – akıcılığa ulaşmak için %5 CO2 ile 37 °C nemlendirilmiş inkübatörde 18 saat boyunca büyür. Yağ asidi serum yoksunluğu Etiketleme ortamını hazırlamak için, DMEM’i FBS olmadan yukarıdaki gibi hazırlayın (adım 1.1). FBS’yi %5 dekstran-kömür kaplı FBS (DCC-FBS) ile değiştirin. Kullanmadan önce 37 °C’ye kadar ısıtın. Hücreleri oda sıcaklığında 1x fosfat tamponlu salin (PBS) ile nazikçe yıkayın ve etiketleme ortamıyla değiştirin.NOT: HEK293T hücreleri doku kültürü plakalarından kolayca ayrılır. Hücreleri yıkarken ve ortamları değiştirirken dikkatli olun. İnkübatöre ve inkübatörden transfer sırasında ajitasyonu mümkün olduğunca en aza indirin. Hücreleri% 5 CO2 ile 37 ° C inkübatöre geri döndürün ve yağ asitleri ile metabolik etiketlemeye devam etmeden önce yaklaşık 45 dakika (minimum 15 dakika etkilidir), 60 dakikaya kadar inkübe edin. 2. Yağ asidi analoglarının hazırlanması ve sabunlaştırılması Aşağıdaki konsantrasyonları elde etmek ve -20 ° C’de saklamak için DMSO’da çözündürerek alkinil yağ asitlerinin stok çözeltilerini önceden hazırlayın. Gerektiğinde oda sıcaklığında çözün. En iyi performansları için hazırlıkları N2 veya Ar altında saklayın.Alkinil-miristat (13-tetradesinoik asit, 13-TDYA): 25 mMAlkinil-palmitat (15-hekzadesinoik asit; 15-HDYA): 100 mMAlkinil-stearat (17-oktadesinoik asit; 17-ODYA): 100 mM % 20 yağ asidi içermeyen BSA (FAFBSA) hazırlamak için, 50 mL’lik tek kullanımlık bir tüpte 2 g FAFBSA tartın. Önceden ısıtılmış (37 ° C) DMEM ile 10 mL’ye kadar getirin. Uçtan uca rotasyonla veya girdapla karıştırın ve FAFBSA’yı tamamen çözmek için 37 °C’lik bir su banyosuna yerleştirin. Ortamı sterilize etmek için 0,2 μm filtre kullanın. Aliquot yaklaşık 1 mL hacimlerde ve -20 ° C’de saklayın. Gerektiğinde çözün ve kullanmadan önce bir su banyosunda 37 ° C’ye kadar ısıtın. Yağ asidi ve yağ asidi analoglarının çözünürlüğünü arttırmak için, 3 mL cam konik reaksiyon şişelerinde% 20 molar fazla potasyum hidroksit (KOH) ile inkübe ederek sabunlaştırın.NOT: Bu şişeler, FAFBSA’nın yüksek ısıdan dolayı birleşmemesini sağlarken tuzun çözünür kalmasını sağlar. Cam kullanımı ayrıca yağ asitlerinin plastiğe yapışmasını da önler. Pipet, en az 2 μL alkinil yağ asidi analogunu doğrudan 3 mL’lik bir konik reaksiyon şişesinin dibine boşaltın. Kullanılan 6 delikli bir plakanın kuyucuğu başına 2 μL lipit hazırlayın (bkz. Tablo 1).NOT: Yağ asitlerinin hidrofobikliği nedeniyle, pipetin ucunu, reaksiyon şişesine dağıtmadan önce istenen hacmi birkaç kez çekerek kaplamak en iyisidir. 1 M KOH’u, alkinil yağ asidi etiketinin% 20 molar fazlalığına eşit konsantrasyonlara seyreltin (13-TDYA için 30 mM ve 15-HDYA ve 17-ODYA için 120 mM). Pipet, camın kenarındaki reaksiyon şişesinin dibine yakın eşit miktarda seyreltilmiş KOH (1 μL: 1 μL yağ asidi : KOH), böylece KOH’un dağıtılan hacmi yağ asidi ile karışır. Şişenin kapağını kapatın ve çözeltileri karıştırmak için hafifçe dokunun.NOT: Karışım, özellikle yağ asidinin hidrokarbon zincirinin artan uzunlukları ile hızlı bir şekilde katılaşabilir. Katıyı pipetlememeye dikkat edin (yani, pipetleme ile karıştırmayın). Reaksiyon şişesini yaklaşık 5 dakika boyunca 65 ° C’de veya yağ asidi dahil edilir edilmez ısıtın (çözelti netleşir).NOT: Stearat (17-ODYA) gibi daha fazla sayıda karbon ve düşük çözünürlüğe sahip yağ asitleri, 65 ° C’de KOH’ye tam olarak dahil edilmek için daha uzun inkübasyon süreleri gerektirebilir. Gerekirse sıcaklığı 70 ° C’ye yükseltin. Bir su banyosu en iyisidir. Sıvının çok fazla buharlaşmamasına dikkat edin. Yağ asitleri çözeltiye girdikten ve görünür katı madde kalmadıktan sonra, pipet% 20 FAFBSA’yı önceden ısıttı, böylece yağ asitlerinin hacim oranı: KOH: FAFBSA, 20x BSA’ya bağlı alkinil yağ asitlerinin nihai konsantrasyonunu elde etmek için 1: 1: 50’dir. Yukarı ve aşağı pipetle indirerek karıştırın. Çözelti tipik olarak görünür katı madde olmadan net görünür.NOT: Tipik olarak, küçük katı maddeler 37 °C’de inkübasyondan sonra çözeltiye girer. Yağ asidini ve FAFBSA’yı 37 ° C’de 15 dakika boyunca inkübe edin.NOT: Bu noktada sabunlaştırılmış etiket 15 dakikadan fazla sabittir.   