Мы описываем здесь протокол для очистки и характеристики растений белковых комплексов. Показано, что по иммунопреципитации один белок в комплексе, поэтому мы можем определить свои пост-трансляционные модификации и ее взаимодействующих партнеров.
Растения быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде из-за выработки восприятие и систем сигнализации. Во время атаки патогена, растения быстро реагировать на инфекции через вербовку и активации иммунных комплексов. Активация иммунных комплексов связана с посттрансляционных модификаций (PTMs) белков, таких как фосфорилирование, гликозилирование, или убиквитинирования. Понимание того, как эти платежные терминалы хореографии приведет к лучшему пониманию того, как сопротивление достигается.
Здесь мы опишем способ очистки белка для нуклеотид-связывающего лейцин-богатый повтор (NB-LRR)-белков, взаимодействующих с и последующего определения их пост-трансляционных модификаций (платежные терминалы). С небольшими модификациями, протокол может быть применен для очистки других белковых комплексов растение. Метод основан на экспрессии эпитопа-меченый вариант белка, представляющего интерес, который затем частично очищают бу иммунопреципитации и подвергали масс-спектрометрии для идентификации взаимодействующих белков и PTMs.
Этот протокол показывает, что: I). Динамические изменения в PTMs, таких как фосфорилирование можно обнаружить методом масс-спектрометрии; II). Важно иметь достаточное количество белка, представляющего интерес, и это может компенсировать отсутствие чистоты Иммунопреципитат; III). Для того чтобы обнаружить PTMs протеина интереса, этот белок должен быть иммунопреципитировали чтобы получить достаточное количество белка.
Иммунные пути полагаться на различные пост-трансляционных модификаций (платежные терминалы) белков быстро преобразовывать сигналы и активировать иммунные реакции 1. Платежные терминалы являются быстрые, реверсивные, и очень специфические химические изменения структуры белка, которые могут повлиять конформацию белка, активность, стабильность, локализацию и белок-белковых взаимодействий 2-4. В растениях, более 300 видов PTMs были выявлены в том числе убиквитинирования, SUMOylation, сульфатации, гликозилирования и фосфорилирования 2,5. Все больше доказательств свидетельствует о важности PTMs в различных аспектах иммунитета растений 1,5,6. Белок фосфорилирования, обратимое присоединение фосфатной группы на серин, треонин или тирозин остаток является регулятором многих клеточных функций и не удивительно в наиболее хорошо изученной PTM в защиту растений сигнальных каскадов 5-11. Фосфорилирования зависит от сигнализации является неотъемлемой частью растительного DefeNSE активации начато после внеклеточной восприятия микробов по трансмембранных рецепторов, или внутриклеточного признания многодоменных белков сопротивления 5,8.
По вторжения растения, микробы обнаруживаются в плазме мембранных рецепторов называемых шаблон рецепторы распознавания (РРСС) 12. Известные PRRS являются либо рецептор-подобные белки (РЛП) или рецептор-подобных киназ (RLKs), и несущий лиганд-связывающий эктодомена и трансмембранный домен однопроходный. В отличие от РЛП, RLKs есть внутриклеточный домен киназы 13-15. Эктодомен PRRS связывается с консервативных молекул микроб элиситора называемых патогенных-связанная молекулярные структуры (PAMPs), что приводит, в случае RLKs, чтобы автофосфорилированию и трансфосфорилирования в пределах внутриклеточного домена 6, 16. Вниз по течению от восприятия вызванной фосфорилирования РРСС, последующее фосфорилирование цитоплазматических белков, включая киназ 17, </suр> 18, E3 лигазы 19, митоген-активированной протеинкиназы (МАРК) 20, 21, кальций-зависимой протеинкиназы (CDPK) 22, 23 и факторов транскрипции 24, 25 приводит к PAMP-срабатывает иммунитета (PTI).
