Здесь мы представляем протокол выразить, солюбилизировать последнего и очистить несколько эукариотических Борат транспортеры с гомологичностью к семье транспортер SLC4 использованием дрожжей. Мы также обсудим химической сшивки пробирного оценить белки очищенные homomeric для multimeric Ассамблеи. Эти протоколы могут быть адаптированы для других сложных мембранных белков.
Экстракцию перевозчик 4 (SLC4) семейство белков называется бикарбонат перевозчиков и включает архетипической белка анион обменника 1 (AE1, также известный как Группа 3), наиболее обильные мембранные белки в красных кровяных клетках. Семья SLC4 гомологичных с Борат перевозчиков, которые характеризовались в растения и грибы. Она остается значительный технический вызов Экспресс и очищают мембранных белков транспорт до однородности в количествах, подходит для структурных или функциональных исследований. Здесь мы описываем подробные процедуры для гиперэкспрессия Борат транспортеров в Saccharomyces cerevisiae, изоляции дрожжей мембран, солюбилизация белка моющего средства, и очистка Борат транспортер гомолог от S. cerevisiae, Arabidopsis thalianaи Oryza sativa. Мы также подробно глютаральдегид, cross-linking эксперимент для анализа multimerization homomeric транспортеров. Наши обобщенной процедуры могут применяться для всех трех белков и были оптимизированы для эффективности. Многие из стратегий, разработанных здесь могут быть использованы для изучения других сложных мембранных белков.
Трудности в получении достаточного количества очищенный мембранный белок остается наиболее узким местом в деле достижения структурных и функциональных исследований рецепторов, ионных каналов и перевозчиков. Многие протоколы существуют для умеренно высокой пропускной способности трубопроводов для экрана и найти кандидата мембранных белков, которые выражают достаточно хорошо, чтобы включить последующие в vitro исследования1,2,3,4 . Как правило белки отмеченных N – или C-терминал Зеленый флуоресцентный белок (КГВ), и уровни выражения контролируются-гель флуоресценции или флуоресцентным обнаружением размер исключения хроматографии (FSEC)5. Такие подходы позволяют классифицирование мембранных белков кандидатов в высокой выражая белков, средней или низкой выражая белков, или белков, которые плохо или вовсе не. Этот подход хорошо работает, когда экспериментальный дизайн является для расследования большого числа генов кандидата с целью выбора, какой протеин выражает лучший. Однако в некоторых случаях, экспериментальный подход основывается на изучении конкретного мембранный белок, который может быть сложной задачей, когда уровни выражения этого белка находятся в диапазоне от средней или низкой. Кроме того иногда в таких случаях уровни выражения может быть только минимально увеличена путем изменения конструкции через усечения, thermostabilizing мутации или оптимизации кодон. Это, таким образом, иногда необходимо оптимизировать мембранных белков выражение и очистки протоколы для мембранных белков, которые выражают только умеренно хорошо.
SLC4 семейство транспортеров включает бикарбонат транспортер анион обменника 1 (также известный как Группа 3), наиболее обильные мембранный белок в6красных кровяных клеток и ключевым фактором клеточного дыхания. Семья SLC4 гомологичных с Борат перевозчиков, которые имеют решающее значение в растениях и показали проявить аналогичную структуру анион обменника 1, а также натрия в сочетании SLC4 транспортеры7,8,9 ,10. Здесь мы приводим оптимизированный белка выражение и очистки протоколы, используя S. cerevisiae очистить три различных Борат транспортеров в дрожжей и растений. Мы подчеркиваем в деталях ключевые шаги, которые мы приняли для оптимизации урожайности и эффективности очищения до однородности. Кроме того мы приводим химической сшивки пробирного, используя глютаральдегид для мониторинга multimeric Ассамблея этих перевозчиков в контексте очищенный белок-моющее средство липидного комплекса. Сшивки эксперимент может помочь оценить гомолога и моющего средства пригодности путем оценки состояния multimeric олигомерных транспортеров после очистки.