Toplam ortam hacmi (mL) Hacim yağ asidi veya yağ asidi analoğu (μL) Cilt KOH (μL) Cilt FAFBSA (μL) BSA konjuge sabunlaştırılmış etiketin toplam hacmi (μL) 4 4 4 200 208 2 2 2 100 104 Tablo 1: Saponifiye yağ asidi etiketleme oranları. Kullanılan ortamın hacmine göre yağ asidi etiketinin sabunlaştırılması için yağ asidi, KOH ve FAFBSA’nın deneysel hacimleri. Denetim olarak, adım 2.3’ü yineleyin. alkin etiketi olmayan yağ asitleri ile. Alkinil-miristat için% 1 BSA ve 25 μM veya alkinil-palmitat ve alkinil-stearat için 100 μM nihai konsantrasyonu elde etmek için hücreleri doğrudan açlık ortamına (tipik olarak, 2 mL ortam / hücrelerde 100 μL) konjugat 1/20 hacimli 20x yağ asidi-BSA ile etiketleyin.NOT: Bağlı hücrelerdeki fiziksel rahatsızlık miktarını en aza indirmek için, doğrudan ortama pipet yapmak yerine, pipetin ucunda ortamın yüzeyine yakın bir yerde bir damlacık oluşturun. Asilasyon inhibitörleri kullanıyorsanız, etiketli yağ asitlerinden en az 15 dakika önce ekleyin. Süreler, kullanılan hücrelere veya inhibitöre bağlı olarak değişebilir. Bu adım için de sabunlaştırmanın kullanılması önerilmiştir28. Karşılaştırma için, etiketsiz yağ asidinin 2 μL’sini (veya sabunlaştırılmış hacme eşdeğer) pipetleyerek, sabunlaşmamış lipitleri doğrudan açlık ortamına ekleyin. Hücreleri tekrar inkübatöre yerleştirin ve 3-6 saat boyunca inkübe edin.NOT: Her hücre tipi veya deneysel durum için optimum etiketleme zamanlamasının belirlenmesi gerekebilir. Daha uzun inkübasyon süreleri, yağ asitlerinin β-oksidasyon ve / veya fosfolipitler gibi diğer lipit gruplarına dahil edilmesiyle potansiyel olarak parçalanmasına neden olabilir28. Hücreleri oda sıcaklığında 1x PBS ile nazikçe yıkayın. 500 μL etilendiamintetraasetik asit (EDTA) içermeyen modifiye radyoimmünopresipitasyon testi (RIPA) tamponu (% 0.1 SDS, 50 mM N-2-hidroksietipiperazin-N-etansülfonik asit (HEPES) pH 7.4, 150 mM NaCl,% 1 denatüre olmayan deterjan,% 0.5 sodyum deoksikolat, taze eklenmiş 1 mM fenilmetilsülfonil florür (PMSF) ile 2 mM MgCl2 ve 10 μg / μL Pepstatin A (veya EDTA içermeyen tam proteaz inhibitörü kokteyli)) ile lizatları 4 ° C’de 15 dakika sallayarak hücreleri toplayın ve lize edin. Lisatları 4 ° C’de 10 dakika boyunca 16.000 x g’de santrifüj yapın. Süpernatantı 1.7 mL mikrosantrifüj tüplerinde toplayın ve tıklama reaksiyonuna devam etmeye hazır olana kadar -20 ° C’de saklayın.NOT: Protokol burada duraklatılabilir. Lisatlar -20 ° C’de 1 aya kadar stabildir. Bununla birlikte, tıklama reaksiyonuna zamanında devam etmeniz önerilir. Deterjan uyumlu (DC) bir test gibi üreticinin protokolüne göre uygun bir tahlil kullanarak protein konsantrasyonlarını ölçün. 3. Hücre lizatlarına tıklama reaksiyonu Reaktifleri tıklama kimyası için hazırlayın. Tris-(benziltriazolilmetil) amini (TBTA) DMSO’da 2 mM’ye kadar çözün. 2-3 aya kadar -20 ° C’de kurutucu küçük alikotlarda saklayın. En iyi N2 veya Ar altında saklanır. 50 mM’ye ulaşmak için CuSO4’ü ddH2O suda çözün. Oda sıcaklığında 2 aya kadar saklayın. Tris-karboksiyetilfosfin (TCEP) ddH2O suyunda 250 mM’ye kadar çözün. 4 °C’de karanlıkta saklayın ve tıklama reaksiyonundan hemen önce taze 50 mM seyreltmeler yapın. DMSO’da 2 mM azid hazırlayın. 6 aya kadar -20 ° C’de kurutucu küçük alikotlarda saklayın. En iyi N2 veya Ar altında saklanır.NOT: Üç veya daha fazla polietilen glikol grubuna sahip ürünlerin biyotin ile en iyi şekilde çalıştığı gözlenmiştir. 1.7 mL mikrosantrifüj tüplerinde 50-100 μg protein lizatlarını yukarıdaki gibi aynı lizis tamponunu kullanarak aynı hacme getirin.NOT: Reaksiyon hacmini mümkün olduğunca küçük tutun (20-100 μL). Son %1’lik konsantrasyona ulaşmak için her numuneye sodyum dodesil sülfat (SDS) ekleyin. Lizatlara eklendikten sonraki son konsantrasyonların şunlar olması için bir ana tıklama reaktifleri karışımı hazırlayın: 100 μM TBTA (2 mM stok), 1 mM CuSO4, (50 mM stok) 1 mM TCEP (50 mM stok) ve 100 μM azid probu (2 mM stok). Stok çözümlerini buna göre birleştirin (bkz. Tablo 2).NOT: Sipariş önemlidir. Her bileşenin eklenmesinden sonra tamamen karıştırın. Ana karışımın uygun hacimlerini lizatlara ekleyin. Yukarı ve aşağı pipetle indirerek karıştırın. 37 °C su banyosunda karanlıkta 30 dakika boyunca inkübe edin. Ara sıra ajitasyon yapın/karıştırın. Toplam reaksiyon hacmi (μL) Hacim proteini (μL) Cilt TBTA (2 mM) (μL) Cilt CuSO4 (50 mM) (μL) Cilt TCEP (50 mM) (μL) Hacim azido probu (2 mM) (μL) 50 43 2.5 1 1 2.5 100 86 5 2 2 5 Tablo 2: Reaktif ve protein hacim oranlarına tıklayın. Protein numunelerinin hacimlerine ek olarak, tıklama kimyası reaktiflerinin deneysel hacimleri ve karşılık gelen stok konsantrasyonları. 