Summary

Visualisering av Protein-protein Interaksjon i Kjerne- og cytoplasmatiske Fraksjoner av Co-immunoprecipitation og<em> In Situ</em> Nærhet hemorroider Assay

Published: January 16, 2017
doi:

Summary

Protein-protein interactions can occur in both the nucleus and the cytoplasm of a cell. To investigate these interactions, traditional co-immunoprecipitation and modern proximity ligation assay are applied. In this study, we compare these two methods to visualize the distribution of NF90-RBM3 interactions in the nucleus and the cytoplasm.

Abstract

Protein-protein interactions are involved in thousands of cellular processes and occur in distinct spatial context. Traditionally, co-immunoprecipitation is a popular technique to detect protein-protein interactions. Subsequent Western blot analysis is the most common method to visualize co-immunoprecipitated proteins. Recently, the proximity ligation assay has become a powerful tool to visualize protein-protein interactions in situ and provides the possibility to quantify protein-protein interactions by this method. Similar to conventional immunocytochemistry, the proximity ligation assay technique is also based on the accessibility of primary antibodies to the antigens, but in contrast, proximity ligation assay detects protein-protein interactions with a unique technique involving rolling-circle PCR, while conventional immunocytochemistry only shows co-localization of proteins.

Nuclear factor 90 (NF90) and RNA-binding motif protein 3 (RBM3) have been previously demonstrated as interacting partners. They are predominantly localized in the nucleus, but also migrate into the cytoplasm and regulate signaling pathways in the cytoplasmic compartment. Here, we compared NF90-RBM3 interaction in both the nucleus and the cytoplasm by co-immunoprecipitation and proximity ligation assay. In addition, we discussed the advantages and limitations of these two techniques in visualizing protein-protein interactions in respect to spatial distribution and the properties of protein-protein interactions.

Introduction

Nukleær faktor 90 (NF90) er et multi-isoform-protein med en rekke funksjoner, inkludert respons på virusinfeksjon, for regulering av interleukin-2 post-transkripsjon og regulering av miRNA biogenese 1-3. RBM3 er en RNA-bindende protein, er involvert i oversettelse og miRNA biogenesis og kan være forårsaket av ulike stressfaktorer inkludert hypotermi og hypoksi 4-6. Nylig fant vi NF90 og RBM3 i et proteinkompleks 7. Samspillet mellom NF90 og RBM3 er viktig å modulere protein kinase RNA-lignende endoplasmatiske retikulum kinase (PERK) aktivitet i utfoldet protein respons 7. Både NF90 og RBM3 ligger hovedsakelig i kjernen, men en liten andel av NF90 og RBM3 transport til cytoplasma og binde det til hverandre for bestemte funksjoner, for eksempel for å regulere PERK aktivitet. Derfor er det viktig å visualisere fordelingen av NF90-RBM3 interaksjoner i den subcellulære rommet, noe som kan indikeresine ulike roller i respektive rom.

For flere tiår siden, ble gjær to hybrid (Y2H) utviklet for å oppdage samspillet mellom to proteiner 8. Men på grunn av kunstig konstruksjon av fusjonerte proteiner, er falske positive resultater begrenset anvendelsen av denne metoden. I lang tid, co-immunutfelling ble de viktigste teknikk for å analysere protein-protein interaksjoner, spesielt i endogene forhold 9. For å analysere den ko-immunopresipitert proteinkompleks, er Western blot det mest hensiktsmessig teknikk, mens massespektrometri er brukt når super følsomhet og nøyaktighet er ønskelig. I de senere år har nærhet ringsanalyse blitt utviklet som en ny metode for å påvise protein-protein interaksjoner i begge celler og vev in situ 10,11.

Her sammenlignet vi det mest populære ko-immunoutfelling fremgangsmåte og en forholdsvis ny nærhet ligering analysemetoden i å fange NF90-RBM3 samhandling i subcellulære fraksjoner. Vi diskuterte også fordeler og begrensninger av begge teknikkene.

