我们在这里描述的一个协议,用于植物蛋白质复合物的纯化和表征。我们证明了在一个复杂的免疫沉淀一个单一的蛋白质,这样我们就可以识别其翻译后修饰及其相互作用的合作伙伴。
植物迅速适应不断变化的原因阐述感知环境和信号系统。在病原体攻击,植物迅速感染通过免疫复合物的募集和活化反应。免疫复合物激活与翻译后修饰的蛋白质(翻译后修饰),如磷酸化,糖基化,泛素化或关联。了解如何将这些翻译后修饰被编排将导致一个更好地了解如何电阻实现的。
这里我们描述了核苷酸结合富含亮氨酸的重复序列(NB-LRR)相互作用蛋白和随后的鉴定及其翻译后修饰(翻译后修饰)的蛋白质纯化方法。小的修改,该协议可应用于其它植物蛋白质复合物的纯化。该方法是基于对所关注的蛋白,它随后被部分纯化的B的表位标记的版本的表达Ý免疫沉淀,并进行质谱分析鉴定相互作用的蛋白质和翻译后修饰的。
该协议表明:i)条。在翻译后修饰,如磷酸化的动态变化可以通过质谱法进行检测;ⅱ)。有足够数量的感兴趣的蛋白质,这可以补偿缺乏的免疫沉淀物的纯度是很重要的;ⅲ)。为了检测目的蛋白质的翻译后修饰,这种蛋白质具有将免疫沉淀,以获得蛋白质的足够量。
免疫途径依赖于蛋白质的各种翻译后修饰(翻译后修饰),以迅速地转导信号并激活免疫应答1。翻译后修饰是蛋白质结构的快速,可逆的,高度特异性的化学变化,可以影响蛋白质的构象,活性,稳定性,定位,和蛋白质-蛋白质相互作用2-4。在植物中,超过300种翻译后修饰已经确定,包括泛素化,SUMO化,硫酸化,糖基化和磷酸化2,5。越来越多的证据机身凸显翻译后修饰在植物免疫1,5,6的不同方面的重要性。蛋白质的磷酸化,可逆附着一个磷酸基团的一个丝氨酸,苏氨酸或酪氨酸残基是许多细胞功能的调节,而不是令人惊讶的最高度研究PTM在植物防御信号级联5-11。磷酸化依赖的信号是植物防卫厅的一个组成部分微生物胞外感知由跨膜受体,或细胞内承认多结构域蛋白质阻力后5,8化酶激活启动。
根据入侵植物,微生物是通过质膜受体称为模式识别受体(的PRRs)12进行检测。已知的PRR要么是受体样蛋白(RLPS)或受体样激酶(类受体蛋白激酶),两者都携带一个配体结合胞外域和一个单一的跨膜结构域。在对比RLPS,类受体蛋白激酶具有胞内激酶结构域13-15。模式识别受体的胞外域结合的保守微生物诱发剂分子,称为病原体相关分子模式(PAMP)的领导,在类受体蛋白激酶的情况下,向细胞内结构域6,16内的自身磷酸化和磷酸转移。下游猪蓝耳病感知诱导磷酸化,胞质蛋白激酶包括17以后的磷酸化, </suP> 18,E3连接酶19,有丝分裂原活化蛋白激酶(系)20,21,钙依赖性蛋白激酶(CDPK)22,23,和转录因子24,25导致PAMP触发免疫(PTI)。
除了细胞外感知通过模式识别受体,细胞内识别病原体通过细胞质受体的实现。这些多域的电阻(R)的蛋白质包含一个可变的N-末端结构域,中央核苷酸结合(NB)基序,和C-末端富含亮氨酸的重复序列(LRR),因此被称为NB-LRR蛋白26,27。 R蛋白直接或间接地识别来源于病原体的毒力的分子,称为效应器,也被称为目标的PRR和免疫系统的其他节点。识别引起强烈抗辩,导致效应触发免疫(ETI)28-31。 NB-LRR蛋白具有requisiTE ATP结合基序的NB域30,32内,但他们缺乏一个激酶结构域。 