4. İmmünsüpresitlenmiş proteinler üzerindeki reaksiyona tıklayın Alternatif olarak, tıklama reaksiyonunu immünoçökeltilmiş (IP) proteinler üzerinde boncukların üzerinde veya dışında gerçekleştirmek mümkündür.NOT: Tipik olarak, boncukları tıklatmak en az arka plana yol açar ve ilgilenilen yeni proteinleri test ederken en iyisidir. İlgilenilen protein için transfekt hücreleri, bu durumda, wildtype myristoylated C-terminal huntingtin (HTT), daha önce tarif edildiği gibi, kalsiyum fosfat DNA birlikte çökeltme kullanarak, bir G2A ikamesi ile GFP (myr-ctHTT-GFP) ve ctHTT-GFP ile kaynaştırılmıştır41. 6 kuyucuklu doku kültürü plakalarında 2.5 x 105 hücreli / kuyucuklu plaka ve gece boyunca ~% 70-80 akıcılığa kadar büyür. DNA karışımını, 1.7 mL’lik bir mikrosantrifüj tüpüne 99.75 μL moleküler sınıf H2O ile 10 μL’ye 2.5 μg DNA ekleyerek hazırlayın. Ardından, DNA karışımına damla damla 15.25 μL CaCl2 ekleyin. DNA/CaCl2 karışımını 125 μL 2x HEPES tamponlu salin (HBS, pH 7.0) içeren ayrı bir tüpe damla damla karıştırma ile ekleyin. DNA / CaCl2 / HBS karışımını yavaşça hücrelere ekleyin. 2-4 saat sonra, medyayı değiştirin ve gece boyunca inkübe edin. 1.3-2.8 arasındaki adımlardan etiketlemeye devam edin. Lizis tamponunda eşit miktarda 500 μg protein hazırlayın. 4 ° C’de gece boyunca dönen ctHTT-GFP için tavşan anti-GFP ile inkübe ederek IP gerçekleştirin. Her tüpe lizis tamponu ile önceden dengelenmiş 15-20 μL protein G boncukları ekleyin ve 3 saat boyunca 4 ° C’de uçtan uca reaksiyona girmesine izin verin. Boncukları lizis tamponu ile yıkayın ve 45 μL %1 SDS 50 mM HEPES tamponunda tekrar askıya alın. Boncukları 80 ° C’de 15 dakika ısıtın ve tüpleri ters çevirin veya yaklaşık her 5 dakikada bir çalkalayın. Tüpleri kısaca döndürün ve 80 ° C’ye geri dönün. Numuneler hala sıcakken proteinleri içeren süpernatantı toplayın.NOT: Protokol burada duraklatılabilir ve immünoçökeltilmiş numuneler, tıklama kimyası için hemen kullanılmazsa, -20 ° C veya -80 ° C’de saklanabilir. 43 μL süpernatantın 7 μL ana tıklama reaktifi karışımı ile reaksiyona girmesine izin verin. Adım 3.2.3’te belirtildiği gibi reaksiyona devam edin. 5. SDS-PAGE ve batı lekeleme 25 mM ditiyotreitol (DTT) içeren 1x numune yükleme tamponu ekleyerek reaksiyonu durdurun ve denatüre edin ve 5 dakika boyunca 95 °C’de ısıtın.NOT: 100 mM’ye kadar DTT kullanılabilir28. β-asillenmiş proteinlerle birlikte kullanmayın, çünkü tiyoester bağlarını hidrolize edebilir ve tıklanmış yağ asidi analogunu çıkarabilir. Örnekleri kısaca aşağı doğru döndürün. Proteinleri SDS-PAGE ile bir poliakrilamid jel üzerinde, kopyalar halinde ayırın.NOT: Tiyoester bağlarının varlığını doğrulamak için KOH ile alkali muamele için iki jel gereklidir. Bir floresan azid probu kullanılıyorsa, asilasyon jel içinde veya belirtilen uyarma kanalı kullanılarak transferden sonra tespit edilebilir. Poliviniliden florür (PVDF) membranlarına (metanol içinde aktive edilir ve ddH2O’da durulanır – her biri 5 dakika) 25 V, 1.0 A’da (sabit) yarı kuru transfer aparatı ile 30 dakika boyunca aktarın. Membranları ddH2O ile kısa bir süre duruladıktan sonra, bir replika membranı metanol / su içinde 0,1 M KOH’da (9: 1 v / v) ve diğeri metanol / suda (9: 1 v / v) 0.1 M Tris-HCl pH 7.0’da alkali olmayan bir kontrol olarak oda sıcaklığında 60 dakika boyunca yumuşak sallanma ile ıslatın. Membranları ddH2O suyunda kısa bir süre durulayın, ardından PBS-T’de 6 kez 5 dakikalık yıkama (1x PBS, %0,1 Ara 20).NOT: İyice yıkayın. Membranları gece boyunca %5 yağsız süt bloke edici tamponda (1x PBS, %0,1 Tween20) bloke edin. 6. Batı lekesi yapın Belirtildiği yerlerde, floresan etiketli Streptavidin (1:5000) ve yükleme kontrollü prob, anti-GAPDH rodamin (1:5000) %5 BSA bloke edici tamponda (%0,01 SDS, 1x PBS, %0,1 Tween20) oda sıcaklığında 45-60 dakika boyunca karanlıkta hafifçe sallanır. İmmün çökeltilmiş protein lekesini önce %5 yağsız süt bloke edici tamponda primer anti-GFP antikoru ile, daha sonra adım 6.1’de olduğu gibi %5 BSA’da uygun sekonder antikorlarla araştırın. Membranları PBS-T’de (1x PBS, %0,1 Tween20) toplam dört kez 5 dakika boyunca yıkayın ve görüntülemeden önce ddH2O su ile durulayın.