Protocol

1. Co-immunoprecipitation Seed HEK293-celler på 2 x 10 5 celler per brønn i en 6-brønns plate i 2 ml Dulbeccos modifiserte Eagles medium (DMEM) supplement med 10% føtalt bovint serum (FBS) og 100 U / ml penicillin-streptomycin (Pen-Strep) . Dyrke cellene i 48 timer ved 37 ° C med 5% CO2. Vask cellene med kald fosfatbufret saltløsning (PBS) tre ganger. Høste cellene ved sentrifugering ved 500 x g i 5 min ved 4 ° C. Forbered atom og cytoplasmatiske fra…

Representative Results

Figur 1 viser at NF90 og RBM3 er begge kjerneproteiner og bare en liten del er til stede i cytoplasma. Spesielt er det tre forskjellige band farget positivt for RBM3. Den minste rett under 20 kDa reflekterer den riktige størrelsen RBM3 (den anslåtte molekylvekt RBM3 er 17 kDa). Opprinnelsen til de to andre band gjenstår å bli undersøkt. Co-immunoutfellingsstudier eksperimenter med RBM3 som agn protein avslørte at NF90-RBM3 interaksjoner er hovedsakelig til stede i …

Discussion

Det er flere fordeler så vel som ulemper for begge metodene. Som en relativt ny teknikk, en åpenbar fordel med nærhet ligation analysen er muligheten til å belyse protein-protein interaksjoner på enkeltcellenivå i stedet for en gruppe med heterogene celler. Bilder med høy styrke og oppløsning (for eksempel ved konfokal mikroskop) gi mulighet for kvantifisering ved å telle enkelt fluorescerende flekker. I motsetning til dette, kan den konvensjonelle kombinasjon av ko-immunoutfelling teknikken med Wester…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This study was supported by the Swiss National Science Foundation (SNSF, 31003A_163305).

Materials

Dulbecco's Modified Eagle’s Medium (DMEM) Sigma D6429 High glucose
4500 mg/L
Fetal bovine serum (FBS) Gibco, Thermo Fisher Scientific 10270106
Penicillin-Streptomycin (PenStrep) BioConcept 4-01F00-H
NE-PER Nuclear and Cytoplasmic Extraction Reagents Thermo Fisher Scientific 78833
1,4-Dithiothreitol (DTT) Carl Roth 6908.3
Dynabeads Protein G Novex, Thermo Fisher Scientific 10003D
DRBP76 (NF90/NF110) antibody BD Transduction Laboratories 612154 use 1:1000 for WB and 1:100 for ICC/PLA
RBM3 antibody ProteinTech 14363-1-AP use 1:1000 for WB and 1:100 for ICC/PLA
Lamin A/C antibody Cell Signaling Technology #2032 use 1:1000 for WB 
anti-GAPDH antibody Abcam ab8245 use 1:1000 for WB 
normal rabbit IgG Santa Cruz sc-2027
anti-rabbit IgG, HRP-lined secodary antiboy Cell Signaling Technology #7074 use 1:5000 for WB 
anti-mouse HRP secondary antibody Carl Roth 4759.1 use 1:5000 for WB 
Clarity Western ECL Blotting Substrate Bio-Rad #1705060
NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris Gel Novex, Thermo Fisher Scientific NP0321BOX
NuPAGE LDS Sample Buffer (4x) Novex, Thermo Fisher Scientific NP0007
1,4-Dithiothreitol (DTT) CarlRoth 6908.1
NuPAGE MES SDS Running Buffer (20x) Novex, Thermo Fisher Scientific NP0002
NuPAGE Transfer Buffer (20x) Novex, Thermo Fisher Scientific NP00061
Amersham Hypond P 0.2 PVDF membrane GE Healthcare Life Sciences 10600021
Super RX X-ray film Fujifilm 4741029230
Poly-D-Lysine 8 Well Culture Slide Corning BioCoat 354632
Paraformaldehyde (PFA) Sigma P6148
Normal goat serum (NGS) Gibco, Thermo Fisher Scientific PCN5000
Goat anti-mouse IgG (H+L Antibody), Alexa Fluor 488 conjugate Thermo Fisher Scientific A-11001
Goat anti-rabbit IgG (H+L Antibody), Alexa Fluor 568 conjugate Thermo Fisher Scientific A-11011
4′, 6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI) Sigma D9542
Duolink PLA probe Anti-mouse PLUS Sigma DUO92001
Duolink PLA  probe Anti-rabbit MINUS Sigma DUO92005
Duolink Detection Reagents Red Sigma DUO92008
Duolink Wash Buffers Fluorescence Sigma DUO82049
Duolink Mounting Medium with DAPI Sigma DUO82040
Mowiol 4-88 Sigma 81381
Microscope Olympus AX-70
CCD camera SPOT Insight 2MP Firewire
X-ray film Fujifilm Super RX
Film processing machine Fujifilm FPM-100A