В дополнение к внеклеточной восприятия PRRS, внутриклеточный распознавание патогенов достигается за счет цитоплазматических рецепторов. Эти многодоменное сопротивление (R) белки содержат вариабельный домен N-конце, центральный нуклеотид-связывающим (NB) мотив, и С-терминального богатого лейцином повторы (LRR) и поэтому называется NB-LRR белки 26, 27. R белки прямо или косвенно признать патогенов молекул, полученных из вирулентности называемых эффекторами, также известный целевой PRRS и другие узлы иммунной системы. Признание вызывает сильную оборону, ведущие к эффекторной-срабатывает иммунитет (ETI) 28-31. NB-LRR белки имеют requisiТе АТФ-связывающий мотив в домене NB 30, 32, но они не имеют киназный домен. Фосфорилирование консервативных областей NB-LRRs было сообщено в крупномасштабной протеомного опроса 33, но его актуальность для ETI непонятно. Аналогично PTI, активация NB-LRR белков приводит к фосфорилирования белков цитоплазмы включая MAPKs 34-37 и CDPKs 38-40. Самое главное, признание эффектор может привести к фосфорилированию вспомогательных белков, которые взаимодействуют непосредственно с белками NB-LRR 41. Некоторые примеры включают RIN4 (арабидопсис) и ВОМ (томатный, Solanum Lycopersicum) белки, которые взаимодействуют с NB-LRR белков, RPM1 42, 43 и 44 Prf, соответственно. Во время заражения Pseudomonas syringae бактерий, эффектор белок AvrB вызывает RIN4 фосфорилирования, скорее всего, рецептор-как киназы RIPK 45, <sup> 46. Точно так же, в томатном П. syringae эффекторов AvrPto и AvrPtoB вызвать фосфорилирование Pto 47. В отличие от RIN4 в котором отсутствует домен киназы и должен быть транс-фосфорилируется, ВОМ является активным киназы способна автоматически фосфорилирования 48 и транс-фосфорилирования субстратов 49, 50. В то время как Pto требуется его активности киназы для эффекторной-зависимой инициации сигнализации, киназы-мертвых ВОМ мутанты все еще в состоянии сигнализировать в эффекторной-независимым образом 51. Мы недавно объяснил эти наблюдения, продемонстрировав, что комплекс Prf / МОМ олигомерное, содержащий несколько Prf и Pto молекул 52 и что молекулы ВОМ в пределах одного комплекса может транс-фосфорилируют друг друга 47. Мы предложили модель, в которой одна молекула ВОМ (датчика) взаимодействует с белком эффекторной, вызывая изменение конформации на белок NB-LRR (PRF), что в свою очередь активирует вторую молекулу ВОМ (вспомогательный) остроумиехин комплекс. Впоследствии помощник Pto молекула транс-фосфорилирует датчик Pto что приводит к полной активации сопротивления сложного 47.
Эти примеры показывают, что выявление иммунных сложных компонентов и их потенциальных PTMs после признания эффекторной может привести к лучшему пониманию того, как сигналы трансдуцировали от эффекторной восприятия к нижестоящих мишеней. Здесь мы опишем способ очистки белка для NB-LRR-взаимодействующих белков и последующей идентификации их PTMs. Мы используем Nicotiana benthamiana и комплекс помидор Prf / вал отбора мощности в качестве модели, но и тот же протокол может быть легко применены к RLKs от Н. benthamiana и А. THALIANA 53 с небольшими изменениями, мы опишем в рамках протокола.
Выяснение механизма активации рецептора на PAMPs и эффекторов могут внести значительный вклад в наше понимание иммунитета растений. В последние 20 лет, генетические и дрожжей двух гибридных экранов играют важную роль для открытия РРСС и NB-LRR белков. Совсем недавно, масс-спектрометрии протоколы на основе было создано для идентификации белков регулируется по-разному в течение иммунной сигнализации 55-58, их PTMs 11,33,59,60, состав иммунных комплексов 61 и 62 эффектора цели. Здесь мы опишем простой протокол для идентификации PTMs регулирующих активацию иммунных комплексов.
По сравнению с ранее описанными протоколов, этот протокол позволяет подробной идентификации динамических изменений PTMs. Протоколы крупномасштабных протеомики подходов может определить PTMs белков, но не в состоянии раскрыть сайта пластичность PTMs из-за ограниченияред количество белка. В случае фосфорилирования белков, крупномасштабные протеомики подходы обычно только определить преобладающие сайтов фосфорилирования 11,33,59. Подробное характеристика состояния фосфорилирования белков требует значительного количества белка, который может быть получен только путем частичной очистки целевого белка 47. Протокол, описанный здесь парам Protein Purification подход, который дает существенное количество белка-мишени, с масс-спектрометрического анализа очищенного белка. После этого протокола, одно событие фосфорилирования Pto было связано преимущественно с Ser-198, как описано выше 52, но некоторые масс-спектры спектрометрии также поддерживается одно событие фосфорилирования на Тре-195 или THR-199. Когда наблюдались двойные события фосфорилирования ПТО, преобладающим сочетание фосфорилированными аминокислот было Ser-198 и Тре-199, хотя наблюдались и комбинации на других сайтах (Табл. 1). Эти результаты ясно показывают фосфорилирование сайта пластичность протеинкиназ и способность описанного протокола для характеристики в деталях все возможные сайты фосфорилирования.