Representative Results

Tıklama kimyası tespiti için sabunlaştırılmış ve sabunlaştırılmamış (sap olmayan) alkinil yağ asitleri arasındaki etiketleme verimliliğindeki fark, batı lekesi yoluyla yağ asillenmiş proteinlerin sinyal yoğunluğu ile görselleştirilebilir ve karşılaştırılabilir (Şekil 1). Açil zincirlerinin uzunluğunun artmasıyla gözle görülür bir etki gözlendi. Alkinil-stearat (alk-stear) ile etiketlenmiş hücrelerde, yağ asidinin sabunlaştırılması ve metabolik etiketleme için BSA ile verilmesi, tıklama kimyası yoluyla S-asillenmiş protein sinyalinin algılanmasını ve bir floresan azido probu ile tespitini büyük ölçüde arttırmıştır (Şekil 1, sağda), alkinil yağ asidi etiketinin hücresel katılımında genel bir artış olduğunu düşündürmektedir. Tersine, en kısa ve en çözünür yağ asidi olan alkinil-miristat (alk-myr; 13-tetradecynoic acid veya 13-TDYA) ile tedavi edilen hücrelerde gözle görülür bir fark gözlenmemiştir. Alkinil-palmitat ile etiketlenmiş hücreler (Şekil 1, orta), alkinil-miristat (13-TDYA) ile karşılaştırıldığında etikette bir ara artış gösterdi, ancak alkinil-stearattan daha azdı. Önemli olarak, PVDF membranlarının 0.1 M KOH ile muamele edilmesi, yağ asidi etiketlerini alkinil-palmitat ve alkinil-stearat ile inkübe edilmiş hücrelerden büyük ölçüde kaldırdı ve sinyalin çoğunluğunun bir ester veya tiyoester bağından geçtiğini doğruladı (Şekil 1, orta ve sağ, alt paneller). Beklendiği gibi, alkinil-miristatın dahil edilmesi, miristatın bir amid bağı yoluyla proteinlere bağlanması nedeniyle çoğunlukla alkaliye dirençliydi (Şekil 1, sol, alt paneller). Şekil 2, immünoçökeltilmiş proteinlerin yağlı asilasyonunu tespit etmek için tıklama kimyasının çok yönlülüğünü ve duyarlılığını göstermektedir. HEK293T hücreleri, GFP’ye (myr-ctHTT-GFP) kaynaştırılmış miristotelize C-terminal huntingtin (HTT) ile transfekte edildi ve daha önce tarif edildiği gibi alkinil-miristat ile etiketlendi18. İmmünopresipitasyonu takiben, ctHTT-GFP boncuklardan salındı ve lizatların yanında tıklama kimyasına tabi tutuldu. İmmünoçökitlerde sadece wildtype (WT) myr-ctHTT-GFP’nin myristoylasyonu tespit edilmekle kalmadı, aynı zamanda lizatlarda güçlü bir şekilde tespit edildi, oysa G2A mutasyonu ctHTT-GFP’nin miristoilasyonunu tamamen bloke etti (Şekil 2). Şekil 1: Tıklama kimyası kullanılarak yağlı asillenmiş proteinlerin tespiti. HEK293T hücreleri, protokol 2.1-2.7’de tanımlandığı gibi, belirtilen yağ asitleri ile doğrudan (sap olmayan) veya sabunlaştırma (sap) ve taşıyıcı protein BSA ile inkübasyondan sonra inkübe edildi. Alkinil-yağ asitleri, 100 μg protein lizatını tıklama kimyasına maruz bırakarak, SDS-PAGE ile ayrılarak ve PVDF membranlarına aktarılarak floresan azide bağlandı. 0.1 M Tris pH 7.0 veya 0.1 M KOH ile tedaviden sonra, tiyoester bağlarını tersine çevirmek için, bir floresan azid kullanılarak yağ asilasyonu tespit edildi. GAPDH bir yükleme kontrolü olarak kullanıldı; anti-GAPDH rodamin (1:5,000). Alk-myr = 13-TDYA, alk-pal = 15-HDYA, alk-ste = 17-ODYA. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: Tıklama kimyası kullanılarak N-myristoylated ctHTT-GFP’nin tespiti. HEK293T hücreleri C-terminal kesilmiş (ct) ve HTT’nin miristolilabl formu (myr-ctHTT-GFP) ile transfekte edildi ve alkinil-miristat ile etiketlendi. Esansiyel glisin ile bir alanin ile değiştirilen miristoile edilemeyen bir form dahil edildi (G2A). Hasat ve lizisten sonra, ctHTT-GFP keçi anti-GFP kullanılarak immünopreprestite edildi. Lisatlar, boncuklardan salındıktan sonra immünopreçökitlerin yanı sıra tıklama kimyası reaksiyonuna (solda) maruz bırakıldı. Myristoylation Streptavidin Alexa 680 (SA680) kullanılarak tespit edildi. GFP, tavşan karşıtı Alexa 488 ile birlikte tavşan anti-GFP kullanılarak tespit edildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 3: Deneysel protokolün iş akışı şeması. Protokoldeki ana deneysel adımların iş akışı taslağı. Protokolün duraklatılabileceği birkaç nokta belirtilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Yağ asitlerinin kültürdeki hücrelere doğrudan eklenmesi, çözünmezliğe, lipitlerin çökelmesine ve lipotoksisiteye neden olabilir40. Sonuç olarak, yağ asitlerinin doğrudan hücrelere eklenmesi, sadece zayıf hücresel alıma ve yağ asidi etiketinin düşük mevcudiyetine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda aşağı akış analizi için canlı hücre sayısının azalmasına ve hedef dışı yolların aktivasyonuna neden olabilir. Bununla birlikte, tıklama kimyası tespiti için birçok metabolik etiketleme protokolü, yağ asitlerinin doğrudan eklenmesini ve bugüne kadar tıklama kimyası tespitini kullanan çok sayıda palmitoyl-proteom çalışmasını içerir, nadiren yağ asitleri etiketlerini sabunlaştırır veya BSA8,36 ile inkübe eder. Yağ asillenmiş proteinlerin tıklama kimyası tespitinin etkinliği ve duyarlılığının, yağ asidi analoglarının yeterli hücresel alımına bağlı olduğu gerçeğini göz önünde bulundurmak önemlidir. Bu nedenle, birçok S-asillenmiş proteinin, özellikle daha uzun zincirli yağ asidi 17-ODYA kullanıldığında, yağ asidi etiketlerinin hücrelere zayıf bir şekilde dahil edilmesinden kaynaklanan düşük mevcudiyeti nedeniyle proteomik çalışmalarda tespitten kaçmış olabileceğini tahmin etmek mantıklıdır. 