Referencias

  1. Patiño, C., Haenni, A. L., Urcuqui-Inchima, S. NF90 isoforms, a new family of cellular proteins involved in viral replication?. Biochimie. 108, 20-24 (2015).
  2. Shim, J., Lim, H., R Yates, J., Karin, M. Nuclear export of NF90 is required for interleukin-2 mRNA stabilization. Mol Cell. 10 (6), 1331-1344 (2002).
  3. Sakamoto, S., et al. The NF90-NF45 complex functions as a negative regulator in the microRNA processing pathway. Mol Cell Biol. 29 (13), 3754-3769 (2009).
  4. Dresios, J., et al. Cold stress-induced protein Rbm3 binds 60S ribosomal subunits, alters microRNA levels, and enhances global protein synthesis. Proc Natl Acad Sci. 102 (6), 1865-1870 (2005).
  5. Danno, S., Itoh, K., Matsuda, T., Fujita, J. Decreased expression of mouse Rbm3, a cold-shock protein, in Sertoli cells of cryptorchid testis. Am J Pathol. 156 (5), 1685-1692 (2000).
  6. Wellmann, S., et al. Oxygen-regulated expression of the RNA-binding proteins RBM3 and CIRP by a HIF-1-independent mechanism. J Cell Sci. 117 (Pt 9), 1785-1794 (2004).
  7. Zhu, X., Zelmer, A., Kapfhammer, J. P., Wellmann, S. Cold-inducible RBM3 inhibits PERK phosphorylation through cooperation with NF90 to protect cells from endoplasmic reticulum stress. FASEB J. 30 (2), 624-634 (2016).
  8. Fields, S., Song, O. A novel genetic system to detect protein-protein interactions. Nature. 340 (6230), 245-246 (1989).
  9. Verhelst, J., De Vlieger, D., Saelens, X. Co-immunoprecipitation of the Mouse Mx1 Protein with the Influenza A Virus Nucleoprotein. J Vis Exp. (98), (2015).
  10. Söderberg, O., et al. Direct observation of individual endogenous protein complexes in situ by proximity ligation. Nat Methods. 3 (12), 995-1000 (2007).
  11. Jarvius, M., et al. In situ detection of phosphorylated platelet-derived growth factor receptor beta using a generalized proximity ligation method. Mol Cell Proteomics. 6 (9), 1500-1509 (2007).
  12. Liu, C. H., et al. Analysis of protein-protein interactions in cross-talk pathways reveals CRKL protein as a novel prognostic marker in hepatocellular carcinoma. Mol Cell Proteomics. 12 (5), 1335-1349 (2013).

Play Video

Citar este artículo
Zhu, X., Zelmer, A., Wellmann, S. Visualization of Protein-protein Interaction in Nuclear and Cytoplasmic Fractions by Co-immunoprecipitation and In Situ Proximity Ligation Assay. J. Vis. Exp. (119), e55218, doi:10.3791/55218 (2017).

View Video