우리는 여기에서 식물 단백질 복합체의 정제 및 특성에 대한 프로토콜을 설명합니다. 우리는 단지 내에 하나의 단백질을 immunoprecipitating에 의해, 그래서 우리는 그것의 번역 후 변형과 상호 작용하는 파트너를 식별 할 수있는 것을 보여줍니다.
식물은 인식을 정교로 인한 환경 변화 및 시스템 신호에 신속하게 적응. 병원체 공격하는 동안, 식물이 빠르게 면역 복합체의 모집 및 활성화를 통해 감염에 반응한다. 면역 복합체의 활성화는 이러한 인산화, 당화, 또는 유비퀴틴 같은 단백질의 번역 후 변형 (PTMS)와 연결되어 있습니다. 이러한 PTMS가 안무하는 방법을 이해하는 것은 저항을 달성하는 방법의 더 나은 이해로 이어질 것입니다.
여기에서 우리는 염기 결합 류신이 풍부한 반복 (NB-LRR) – 상호 작용하는 단백질을 자신의 번역 후 변형 (PTMS)의 후속 식별을위한 단백질 정제 방법을 설명합니다. 작은 변형으로, 프로토콜은 다른 식물 단백질 복합체의 정제에 적용될 수있다. 이 방법은 이후에 부분적으로 정제 관심의 단백질, B의 에피토프 태그 버전의 표현을 기반으로Y의 면역과 상호 작용하는 단백질과 PTMS의 식별을위한 질량 분석을 실시.
이 프로토콜은 그 방법을 보여줍니다 : I). 이러한 인산화 등 PTMS의 동적 변경은 질량 분석법에 의해 검출 될 수 있으며, II). 그것은 또한 단백질의 충분한 양을 가지고, 이것은 면역 침전의 순도의 부족을 보상 할 수있는 것이 중요하다; III). 또한 단백질의 PTMS을 검출하기 위해,이 단백질은 단백질의 충분한 양을 얻을 면역 침전되어야한다.
면역 경로를 신속하게 신호를 형질 도입 및 면역 반응 1을 활성화하는 단백질의 다양한 번역 후 변형 (PTMS)에 의존하고 있습니다. PTMS 단백질 형태, 활성, 안정성, 지역화 및 단백질 – 단백질 상호 작용에 영향을 미칠 수있는 2-4 단백질 구조의 급속한 리버시블, 높은 특정 화학 변화이다. 식물에서 PTMS의 300 개 이상의 종류가 유비퀴틴, sumoylation, 황산, 당화 및 인산화 2,5 등의 확인되었습니다. 증거의 성장 몸은 식물 면역 1,5,6의 다양한 측면에 PTMS의 중요성을 강조한다. 단백질 인산화는 세린에 인산염 그룹의 가역 첨부, 트레오닌 또는 티로신 잔류 물은 많은 세포 기능의 조절과 당연히 가장 높은 폭포에게 5-11 신호 식물 방어에 PTM을 공부했다. 인산화에 의존하는 신호는 식물 defe의 중요한 부분입니다NSE 활성화는 멀티 도메인 저항 단백질 5,8로 횡단 수용체에 의해 미생물의 세포인지, 또는 세포 내 인식 한 후 시작했습니다.
식물에 침입하면, 미생물은 패턴 인식 수용체 (PRRS) 12이라고 세포막 수용체에 의해 검출된다. 알려진 PRRS는 수용체와 같은 단백질 (RLPs) 또는 수용체 같은 키나제 (RLKs), 두 리간드 결합 ectodomain 들고와 싱글 패스 (single-pass) 횡단 도메인이 있습니다. RLPs 달리 RLKs는 세포 내 키나아제 도메인을 가지고 13-15. PRRS의 ectodomain는 RLKs의 경우, 세포 내 도메인 6, 16 내 인산화 및 transphosphorylation에, 병원체 – 관련 분자 패턴 (PAMPS) 선도라는 보존 된 미생물 elicitor 분자에 결합한다. PRRS의 인식에 의한 인산화의 하류, 키나제 (17)를 포함하여 세포질 단백질의 인산화 이후, </su> 18 (P)는, E3 19 리가 제, 미토 겐 활성화 단백질 키나제 (MAPKs) 20, 21, 칼슘 – 의존성 단백질 키나제 (CDPK) PAMP 트리거 내성 (PTI) 22, 23, 전사 24 요인 25 리드.