17-ODYA veya alkinil-stearat, ticari mevcudiyeti ve erken kullanımı nedeniyle çeşitli çalışmalar için yaygın olarak kullanılan etiket olmuştur8,36. Bununla birlikte, bu protokolün sonuçları, 17-ODYA’nın sabunlaştırılmasının, palmitat veya miristat gibi daha kısa zincirli yağ asitlerine kıyasla, S-asillenmiş proteinlerin tespitinde en büyük artışa neden olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, bu deneylerin sabunlaştırılmış etiketlerle tekrarlanması, daha önce göz ardı edilmiş olabilecek ek S-asilasyon substratları verebilir. Ayrıca, çoğu palmitoil asiltransferaz, S-asilasyon için palmitatı tercih ederken, bazılarının stearat gibi diğer yağ asitleri uzunlukları için tercihleri vardır15,38,44. Ek olarak, bazı proteinler ve hatta proteinler içindeki belirli bölgeler, bir yağ asidini diğerine tercih eder15,45. Bu nedenle, 17-ODYA kullanan çalışmalar, palmitat değil, stearat ile S-asillenmiş proteinlere karşı bir önyargıya sahip olabilirken, aynı zamanda daha düşük tespit nedeniyle bu proteinleri yeterince temsil etmeyebilir.

Klik kimyası için geliştirilmiş metabolik etiketleme verimliliği, lipitlerin sabunlaştırılmasına ve FAFBSA adımlarıyla inkübasyona ve ayrıca delipide edilmiş FBS’ye dayanır. Tüm yağ asitleri, FAFBS ile inkübasyona devam etmeden önce görünür katı madde kalmadan, KOH’da tamamen sabunlaştırılmalıdır. Bu zor bir adım olabilir ve zamanlama çok önemlidir. Sabunlaşmış yağ asitleri 65 ° C’de çözeltiye girdikten sonra, daha fazla ısıtma DMSO’nun yağ asitlerinden buharlaşmasına neden olacağından hemen ılık BSA ekleyin. Ek olarak, sabunlaşmış etiket, soğumaya başlar başlamaz yeniden katılaşmaya başlayacaktır. Bu nedenle, FAFBSA ılık olmalı ve tuz çözünür hale geldikten sonra hızla eklenmelidir. Cam reaksiyon şişeleri ve şekilleri bu adım için önemlidir. Sabunlaşmış lipitin çözünür kalacak kadar sıcak olmasını, FAFBSA’nın ise birleşmemesini sağlayacak kadar soğuk olmasını sağlarlar. Bu adımda, etiketleme için homojen bir çözelti sağlamak amacıyla pipetleme yoluyla yeterli karıştırma da önemlidir.

Klik kimyası için reaktiflerin, tipik olarak kurutucularla veya –20 ° C ila -80 ° C’de N2 veya Ar gazı altında uygun şekilde depolanması gerekir. Asilasyon sinyali eksikliği veya zayıf sinyal, kararsız reaktiflerden, özellikle eski TBTA ve azid stok çözeltilerinden kaynaklanabilir. Ayrıca, mümkün olduğunca ışıktan korunması gereken floresan azid stok çözeltilerine dikkat edilmelidir. Ek olarak, lipit yoksunluğu yöntemi ve etiketleme süresi gibi değişkenlerin, kullanılan hücrenin tipine bağlı olarak en uygun koşulları belirlemek için test edilmesi gerekebilir. Örneğin, nöronal hücrelerin daha uzun etiketleme sürelerine ihtiyacı olabilir, çünkü ortam değişiklikleri ve lipit yoksunluğu zordur (yayınlanmamıştır).

Bu protokolün yararı, daha uzun zincirli yağ asitleri için kullanıldığında en dramatik olanıdır. Daha kısa zincirler için, sinyal yoğunluğundaki artış daha az dramatik hale gelir, ancak yine de hücreler için koruyucu olması muhtemeldir. Önerilen modifikasyonlar genel olarak protein asilasyon tespitini iyileştirecek olsa da, tıklama kimyası hala stabil olarak değil, dinamik olarak S-asillenmiş proteinlerin1 tespiti ile sınırlı olan lipit merkezli bir yöntem1 olarak kabul edilir. Göz önünde bulundurulması gereken diğer sınırlamalar arasında, etiketlemeyi teşvik etmek için yağ asidi yoksunluğunun gerekliliği ve S-asilasyonun asil-biyotin değişimi (ABE) tespiti ile karşılaştırıldığında nispeten sınırlı uyumlu hücre tipleri aralığı bulunmaktadır16. Bu sınırlamalara rağmen, tıklama kimyası tespiti çoğu açil değişim tahlilinden daha hızlıdır ve açil değişim testleri için gerekli tekrarlanan protein çökeltme adımlarını tolere etmeyen proteinlerin tespiti için daha uygundur. Ek olarak, bu yaklaşım darbe kovalama analizi38 gibi diğer tıklama tahlilleri kullanılarak eşzamanlı etiketleme ile birleştirilebilir.