NB-外LRRs的保守结构域的磷酸化已经报道在大规模蛋白质组调查33,但其为ETI相关性还不清楚。同样以公共交通交汇处,激活NB-LRR蛋白导致磷酸化细胞质蛋白包括的MAPK 34-37和38-40 CDPK基因的。最重要的是,效应识别可导致磷酸化的辅助蛋白直接相互作用与NB-LRR蛋白41。一些例子包括RIN4( 拟南芥 )和PTO(番茄,茄lycopersicum)与NB-LRR蛋白相互作用的蛋白质,RPM1 42,43和44的Prf分别。在感染野火病菌的效应蛋白AVRB RIN4诱导磷酸化,最有可能的受体类激酶RIPK 45, <sup> 46。同样,在番茄的P。丁香效应AvrPto和AvrPtoB诱导磷酸化的Pto 47。在对比RIN4它缺乏一个激酶结构域,且必须反式磷酸化,PTO处于能够自动磷酸化48和反式磷酸化底物49,50的有效激酶。而PTO要求其对信号的效应依赖的启动激酶活性,激酶死亡突变的Pto仍然能以效应无关的方式51的信号。最近,我们通过证明的PRF /复杂的Pto低聚,包含多个的Prf和PTO分子52,并且在同一个复杂分子的Pto可以跨磷酸对方47解释了这些意见。我们提出了一个模型,其中PTO(传感器)的一个分子与效应蛋白相互作用,引起构象变化到NB-LRR蛋白(PRF),反过来激活第二的Pto分子(帮手)机智欣复杂。随后,辅助分子的Pto反式磷酸化传感器的Pto通向电阻复杂47的完全活化。
这些例子表明,免疫复合部件及其潜在翻译后修饰后效应器识别的识别可导致更好地理解信号如何从效应器感知导至下游目标。在这里,我们描述了NB-LRR型相互作用的蛋白质和随后的鉴定及其翻译后修饰的蛋白质纯化方法。我们用本氏烟草和番茄PRF /复杂的Pto作为一个模型,但是相同的方案可以很容易地被应用到类受体蛋白激酶从N。本生和A.拟南芥 53小的修改,因为我们在协议中说明。
通过的PAMP和效应阐明受体激活的机制,可以极大地促进我们的植物免疫力的理解作出贡献。在过去的20年中,基因和酵母双杂交筛选是有助的蓝耳病和NB-LRR蛋白的发现。最近,基于质谱的协议已经建立了蛋白质的免疫信号55-58,其翻译后修饰11,33,59,60中差异调节的鉴定,免疫复合物61和效应的组合物的目标62。这里,我们描述一个简单的协议,用于翻译后修饰调节免疫复合物的活化的鉴定。
与前面所述的协议相比,该协议允许的翻译后修饰的动态变化的详细鉴定。大规模的蛋白质组方法的协议可以识别蛋白质的翻译后修饰,但不能够揭示由于限制了翻译后修饰的位点可塑性编辑的蛋白质。在蛋白质磷酸化的情况下,大型蛋白质组学方法通常只能识别的主要磷酸化位点11,33,59。的蛋白的磷酸化状态的详细的表征需要的蛋白质,可以仅通过目标蛋白47的部分纯化获得大量。在这里描述的协议伴侣的蛋白纯化方法,得到了目的蛋白的大量,用纯化的蛋白质的质谱分析。根据这一协议山口的单磷酸化事件主要归因于丝氨酸198,如前所述52,但有些质谱谱图也支持苏-195或Thr-199单磷酸化事件。当观察到的PTO双磷酸化,磷酸化氨基酸的主要组合为丝氨酸198和Thr-199虽然也观察到在其他网站组合(表1)。这些结果清楚地表明蛋白激酶的磷酸化位点的可塑性和所描述的协议,以在细节所有可能的磷酸化位点的特征的能力。
