내인성 초파리 일시적인 수용체 잠재적 채널의 정제
Summary
INAD 단백질 복합체의 조립 메카니즘에 기초하여, 이 프로토콜에서, 내인성 초파리 TRP 채널을 정제하기 위해 변형된 친화성 정제 플러스 경쟁 전략이 개발되었다.
Abstract
초파리 광형질도입은 가장 빠르게 알려진 G 단백질 결합 신호전달 경로 중 하나이다. 이 캐스케이드의 특이성과 효율을 보장하기 위해, 칼슘 (Ca2+)-투과성 양이온 채널, 일시적 수용체 전위 (TRP)는 스캐폴드 단백질에 긴밀하게 결합하고, 불활성화-불활성화-무-전위 D(INAD), 그리고 눈 특이적 단백질 키나아제 C(ePKC) 및 포스포리파제 Cβ/No 수용체 전위 A(PLCβ/NORPA)와 함께 큰 신호전달 단백질 복합체를 형성한다. 그러나 초파리 TRP 채널의 생화학 적 특성은 불분명하다. INAD 단백질 복합체의 조립 메카니즘에 기초하여, 내인성 TRP 채널을 정제하기 위해 변형된 친화성 정제 플러스 경쟁 전략이 개발되었다. 먼저, 정제된 히스티딘 (His)-태깅된 NORPA 863-1095 단편을 Ni-비드에 결합시키고, 초파리 머리 균질물로부터 내인성 INAD 단백질 복합체를 끌어내리기 위한 미끼로 사용하였다. 이어서, 과량의 정제된 글루타티온 S-트랜스퍼라제 (GST)-태깅된 TRP 1261-1275 단편을 TRP 채널과 경쟁하기 위해 Ni-비드에 첨가하였다. 마지막으로, 상청액 내의 TRP 채널을 크기 배제 크로마토그래피에 의해 과도한 TRP 1261-1275 펩티드로부터 분리하였다. 이 방법은 생화학 적 및 구조적 각도 모두에서 초파리 TRP 채널의 게이팅 메커니즘을 연구 할 수있게합니다. 정제된 초파리 TRP 채널의 전기생리학적 특성은 또한 미래에 측정될 수 있다.
Introduction
광전달은 흡수된 광자가 뉴런의 전기 코드로 변환되는 과정입니다. 그것은 독점적으로 척추 동물과 무척추 동물 모두에서 옵신과 다음 G 단백질 결합 신호 전달 캐스케이드를 전달합니다. 초파리에서, 그의 다섯 PDZ 도메인을 사용하여, 스캐폴드 단백질 불활성화-없음-사후 전위 D(INAD)는 일시적인 수용체 전위(TRP) 채널, 포스포리파제 Cβ/No 수용체 전위 A(PLCβ/NORPA) 및 눈 특이적 단백질 키나아제 C(ePKC)1로 구성된 초분자 신호전달 복합체를 조직한다. 이 초분자 신호 복합체의 형성은 Drosophila 광전달 기계의 정확한 세포 내 국소화, 고효율 및 특이성을 보장합니다. 이 복합체에서 빛에 민감한 TRP 채널은 NORPA의 하류 이펙터 역할을하며 칼슘 유입과 광수용체의 탈분극을 매개합니다. 이전의 연구는 초파리 TRP 채널의 개방이 양성자, 국소 지질 환경의 파괴 또는 기계적 힘 2,3,4에 의해 매개된다는 것을 보여주었습니다. 초파리 TRP 채널은 또한 calmodulin 5와 상호 작용하며 긍정적 인 피드백과 부정적인 피드백 6,7,8 모두에 의해 칼슘에 의해 변조됩니다.
지금까지 초파리 TRP 및 TRP 유사 (TRPL) 채널의 게이팅 메커니즘에 대한 전기 생리학 연구는 절제된 막 패치, 해리 된 야생형 초파리 광수용체로부터의 전체 세포 기록 및 S2, SF9 또는 HEK 세포 2,9,10,11,12,13의 헤테로 발현 채널을 기반으로했지만 정제 된 채널에서는 그렇지 않았습니다. 전장 초파리 TRP 채널의 구조 정보도 불분명하다. 재구성된 막 환경에서 정제된 단백질의 전기생리학적 특성을 연구하고 전장 초파리 TRP 채널의 구조적 정보를 얻기 위해, 정제된 전장 TRP 채널을 얻는 것은 포유동물 TRP 채널 연구14,15,16,17에서 사용된 방법론과 유사한 첫 번째 단계이다.