Tıklama kimyası için metabolik etiketleme için bu modifikasyonun kullanılması, tıklama kimyası ile birlikte kullanılan çeşitli proteomik tekniklerle, özellikle S-asillenmiş asillenmiş proteinlerin genel tespitini arttırmıştır. Gösterildiği gibi, florojenik tespit biyotine alternatif olarak kullanılabilir (Şekil 1)28. Bu özellikle yararlıdır, çünkü hücre lizatlarında endojen floresan proteinleri yoktur. Ek olarak, yalnızca tıklama kimyasından sonra aktive olan floroforlar kullanılabilir46. Tıklama kimyası etiketlemesi için sabunlaştırılmış ve FAFBSA’ya bağlı yağ asidi, hücrede bulunan etiket miktarındaki genel bir artış nedeniyle ve yağ asitlerinin doğrudan ortama eklenmesinin toksik etkilerini sınırlayarak ilgilenilen proteinleri tespit etmede zorluklara yardımcı olabilir. Ayrıca, düşük bolluk proteinlerinin tespitini artırmak için kütle spektrometrisi27 ile birlikte kullanılabilir, özellikle de en bol proteinlerin tespitini destekleyen mevcut veriye bağımlı edinimin aksine, düşük bolluk proteinlerine duyarlılığı artırmak için gereksiz ölçümleri önleyen makine öğrenme algoritmaları kullanılarak yapılan son gelişmelerle birlikte ele alındığında47 . Ek olarak, tıklama kimyası, dinamik protein S-asilasyonu hakkında ölçülebilir veriler üretmek için hücre kültüründeki amino asitlerle (SILAC) kararlı izotop etiketleme ve nabız kovalama yöntemleri ile birleştirilebilir27. Son olarak, Hannoush grubu, palmitoylatlanmış proteinlerin hücre altı dağılımına tek hücreli görselleştirme ve incelemelere izin vermek için tıklama kimyasını yakınlık ligasyon testi (PLA) ile birleştirmiştir43,48.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Ulusal Bilim ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC; RGPIN-2019-04617). Lucia Liao, Waterloo Üniversitesi Biyoloji Bölümü aracılığıyla Ram ve Lekha Tumkur Memorial Bursu ve IODE Ontario aracılığıyla Lucy Morrison Memorial Bursu’nun yanı sıra, Waterloo Üniversitesi’nden Lisansüstü Araştırma Öğrenciliği (50503-11072), Fen Bilimleri Yüksek Lisans Ödülü ve Lisansüstü Öğretim Asistanlığı’nı içeren lisansüstü araştırma fonuna ek olarak finanse edildi. Yazarlar, Martin laboratuvarının tüm üyelerine, bu makalenin hazırlanmasındaki destekleri için, özellikle de bu çalışmalara hazırlık için Martin Laboratuvarı’nın kurulmasına yardımcı olan Stephanie Ryall, Harleen Gill ve Sadia Khan’a teşekkür etmek istiyor. Yazarlar ayrıca ctHTT-GFP yapılarının nazik hediyesi için Dr. Luc Berthiaume’ye ve el yazmasının hazırlanmasında kritik katkılar için Dr. Shaun Sanders’a teşekkür eder. Şekil 3, BioRender.com ile oluşturulmuştur.

Materials

13-tetradecynoic acid (alkynyl myristic acid) (25mM) Click Chemistry Tools 1164
15-hexadecynoic acid (alkynyl palmitic acid) (100mM) Click Chemistry Tools 1165
17-octadecynoic acid (alkynyl stearic acid) (100 mM) Cayman Chemical Company 90270
30% acrylamide/bis solution 29:1 Biorad 1610156
96-well plate reader Biorad N/A
AFDye 647 azide plus Click Chemistry Tools 1482
Ammonium persulfate (APS) Biorad 1610700
Anti-GAPDH hFAB Rhodamine Biorad 12004167
Anti-rabbit Alexa 488 Invitrogen A11034
Anti-Tubulin hFAB Rhodamine Biorad 12004166
Biotin Azide Click Chemistry Tools 1265
Bis-tris, ultrapure VWR 715
Calcium chloride J.T. Baker 1332-1
Centrifuge 16,000xg, 4°C Thermo Scientific N/A
Charcoal STRP FBS One Shot (DCC-FBS) Life Technologies A3382101
ChemiDoc Imager Biorad N/A
Copper sulfate (1 mM) VWR BDH9312
Deoxycholic acid sodium salt monohydrate MP Biomedicals 102906
Detergent compatible (DC) assay Biorad N/A
Dimethyl sulfoxide (DMSO) VWR 0231-500 mL
DMEM, 1x Wisent Inc 319015CL
Ethanol, anhydrous N/A N/A
Fatty Acid Free BSA MP Biomedicals 219989950
Fast Blot Turbo Semi-dry transfer Biorad N/A
Fetal Bovine Serum (FBS) Thermo Fisher Scientific 12483-020
FluoroTrans W PVDF (polyvinylidene fluoride) transfer membrane Pall Life Sciences BSP0161
HEPES (4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]-ethanesulfonic) acid VWR 5011
Humidified Incubator at 37°C and 5% CO2 VWR N/A
Igepal CA-630 Alfa Aesar J61055
Image Lab Software Biorad N/A
L-glutamine supplement solution Wisent Inc 609-065-EL
Magnesium chloride Fisher Scientific BP214-500
Methanol VWR BDH1135
Myristic Acid (25 mM) VWR M0476-25G
Palmitic acid (100 mM) VWR P0002-25G
Penicillin-Streptomycin, 10x Wisent Inc 450201EL
Pepstatin A (synthetic) Enzo Life Sciences ALX-260-085-M005
Phenylmethylsulfonyl fluoride Enzo Life Sciences ALX-270-184-G005
Phosphate buffered saline, 10x, pH 7.4 VWR 75801-000
Polyclonal Goat antibody to GFP (Affinity Purified) Eusera EU4
FluoroTrans W PVDF (polyvinylidene fluoride) transfer membrane Pall Life Sciences BSP0161
Potassium hydroxide Ward's Science 470302-100
Rabbit polyclonal antibody to GFP Eusera EU1
Sodium chloride VWR 0241-1KG
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) Fisher Scientific BP166-500
Sodium pyruvate Wisent Inc 600-110-EL
Streptavidin Alexa Fluor 680 conjugate Thermo Fisher Scientific S21378
Tris-(benzyltriazolylmethyl)amine (TBTA) (100 uM) Click Chemistry Tools 1061
Tris-(2-carboxyethyl)phosphine HCl (TCEP) (1mM) Soltec Ventures M115
Tris Base Fisher Scientific BP152-5
Trypsin/EDTA Wisent Inc 325-043-CL
Tween 20 Reagent Grade 1L VWR 97062-332
WHEATON NextGen V Vials 3 mL VWR 89085-424
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zaballa, M. E., vander Goot, F. G. The molecular era of protein S-acylation: spotlight on structure, mechanisms, and dynamics. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 53 (4), 1-31 (2018).