PRRS에 의한 세포 인식 이외에, 병원체의 세포 인식은 세포질 수용체를 통해 달성된다. 이러한 멀티 도메인 저항 (R) 단백질이 변수 N-말단 도메인, 중앙 염기 결합 (NB) 모티브, 및 C-말단 류신 – 풍부 반복 (LRR)가 포함되어 있으므로 NB-LRR 단백질 (26, 27)라고. R 단백질이 직접 또는 간접적으로 또한 PRRS 및 면역 시스템의 다른 노드를 대상으로 공지 된 음향이라는 병원체 유래 독성 분자를 인식한다. 인식 이펙터 트리거 면역 (ETI) 28 ~ 31에 이르는 강력한 방어를 유도한다. NB-LRR 단백질은 requisi있을테 NB 도메인 (30, 32)에서 모티브를 ATP 결합하지만, 그들은 키나제 도메인이 부족합니다. NB-LRRs의 보존 된 도메인의 인산화는 대규모 프로테오믹스 조사 (33)에보고되었지만, ETI 대한 관련성은 명확하지 않다. 마찬가지로 PTI에, NB-LRR 단백질의 활성화는 MAPKs 34 ~ 37과 38 ~ 40 CDPKs 등의 세포질 단백질의 인산화에 이르게한다. 가장 중요한 것은, 음향 인식은 NB-LRR 단백질 (41)와 직접 상호 작용 액세서리 단백질의 인산화로 이어질 수 있습니다. 몇 가지 예는 NB-LRR 단백질과 상호 작용하는 단백질을 RIN4 (애기 장대)과 PTO (토마토, 까 lycopersicum)를 포함, RPM1 (42), (43)와 각각 같은 Prf 44. 모나스 syringae 세균에 의한 감염 동안, 이펙터 단백질 AvrB는 수용체 같은 키나제 RIPK (45)에 의해 대부분, RIN4 인산화를 유도 <sup> 46. 이와 유사하게, 토마토의 P. syringae는은 AvrPto 및 AvrPtoB은 PTO (47)의 인산화를 유도 이펙터. 키나아제 도메인이 결여 및 트랜스 – 인산화이어야 RIN4 달리, PTO는 자동 인산화 (48)과 기판 (49), (50)의 트랜스 – 인산화 가능한 활성 키나아제이다. PTO는 신호의 음향 의존 개시에 대한 키나제 활성을 필요로하지만, 키나제 죽은 PTO 돌연변이는 여전히 음향 독립적 인 방법 (51)에 신호 할 수 있습니다. 우리는 최근 같은 Prf / PTO의 복잡한 여러 같은 Prf을 포함, 올리고머이며, PTO (52) 분자와 같은 단지 내 PTO 분자는 47 서로 트랜스 – 인산화 할 수 있다는 것을 보여줌으로써 이러한 관측을 설명했다. 우리는 PTO (센서)의 한 분자가 다시 두 번째 PTO 분자 (도우미) 기지를 활성화하는 NB-LRR 단백질 (같은 Prf)로 형태 변화를 일으키는 원인이되는 이펙터 단백질과 상호 작용하는 모델을 제안복잡한 힌. 그 후, 도우미 PTO는 분자 센서 PTO 복잡한 저항 (47)의 전체 활성화에 선도적 인 트랜스 – 인산화.
이러한 예는 이펙터의 인식 시점에 면역 복합체 구성 요소와 잠재적 PTMS의 식별 신호가 다운 스트림 대상에 이펙터 인식에서 형질 도입하는 방법의 더 나은 이해로 이어질 수 있다는 것을 보여줍니다. 여기에서 우리는 NB-LRR 상호 작용하는 단백질과 그들의 PTMS의 후속 식별을위한 단백질 정제 방법을 설명합니다. 우리 모델로는 담배 benthamiana 및 토마토 같은 Prf / PTO 착체를 사용하지만, 동일한 프로토콜 간단 N. RLKs에서 적용 할 수있다 benthamiana와 A. 작은 수정을 장대 (53) 우리는 프로토콜 내에서 기술하는.