최근에, INAD 단백질 복합체18,19,20의 조립 메카니즘에 기초하여, 스트렙타비딘 비드5에 의해 초파리 머리 균질물로부터 TRP 채널을 정제하기 위해 친화성 정제 플러스 경쟁 전략이 처음 개발되었다. 스트렙타비딘 비드의 낮은 용량과 비싼 비용을 고려하여, His-태깅된 미끼 단백질과 훨씬 더 높은 용량의 상응하는 저가의 Ni-비드를 사용하는 개선된 정제 프로토콜이 여기에 도입된다. 제안된 방법은 구조적 각도에서 TRP 채널의 게이팅 메카니즘을 연구하고 정제된 단백질로 TRP 채널의 전기생리학적 특성을 측정하는 데 도움이 될 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
다섯 개의 PDZ 도메인을 포함하는 INAD는 초파리 광전달 기계의 핵심 조직자입니다. 이전의 연구는 INAD PDZ3이 절묘한 특이성(KD = 0.3 μM)18을 갖는 TRP 채널 C 말단 꼬리에 결합한다는 것을 보여주었다. INAD PDZ45 탠덤은 매우 높은 결합 친화도(KD = 30 nM)를 갖는 NORPA 863-1095 단편과 상호작용한다. 이러한 발견은 친화성 정제와 경쟁 전략을 설계하기 위한 견고한 생화?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (제 31870746 호), 심천 기본 연구 보조금 (JCYJ20200109140414636) 및 중국 광동성 자연 과학 재단 (No. 2021A1515010796)이 W. L. L. 이 원고를 준비하는 동안 언어 적 도움을 주신 LetPub (www.letpub.com)에게 감사드립니다.
Materials
| Bacterial strains | |||
| BL21(DE3) Competent Cells | Novagen | 69450 | Protein overexpression |
| Experiment models | |||
| D.melanogaster: W1118 strain | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC:3605 | Drosophila head preparation |
| Material | |||
| 20/30/40 mesh stainless steel sieves | Jiufeng metal mesh company | GB/T6003.1 | Drosophila head preparation |
| 30% Acrylamide-N,N′-Methylenebisacrylamide(29:1) | Lablead | A3291 | SDS-PAGE gel preparation |
| Ammonium Persulfate | Invitrogen | HC2005 | SDS-PAGE gel preparation |
| Cocktail protease inhibitor | Roche | 05892953001 | Protease inhibitor |
| Coomassie brilliant blue R-250 | Sangon Biotech | A100472-0025 | SDS-PAGE gel staining |
| DL-Dithiothreitol (DTT) | Sangon Biotech | A620058-0100 | Size-exclusion column buffer preparation |
| Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt (EDTA) | Sangon Biotech | A500838-0500 | Size-exclusion column buffer preparation |
| Glycine | Sangon Biotech | A610235-0005 | SDS-PAGE buffer preparation |
| Glutathione Sepharose 4 Fast Flow beads | Cytiva | 17513202 | Affinity chromatography |
| Imidazole | Sangon Biotech | A500529-0001 | Elution buffer preparation for Ni-column |
| Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG) | Sangon Biotech | A600168-0025 | Induction of protein overexpression |
| LB Broth Powder | Sangon Biotech | A507002-0250 | E.coli. cell culture |
| L-Glutathione reduced (GSH) | Sigma-aldrich | G4251-100G | Elution buffer preparation for Glutathione beads |
| Ni-Sepharose excel beads | Cytiva | 17371202 | Affinity chromatography |
| N-Dodecyl beta-D-maltoside (DDM) | Sangon Biotech | A610424-001 | Detergent for protein purification |
| N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma-aldrich | T9281-100ML | SDS-PAGE gel preparation |
| PBS | Sangon Biotech | E607008-0500 | Homogenization buffer for E.coli. cell |
| PMSF | Lablead | P0754-25G | Protease inhibitor |
| Prestained protein marker | Thermo Scientific | 26619/26616 | Prestained protein ladder |
| Size exclusion column (preparation grade) | Cytiva | 28989336 | HiLoad 26/60 Superdex 200 PG column |
| Size exclusion column (analytical grade) | Cytiva | 29091596 | Superose 6 Increase 10/300 GL column |
| Sodium chloride | Sangon Biotech | A501218-0001 | Protein purification buffer preparation |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sangon Biotech | A500228-0001 | SDS-PAGE gel/buffer preparation |
| Tris base | Sigma-aldrich | T1503-10KG | Protein purification buffer preparation |
| Ultrafiltration spin column | Millipore | UFC901096/801096 | Protein concentration |
| Equipment | |||
| Analytical Balance | DENVER | APX-60 | Metage of Drosophila head |
| Desk-top high-speed refrigerated centrifuge for 15mL and 50mL conical centrifugation tubes | Eppendorf | 5810R | Protein concentration |
| Desk-top high-speed refrigerated centrifuge 1.5mL centrifugation tubes | Eppendorf | 5417R | Centrifugation of Drosophila head lysate after homogenization |
| Empty gravity flow column (Inner Diameter=1.0cm) | Bio-Rad | 738-0015 | TRP protein purification |
| Empty gravity flow column (Inner Diameter=2.5cm) | Bio-Rad | 738-0017 | Bait and competitor protein purification from E.coli. |
| Gel Documentation System | Bio-Rad | Universal Hood II Gel Doc XR System | SDS-PAGE imaging |
| High-speed refrigerated centrifuge | Beckman coulter | Avanti J-26 XP | Centrifugation of E.coli. cells/cell lysate |
| High pressure homogenizer | UNION-BIOTECH | UH-05 | Homogenization of E.coli. cells |
| Liquid nitrogen tank | Taylor-Wharton | CX-100 | Drosophila head preparation |
| Protein purification system | Cytiva | AKTA purifier | Protein purification |
| Refrigerator (-80°C) | Thermo | 900GP | Drosophila head preparation |
| Spectrophotometer | MAPADA | UV-1200 | OD600 measurement of E.coli. cells |
| Spectrophotometer | Thermo Scientific | NanoDrop 2000c | Determination of protein concentration |
| Ultracentrifuge | Beckman coulter | Optima XPN-100 Ultracentrifuge | Ultracentrifugation |
Referenzen
- Tsunoda, S., et al. A multivalent PDZ-domain protein assembles signalling complexes in a G-protein-coupled cascade. Nature. 388 (6639), 243-249 (1997).