Наиболее важные шаги этого протокола являются: 1) достаточно экстракция белков; 2) защита PTMs и 3) достаточное количество белка-мишени. Во-первых, в течение достаточного экстракции белков, важно, чтобы размолоть ткани в жидком азоте и в дальнейшем использовать тканевом гомогенизаторе, как описано в протоколе. Если ткань гомогенизатор не доступен, ступка и пестик могут быть использованы. Важно также использовать соотношение 2:59 (или четыре) граммов ткани в объеме экстракционного буфера. Эта ткань в буфер соотношение и высокую буферную силу, что мы предлагаем гарантирует, что рН останется нейтральным в процессе экстракции. Мы обнаружили, что это имеет особое значение для А. THALIANA и томатный дополнительнаястрельчатые 52. Защита PTMs может быть достигнуто путем включения во всех буферов соответствующие ингибиторы ферментов, которые можно удалить PTMs. Важно также, чтобы выполнить все шаги при 4 ° С и prechill буферы и инструменты. Более высокие выходы целевого белка может быть достигнуто с помощью растений, экспрессирующих белок в достаточных количествах и с помощью большое количество ткани (примерно 20 г). Наиболее важным шагом для получения достаточного количества белка-мишени концентрирует целевого белка путем прямого иммунопреципитацией. Значение этого шага будет выделен нашей связи с неустановлением PTMs ПТО после иммунопреципитацией Prf из-за ограниченного количества coimmunoprecipitated ВОМ (рис. 2В). В противоположность этому, прямое иммунопреципитация Pto дали значительно более ощутимые пептиды (рис. 2, в), ведущие к примерно 80% покрытия белковой последовательности и идентификации PTMs (табл. 1). Мы также улrongly рекомендуем использовать эпитопных-тегов для белка иммунопреципитацией. По сравнению с антителами, индуцированными против нативных белков эпитоп-метки аффинной матрицы может дать более высокие количества частично очищенного белка. Используя антитела поднял против родной Pto белка 51 (рис. 2А) для иммунопреципитации, мы смогли определить только один фосфорилирования двух преобладающих сайтов фосфорилирования ПТО.
Этот протокол в первую очередь был разработан для частичной очистки N. benthamiana цитоплазматический белок и последующее определение их сайтов фосфорилирования. Однако, использование модификации описанных здесь, этот протокол может быть легко адаптирована для А. THALIANA белки и мембранные связаны белки. Основная цель этого протокола является, чтобы получить достаточное количество белка-мишени для идентификации PTMs, а не для достижения высокой чистоты комплекса. Если более высокой чистотыкомплекса требуется второй этап очистки может быть добавлен к этому протоколу 52. В этом случае первым шагом позволит элюирование целевого белка от аффинной матрицы без использования высоких соли или кислоты и последующей стадии может повлечь за собой матрицу, которая требует суровых условий элюирования. Важно подчеркнуть, что мы проверили только этот протокол для идентификации сайтов фосфорилирования и что мы в настоящее время испытываем свою способность к детальной идентификации дополнительных PTMs.
Наши репрезентативные результаты четко демонстрируют сайт фосфорилирования пластичность протеинкиназ и способность описанного протокола для характеристики сайты фосфорилирования. Самое главное, они подчеркивают, что выявление сайтов фосфорилирования, полагающихся в низком количестве белков методом масс-спектрометрии и одиночными точечными мутациями авто-сайтов фосфорилирования может давать неверные показания. Мы показываем здесь и ранее 47 </sup>, Что дважды фосфорилирование МОМ на Ser-198 и THR-199 связан с активацией комплекса Prf / Pto. В отличие от этого, ранее опубликованные результаты 47,63 показали, что точечные мутации из Ser-198 и THR-199 на аланин, которые предотвращают фосфорилирование на этих сайтах, способны сигнализации предполагая, что фосфорилирование этих сайтов не является необходимым условием для комплексной активации . Эти результаты теперь можно объяснить фосфорилирования вторичном узле Thr-195. Похожие проникновение в фосфорилирования сайта пластичности другой протеинкиназы можно получить после этого протокола. Кроме того, комбинированный подход с использованием сайтов фосфорилирования точечные мутации, белки, которые могут ингибировать определенные киназы (эффекторов) в сочетании с белковой иммунопреципитации и масс-спектрометрического анализа приведет к лучшему пониманию эволюционного значения в фосфорилирования сайта пластичности протеинкиназ.
The authors have nothing to disclose.
В.Н. поддерживается Королевского общества. JPR является Австралийский исследовательский совет Будущее сотрудник (FT0992129). Мы благодарим доктора Мириам Гиффорд для критически чтение рукописи.
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 |