该协议中最关键的步骤是:蛋白质1)足够的提取; 2)保护翻译后修饰的,和靶蛋白3)足够量。首先,对蛋白质的充分萃取,研磨的组织在液氮中,并随后在协议中所描述的是使用组织匀浆器是很重要的。如果组织匀浆器不可用时,用研钵和研杵都可以使用。同样重要的是要使用一个的比率,以三(或四)的克组织的提取缓冲液体积。这个组织以缓冲和比率,我们建议的高强度缓冲液将确保该pH值将在提取过程中保持中立。我们发现,这是特别重要的为A。拟南芥和番茄额外ctions 52。保护翻译后修饰可通过包括在所有的缓冲区酶,可以除去翻译后修饰的合适的抑制剂来实现。同样重要的是要执行的所有步骤在4℃和预冷的缓冲液和仪器。靶蛋白的产量更高,可以通过使用植物表达该蛋白质以足够的量,并通过使用高含量的组织(约20g)来实现。为获得足够数量的靶蛋白的最关键的一步是通过直接免疫沉淀浓缩靶蛋白。这一步的意义是由我们失败的Prf免疫沉淀后,以确定的PTO翻译后修饰,由于共沉淀PTO( 图2B),数量有限高亮显示。与此相反,的PTO直接免疫沉淀,得到实质上更多可测量的肽( 图2C),导致约80%的覆盖率的蛋白质序列和翻译后修饰鉴定( 表1)中的。我们还STrongly推荐使用表位标记的蛋白免疫沉淀。在比较了针对天然蛋白表位标记亲和基质抗体可产生更高的金额部分纯化的蛋白质。使用针对的免疫原生蛋白质的Pto 51( 图2A)的抗体,我们能够确定的PTO两个主要的磷酸化位点只有单一的磷酸化。
这个协议主要被开发用于N的部分纯化本生胞浆蛋白和随后的鉴定及其磷酸化位点, 但使用本文描述的修改,该协议可以很容易地适应A。拟南芥蛋白和膜结合蛋白。这个协议的主要目的是,得到足够量的靶蛋白的翻译后修饰进行的识别,而不是实现复杂的最高纯度。如果需要更高纯度是必需的复杂的提纯的第二步骤可以被添加到这个协议52。在这种情况下,第一步骤将允许从无需使用高盐或酸的和随后的步骤中的亲和基质洗脱目标蛋白,就可能需要一个矩阵,它要求苛刻的洗脱条件。需要强调的是,我们只测试了这个协议的磷酸化位点的鉴定和我们目前正在测试其能力的额外翻译后修饰细节识别是很重要的。
我们的代表结果清楚地表明蛋白激酶的磷酸化位点的可塑性和所描述的协议来表征磷酸化位点的能力。最重要的是,他们强调的是识别磷酸化位点通过质谱法和通过自动磷酸化位点的单个点突变依赖于蛋白质的低量的可给予混淆的结果。我们在这里展示和先前47 </sup>的PTO上丝氨酸-198和Thr-199是双磷酸化与PRF /的Pto复合物的活化相关联。相比之下,以前的发布结果47,63表明,丝氨酸198和Thr-199的单点突变为丙氨酸,能防止磷酸化在这些网站上,有能力的信号表明这些网站的磷酸化是不复杂的激活的先决条件。这些结果现在可以通过磷酸化的辅助站点的Thr-195的解释。类似的洞察其他蛋白激酶的磷酸化位点的可塑性可以按照此协议来获得。此外,使用磷酸化位点相结合的办法点突变,蛋白质,可以抑制特定的蛋白激酶(效应物)结合蛋白免疫沉淀和质谱分析将导致一个更好的了解蛋白质激酶的磷酸化位点的可塑性的进化意义。
The authors have nothing to disclose.