PAMPS과 음향에 의해 수용체 활성화의 메커니즘을 해명하는 식물 면역에 대한 우리의 이해에 크게 기여할 수있다. 지난 20 년 동안, 유전과 효모 두 하이브리드 화면은 PRRS와 NB-LRR 단백질의 발견을위한 수단이되고있다. 더 최근에, 질량 분석 기반 프로토콜은 55-58 시그널링 면역 그들의 PTMS 11,33,59,60 중에 차등 조절 단백질의 식별을 위해 설립 된, 면역 복합체 (61)와 음향의 조성물 (62)을 목표로한다. 여기에서 우리는 면역 복합체의 활성화를 조절 PTMS의 식별을위한 간단한 프로토콜을 설명합니다.
앞서 설명한 프로토콜과 비교하여, 프로토콜 PTMS의 동적 변화의 상세한 식별을 허용한다. 대규모 단백질 체학 접근 방식의 프로토콜은 단백질의 PTMS을 확인하지만 제한으로 인해 PTMS의 사이트 가소성을 공개 할 수없는 수ED는 단백질의 양은. 단백질 인산화의 경우, 대규모 프로테오믹스 접근법은 전형적으로 우세한 인산화 사이트 11,33,59 식별. 단백질 인산화 상태의 상세한 특성화는 목적 단백질의 정제 (47)의 부분을 통해 얻어 질 수있는 단백질의 상당한 양을 필요로한다. 프로토콜은 정제 된 단백질의 질량 분광법 분석으로, 커플 코코 표적 단백질의 상당한 양을 산출 단백질 정제 방법을 설명했다. 이 프로토콜에 따라, PTO의 단일 인산화 이벤트는 이전에 52 설명한대로 빼앗아-198에 주로 기인하지만, 일부 질량 분석 스펙트럼은 THR-195 또는 THR-199에 대한 하나의 인산화 이벤트를 지원했다. PTO의 이중 인산화 이벤트를 관찰 할 때 다른 사이트에 조합도 관찰되었다하더라도, 인산화 아미노산의 주된 조합 (SER-198과 THR-199이었다표 1). 이러한 결과는 명확 단백질 키나제의 인산화 사이트 가소성 및 세부에서 모든 가능한 인산화 사이트의 특성을 설명하는 프로토콜의 능력을 보여준다.
이 프로토콜의 가장 중요한 단계는 다음과 같습니다 : 단백질의 1) 충분한 추출, PTMS 2) 보호하고, 목적 단백질의 3) 충분한 양의. 우선, 단백질의 충분한 추출을 위해, 그것은 액체 질소에서 조직을 분쇄하고이어서 프로토콜에 설명 된대로 조직 균질화기를 사용하는 것이 중요하다. 조직의 균질화를 사용할 수없는 경우, 박격포와 유 봉 사용할 수 있습니다. 그것은 세 (또는 네) 추출 완충액 용적에 조직의 그램의 하나의 비를 사용하는 것 또한 중요하다. 비와 우리가 제안 고강도 버퍼를 버퍼링이 조직은 pH가 추출 과정 동안 중립 남아 있는지 확인한다. 우리는이 A.를 위해 특히 중요하다 발견 장대, 토마토 추가ctions 52. PTMS 보호는 모든 버퍼 PTMS를 제거하는 효소의 적절한 억제제에 포함시킴으로써 달성 될 수있다. 그것은 4 ° C에서 모든 단계를 수행하고 버퍼와 악기를 prechill하는 것이 중요합니다. 목적 단백질의 높은 수율은 충분한 양의 단백질을 발현하는 식물을 이용하여 조직 (약 20 g)의 많은 양을 사용함으로써 달성 될 수있다. 표적 단백질의 충분한 양을 획득하기위한 가장 중요한 단계는 직접 면역 침전에 의해 목적 단백질을 농축한다. 이 단계의 중요성으로 인해 coimmunoprecipitated PTO (그림 2B)의 제한된 양을 PRF 면역 후 PTO의 PTMS를 확인하는 우리의 실패에 의해 강조된다. 대조적으로, PTO의 직접적인 면역는 단백질 서열 및 PTMS (표 1)의 식별의 약 80 % 범위에 이르는 실질적으로 추가 측정 펩티드 (도 2c)를 수득 하였다. 우리는 또한 성rongly 단백질 면역에 대한 에피토프 태그의 사용을 추천합니다. 기본 단백질 에피토프 태그 친 화성 기질에 대해 제기 항체에 비해 부분적으로 정제 된 단백질의 높은 금액을 얻을 수 있습니다. 면역에 대한 기본 PTO 단백질 51 (그림 2A)에 대해 제기 항체를 사용하여, 우리는 PTO의 두 가지 주된 인산화 사이트의 단지 하나의 인산화를 식별 할 수 있었다.