  2. Martin, D. D. O., Beauchamp, E., Berthiaume, L. G. Post-translational myristoylation: Fat matters in cellular life and death. Biochimie. 93 (1), 18-31 (2011).
  3. Hallak, H., et al. Covalent binding of arachidonate to G protein alpha subunits of human platelets. The Journal of Biological Chemistry. 269 (7), 4713-4716 (1994).
  4. O’Brien, P. J., Zatz, M. Acylation of bovine rhodopsin by [3H]palmitic acid. The Journal of Biological Chemistry. 259 (8), 5054-5057 (1984).
  5. Liang, X., et al. Heterogeneous fatty acylation of Src family kinases with polyunsaturated fatty acids regulates raft localization and signal transduction. Journal of Biological Chemistry. 276 (33), 30987-30994 (2001).
  6. Thinon, E., Percher, A., Hang, H. C. Bioorthogonal chemical reporters for monitoring unsaturated fatty-acylated proteins. ChemBioChem. 17 (19), 1800-1803 (2016).
  7. Veit, M., Reverey, H., Schmidt, M. F. G. Cytoplasmic tail length influences fatty acid selection for acylation of viral glycoproteins. Biochemical Journal. 318 (1), 163-172 (1996).
  8. Sanders, S. S., et al. Curation of the mammalian palmitoylome indicates a pivotal role for palmitoylation in diseases and disorders of the nervous system and cancers. PLOS Computational Biology. 11 (8), 1004405 (2015).
  9. Hannoush, R. N. Synthetic protein lipidation. Current Opinion in Chemical Biology. 28, 39-46 (2015).
  10. Martin, D. D. O., Hayden, M. R. Post-translational myristoylation at the cross roads of cell death, autophagy and neurodegeneration. Biochemical Society Transactions. 43 (2), 229-234 (2015).
  11. Young, F. B., Butland, S. L., Sanders, S. S., Sutton, L. M., Hayden, M. R. Putting proteins in their place: Palmitoylation in Huntington disease and other neuropsychiatric diseases. Progress in Neurobiology. 97 (2), 220-238 (2012).
  12. Hansen, A. L., Mukai, K., Schopfer, F. J., Taguchi, T., Holm, C. K. Sting palmitoylation as a therapeutic target. Cellular & Molecular Immunology. 16 (3), 236-241 (2019).
  13. Veit, M. Palmitoylation of virus proteins. Biology of the Cell. 104 (9), 493-515 (2012).
  14. Jiang, H., et al. Protein lipidation: Occurrence, mechanisms, biological functions, and enabling technologies. Chemical Reviews. 118 (3), 919-988 (2018).
  15. Greaves, J., et al. Molecular basis of fatty acid selectivity in the zDHHC family of S-acyltransferases revealed by click chemistry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (8), 1365-1374 (2017).
  16. Gao, X., Hannoush, R. N. A decade of click chemistry in protein palmitoylation: Impact on discovery and new biology. Cell Chemical Biology. 25 (3), 236-246 (2018).
  17. Tsutsumi, R., Fukata, Y., Fukata, M. Discovery of protein-palmitoylating enzymes. Pflügers Archiv – European Journal of Physiology. 456 (6), 1199-1206 (2008).
  18. Roth, A. F., Feng, Y., Chen, L., Davis, N. G. The yeast DHHC cysteine-rich domain protein Akr1p is a palmitoyl transferase. The Journal of Cell Biology. 159 (1), 23-28 (2002).
  19. Lobo, S., Greentree, W. K., Linder, M. E., Deschenes, R. J. Identification of a Ras Palmitoyltransferase in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biological Chemistry. 277 (43), 41268-41273 (2002).
  20. Ohno, Y., Kihara, A., Sano, T., Igarashi, Y. Intracellular localization and tissue-specific distribution of human and yeast DHHC cysteine-rich domain-containing proteins. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular and Cell Biology of Lipids. 1761 (4), 474-483 (2006).
  21. Huang, K., et al. Huntingtin-interacting protein HIP14 Is a palmitoyl transferase involved in palmitoylation and trafficking of multiple neuronal proteins. Neuron. 44 (6), 977-986 (2004).
  22. Drisdel, R. C., Green, W. N. Labeling and quantifying sites of protein palmitoylation. BioTechniques. 36 (2), 276-285 (2004).
  23. Roth, A. F., Wan, J., Green, W. N., Yates, J. R., Davis, N. G. Proteomic identification of palmitoylated proteins. Methods. 40 (2), 135-142 (2006).