VN是由英国皇家学会的支持。 JPR是澳大利亚研究理事会未来研究员(FT0992129)。我们感谢仪吉福德博士批判地阅读手稿。
MgCl2 | Sigma | M8266 | |
MES | Sigma | M8250 | |
Acetosyringone | Sigma | D134406 | toxic – 1 M stock in DMSO |
Syringe 1mL sterile | Terumo | ||
Syringe needle | Terumo | NN-2525R | |
Silwet L-77 (surfactant) | Lehle Seeds | VIS-01 | toxic |
MG-132 (Z-Leu-Leu-Leu-al) | Sigma | C2211 | 1 M stock in DMSO, store at -80 °C |
MS salts | Sigma | M5524 | oxidizing, toxic |
Sucrose | Sigma | 16104 | |
Trizma base | Sigma | T1503 | adjust pH with 1 N HCl to make 1 M Tris-HCl buffer |
NaCl | Sigma | S3014 | 5 M stock |
EDTA | Sigma | E6758 | toxic – 0.5 M stock |
EGTA | Sigma | E4378 | |
Glycerol | National Diagnostics | EC-606 | |
IGEPAL CA-630 | Sigma | I8896 | corrosive |
PVPP (polyvinylpolypyrrolidone) | Sigma | P5288 | do not confuse with PVP |
DTT (DL-dithiothreitol) | Sigma | 43815 | toxic – 1 M stock, store at -20 °C |
Plant protease inhibitor cocktail | Sigma | P9599 | do not freeze/thaw too many times |
PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride) | Sigma | P7626 | corrosive, toxic |
Calyculin A | Cell Signaling Technology | 9902 | |
Sodium Fluoride (NaF) | Sigma | S7920 | toxic – 1 M stock |
Sodium Molybdate (Na2MoO4) | Sigma | S6646 | 0.5 M stock |
Sodium orthovanadate (Na3VO4) | Sigma | 450243 | toxic – Prepare a 200 mM solution of sodium orthovanadate. Adjust the pH to 10.0 using either 1N NaOH or 1N HCl. The starting pH of the sodium orthovanadate solution may vary with lots of the chemical. At pH 10.0 the solution will be yellow. Boil the solution until it turns colorless (approximately 10 minutes). Cool to room temperature.Readjust the pH to 10.0 and repeat steps 3 and 4 until the solution remains colorless and the pH stabilizes at 10.0. |
Okadaic acid | Santa Cruz Biotechnology | sc-3513 | |
Kinematica Polytron tissue homogeniser | Fisher Scientific | 08-451-320 | |
Miracloth | Merck Millipore | 475855-1R | |
anti-FLAG M2 agarose | Sigma | A2220 | this matrix is recommended |
Streptavidin-agarose | Thermo-Scientific | 20347 | this matrix is recommended |
GFP-Trap_A | Chromotek | gta-20 | this matrix is recommended |
Anti-HA-Agarose | Sigma | A2095 | this matrix is recommended |
0.45 μm filter | VWR | 513-1902 | |
BSA | Sigma | A7906 | |
FLAG peptide | Sigma | F3290 | |
D-biotin | Sigma | 47868 | |
StrataClean resin | Agilent | 400714 | this absorption resin is recommended for protein precipitation |
Mini-PROTEAN Tetra Cell | Biorad | ||
PROTEAN II XL Cell | Biorad | ||
SimplyBlue SafeStain | Invitrogen | LC6060 | this stain is recommended |
Protein low-binding tubes (LoBind) | Eppendorf | 0030 108.116 | these tubes are recommended |
Ammonium bicarbonate (ABC) | Sigma | 9830 | toxic |
Acetonitrile | VWR | 83639 | toxic, flammable |
2-chloroacetamide | Sigma | 22790 | toxic |
Trypsin | Promega | V5280 | irritant, sensitizing |
Formic acid | Sigma | 14265 | toxic, corrosive |
Water-bath sonicator | Ultravawe | Ultra BT Ultrasonic Bath | |
LTQ-Orbitrap XL | Thermo-Scientific | ||
Trichostatin A | Sigma | T8552 | toxic |