이 프로토콜은 주로 N.의 부분 정제 개발되었다 benthamiana 세포질 단백질과 그들의 인산화 사이트의 후속 식별. 그러나, 본원에 기술 된 변형을 사용하여,이 프로토콜 A. 쉽게 적응 될 수있다 장대 단백질과 막 결합 단백질. 이 프로토콜의 주요 목적은 PTMS의 식별을위한 표적 단백질의 충분한 양을 수득하고 복합체의 높은 순도를 달성 할 수 없습니다. 만약 더 높은 순도복합체가 필요한 정제의 제 2 단계 (52)는이 프로토콜에 부가 될 수있다. 그 경우, 첫 번째 단계는 가혹한 용출 조건을 요구하는 높은 염 또는 산의 사용 및 후속 단계없이 친 화성 기질로부터 목적 단백질의 용출이 행렬을 수반 할 수있다. 그것은 우리가 단지 인산화 사이트의 식별을 위해이 프로토콜을 시험하고 우리는 현재 추가 PTMS의 자세한 식별 능력을 테스트하고 있다는 것을 강조하는 것이 중요하다.
우리의 대표적인 결과가 명확 단백질 키나제의 인산화 사이트 가소성 및 인산화 사이트의 특성을 설명하는 프로토콜의 능력을 보여준다. 가장 중요한 것은, 그들은 질량 분석에 의해 자동 인산화 사이트의 하나의 점 돌연변이에 의해 단백질의 적은 양에 의존하는 인산화 사이트의 식별이 혼란 결과를 얻을 수 있다는 것을 강조. 우리는 여기에서 이전에 보여 47 </sup> 빼앗아-198과 THR-199 PTO의 이중 인산화는 같은 Prf / PTO 단지의 활성화와 연결되어 있습니다. 반면, 이전에 발행 된 결과 47,63가 빼앗아-198과 THR-199의 단일 점 돌연변이 (point mutation)가 복잡한 활성화를위한 전제 조건이 사이트의 인산화를 제안 신호 할 수있다,이 사이트에 인산화되지 않도록하는, 알라닌하는 것으로 나타났습니다 . 이 결과는 지금 차 사이트의 Thr-195의 인산화에 의해 설명 될 수있다. 다른 단백질 키나아제의 인산화 사이트 가소성에 비슷한 통찰력이 프로토콜 다음을 얻을 수있다. 또한, 인산화 사이트를 사용하여 결합 방법은 돌연변이, 단백질 키나아제의 인산화 사이트 가소성의 진화 의미의 더 나은 이해로 이어질 것입니다 단백질의 면역 및 질량 분석 분석과 함께 특정 키나제 (음향)를 억제 할 수있는 단백질을 가리 킵니다.
The authors have nothing to disclose.
VN은 왕립 학회에 의해 지원됩니다. JPR은 호주 연구위원회 미래 연구원 (FT0992129)입니다. 우리는 비판적으로 원고를 읽는 박사 미리 암 포드 감사합니다.
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 |