  24. Wan, J., Roth, A. F., Bailey, A. O., Davis, N. G. Palmitoylated proteins: purification and identification. Nature Protocols. 2 (7), 1573-1584 (2007).
  25. Martin, D. D. O., et al. Rapid detection, discovery, and identification of post-translationally myristoylated proteins during apoptosis using a bio-orthogonal azidomyristate analog. The FASEB Journal. 22 (3), 797-806 (2007).
  26. Kostiuk, M. A., et al. Identification of palmitoylated mitochondrial proteins using a bio-orthogonal azido-palmitate analogue. The FASEB Journal. 22 (3), 721-732 (2008).
  27. Martin, B. R., Wang, C., Adibekian, A., Tully, S. E., Cravatt, B. F. Global profiling of dynamic protein palmitoylation. Nature Methods. 9 (1), 84-89 (2012).
  28. Yap, M. C., et al. Rapid and selective detection of fatty acylated proteins using ω-alkynyl-fatty acids and click chemistry. Journal of Lipid Research. 51 (6), 1566-1580 (2010).
  29. Hang, H. C., Wilson, J. P., Charron, G. Bioorthogonal chemical reporters for analyzing protein lipidation and lipid trafficking. Accounts of Chemical Research. 44 (9), 699-708 (2011).
  30. Thinon, E., et al. Global profiling of co- and post-translationally N-myristoylated proteomes in human cells. Nature Communications. 5 (1), 4919 (2014).
  31. Charron, G., Wilson, J., Hang, H. C. Chemical tools for understanding protein lipidation in eukaryotes. Current Opinion in Chemical Biology. 13 (4), 382-391 (2009).
  32. Hang, H. C., et al. Chemical probes for the rapid detection of fatty-acylated proteins in mammalian cells. Journal of the American Chemical Society. 129 (10), 2744-2745 (2007).
  33. Heal, W. P., et al. Site-specific N-terminal labelling of proteins in vitro and in vivo using N-myristoyl transferase and bioorthogonal ligation chemistry. Chemical Communications. (4), 480-482 (2007).
  34. Forrester, M. T., et al. Site-specific analysis of protein S-acylation by resin-assisted capture. Journal of Lipid Research. 52 (2), 393-398 (2011).
  35. Brigidi, G. S., Bamji, S. X. Detection of protein palmitoylation in cultured hippocampal neurons by immunoprecipitation and acyl-biotin exchange (ABE). Journal of Visualized Experiments: JoVE. (72), e50031 (2013).
  36. Blanc, M., et al. SwissPalm: Protein palmitoylation database. F1000Research. 4, 261 (2015).
  37. Heal, W. P., Wickramasinghe, S. R., Leatherbarrow, R. J., Tate, E. W. N -Myristoyl transferase-mediated protein labelling in vivo. Organic & Biomolecular Chemistry. 6 (13), 2308-2315 (2008).
  38. Lin, D. T. S., Conibear, E. ABHD17 proteins are novel protein depalmitoylases that regulate N-Ras palmitate turnover and subcellular localization. eLife. 4, 11306 (2015).
  39. Charron, G., et al. Robust fluorescent detection of protein fatty-acylation with chemical reporters. Journal of the American Chemical Society. 131 (13), 4967-4975 (2009).
  40. Alsabeeh, N., Chausse, B., Kakimoto, P. A., Kowaltowski, A. J., Shirihai, O. Cell culture models of fatty acid overload: Problems and solutions. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular and Cell Biology of Lipids. 1863 (2), 143-151 (2018).
  41. Jordan, M., Schallhorn, A., Wurm, F. M. Transfecting mammalian cells: Optimization of critical parameters affecting calcium-phosphate precipitate formation. Nucleic Acids Research. 24 (4), 596-601 (1996).
  42. Martin, B. R., Cravatt, B. F. Large-scale profiling of protein palmitoylation in mammalian cells. Nature Methods. 6 (2), 135-138 (2009).
  43. Gao, X., Hannoush, R. N. Single-cell in situ imaging of palmitoylation in fatty-acylated proteins. Nature Protocols. 9 (11), 2607-2623 (2014).
  44. Muszbek, L., Haramura, G., Cluette-Brown, J. E., Cott, E. M. V., Laposata, M. The pool of fatty acids covalently bound to platelet proteins by thioester linkages can be altered by exogenously supplied fatty acids. Lipids. 34, 331-337 (1999).
  45. Brett, K., et al. Site-specific S-Acylation of influenza virus hemagglutinin. The location of the acylation site relative to the membrane border is the decisive factor for attachment of stearate. Journal of Biological Chemistry. 289 (50), 34978-34989 (2014).
  46. Shieh, P., et al. CalFluors: A universal motif for fluorogenic azide probes across the visible spectrum. Journal of the American Chemical Society. 137 (22), 7145-7151 (2015).
  47. Pelletier, A. R., et al. MealTime-MS: A machine learning-guided real-time mass spectrometry analysis for protein identification and efficient dynamic exclusion. bioRxiv. , 110726 (2020).
  48. Gao, X., Hannoush, R. N. Method for cellular imaging of palmitoylated proteins with clickable probes and proximity ligation applied to Hedgehog, tubulin, and Ras. Journal of the American Chemical Society. 136 (12), 4544-4550 (2014).

Tags

Alkynyl Fatty Acid AnalogsClick ChemistryFatty Acylated ProteinsFatty Acid LabelingMetabolic LabelingHEK-293 T-cellsBSA-bound Fatty AcidsSaponificationPotassium HydroxideFatty Acid-free BSA

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Liao, L. M. Q., Gray, R. A. V., Martin, D. D. O. Optimized Incorporation of Alkynyl Fatty Acid Analogs for the Detection of Fatty Acylated Proteins using Click Chemistry. J. Vis. Exp. (170), e62107, doi:10.3791/62107 (2021).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image