- Huang, J., et al. Activation of TRP channels by protons and phosphoinositide depletion in Drosophila photoreceptors. Current Biology: CB. 20 (3), 189-197 (2010).
- Chyb, S., Raghu, P., Hardie, R. C. Polyunsaturated fatty acids activate the Drosophila light-sensitive channels TRP and TRPL. Nature. 397 (6716), 255-259 (1999).
- Hardie, R. C., Franze, K. Photomechanical responses in Drosophila photoreceptors. Science. 338 (6104), 260-263 (2012).
- Chen, W., et al. Calmodulin binds to Drosophila TRP with an unexpected mode. Structure. 29 (4), 330-344 (2021).
- Hardie, R. C. Effects of intracellular Ca2+ chelation on the light response in Drosophila photoreceptors. Journal of Comparative Physiology. A, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 177 (6), 707-721 (1995).
- Scott, K., Sun, Y., Beckingham, K., Zuker, C. S. Calmodulin regulation of Drosophila light-activated channels and receptor function mediates termination of the light response in vivo. Cell. 91 (3), 375-383 (1997).
- Hardie, R. C., Minke, B. Phosphoinositide-mediated phototransduction in Drosophila photoreceptors: the role of Ca2+ and trp. Cell Calcium. 18 (4), 256-274 (1995).
- Delgado, R., et al. Light-induced opening of the TRP channel in isolated membrane patches excised from photosensitive microvilli from Drosophila photoreceptors. Neurowissenschaften. 396, 66-72 (2019).
- Lev, S., Katz, B., Minke, B. The activity of the TRP-like channel depends on its expression system. Channels (Austin). 6 (2), 86-93 (2012).
- Hardie, R. C., Raghu, P. Activation of heterologously expressed Drosophila TRPL channels: Ca2+ is not required and InsP3 is not sufficient. Cell Calcium. 24 (3), 153-163 (1998).
- Gutorov, R., et al. Modulation of transient receptor potential C channel activity by cholesterol. Frontiers in Pharmacology. 10, 1487 (2019).
- Yagodin, S., et al. Thapsigargin and receptor-mediated activation of Drosophila TRPL channels stably expressed in a Drosophila S2 cell line. Cell Calcium. 23 (4), 219-228 (1998).
- Guo, W., Chen, L. Recent progress in structural studies on canonical TRP ion channels. Cell Calcium. 83, 102075 (2019).
- Li, X., Fine, M. TRP channel: The structural era. Cell Calcium. 87, 102191 (2020).
- Liao, M., Cao, E., Julius, D., Cheng, Y. Structure of the TRPV1 ion channel determined by electron cryo-microscopy. Nature. 504 (7478), 107-112 (2013).
- Cao, E., Liao, M., Cheng, Y., Julius, D. TRPV1 structures in distinct conformations reveal activation mechanisms. Nature. 504 (7478), 113-118 (2013).
- Liu, W., et al. The INAD scaffold is a dynamic, redox-regulated modulator of signaling in the Drosophila eye. Cell. 145 (7), 1088-1101 (2011).
- Ye, F., Liu, W., Shang, Y., Zhang, M. An exquisitely specific PDZ/target recognition revealed by the structure of INAD PDZ3 in complex with TRP channel. Structure. 24 (3), 383-391 (2016).
- Ye, F., et al. An unexpected INAD PDZ tandem-mediated plcβ binding in Drosophila photo receptors. eLife. 7, (2018).
- Rahimzadeh, M., Sadeghizadeh, M., Najafi, F., Arab, S., Mobasheri, H. Impact of heat shock step on bacterial transformation efficiency. Molecular Biology Research Communications. 5 (4), 257-261 (2016).
- Ashburner, M., Golic, K. G., Hawley, S. . Drosophila: A laboratory handbook. Second Edition. 80 (2), (2005).
- Nicolas, G., Sillans, D. Immediate and latent effects of carbon dioxide on insects. Annual Review of Entomology. 34 (1), 97-116 (1989).
- Arachea, B. T., et al. Detergent selection for enhanced extraction of membrane proteins. Protein Expression and Purification. 86 (1), 12-20 (2012).
- Hellmich, U. A., Gaudet, R. Structural biology of TRP channels. Handbook of Experimental Pharmacology. 223, 963-990 (2014).