Этот протокол предполагает, что требуемой транспортер был клонирован в 2 µ производным плазмиды под индуцибельной контролем промотора GAL1 для выражения в S. cerevisiae. Для выполнения этих процедур, ДНК используется кодирование полнометражного одичал тип Борат транспортеры Saccharomyces cerevisiae Bor1 (ScBor1)11, Bor1 Arabidopsis thaliana (AtBor1)12и Bor3 Oryza sativa (OsBor3)13 . C-terminus в каждой конструкции добавляется с 10 его тегом и тромбина расщепления сайт вставляется между транспортера и 10-его тег, чтобы включить его удаления, если желаемого. Протокол будет также предположить, что плазмида уже был преобразован в DSY-5 выражение штамма S. cerevisiae на полный дополнительный избирательный СМИ (CSM) не хватает гистидина.
Здесь у нас есть общие подробные протоколы, которые приводят к очистки до однородности три отдельных эукариотических Борат транспортеров. Здесь представлены протоколы являются производными от других протоколов для выражения неотъемлемой мембранных белков в S. cerevisiae1,14, и наш результат оптимизации в улучшение чистоты и повышения урожайности. Параметры оптимизации здесь включают объемы роста культуры клеток и раз, шарик избиение лизис процедуры, состав буфера во время лизис клеток и очищение протеина, количество моющего средства, используемые на грамм мембраны, ион металла в очищение сродства, объем в колонке сродства и осуществление сшивки пробирного оценки пригодности гомолога и моющих средств, оценки состояния multimeric олигомерных транспортеров. Протоколы для нескольких гомолог SLC4 от грибковых видов растений и успешным. Ограничение всех стратегий для очистки неотъемлемой мембранных белков является, что существует метод очистки белков, не универсальная мембрана гарантированно работать. Вполне возможно, что наши протоколы являются более вероятно, чтобы быть успешным для белков ближе в идентичности последовательность и структура SLC4 перевозчиков, и таким образом членов семей SLC4, SLC23 и SLC26 может быть перспективным цели15. Аналогичным образом более эволюционно далеких от Борат транспортеры мембраны транспортер может быть, тем более вероятно протокола должны быть разные, такие как изменяя выражение системы, моющего средства или другие ключевые параметры4.
Протокол использует наиболее часто используемых близость тегов в очищение протеина, его тег. Несмотря на наличие примесей в первоначальных eluted фракций комбинации сродства никеля, обширные стирки и последующей очистки сек приводит к высоко очищенный протеин. 10-его тег позволяет более строгие имидазола моет и таким образом можно удалить более белки, связывающие фон не может быть удален в моет, разрешается по 8-его – или 6-его тегов. Наш выбор для чистого фракций ошибаться на консервативной стороне наиболее высоко чистый гель фракций, которые соответствуют пик фракций сек. Окончательный белка урожай может быть увеличена путем объединения и концентрации более фракций, хотя и с компромисс немного менее чистого белка. Представленные здесь методы позволили очистки AtBor1 в количествах, которые привели к определения его структуры кристалл7, с очищения различия, состоящий из отрезав его тегов и обмена транспортера в различных моющее средство для улучшения кристалл дифракции7.
Наш протокол поднимает важные соображения для отбора гомолог и моющих средств, используемых для солюбилизировать последнего и очистить их. DDM является общим первым выбором для моющего средства, потому что это относительно мягкая, часто успешно растворяющие и был использован в структурных и функциональных исследований широкого спектра мембранных белков. В определении, является ли моющих средств плохой выбор для мембраны, распространенным методом оценки является того, дает ли белок одного монодисперсных пик на SEC Хроматограмма, а не большой пик в том недействительным или диапазон полидисперсных пиков, который Укажите смятых или нестабильной белка. Более тонкие рассмотрение поднятых нашими очистки ScBor1. Он очищает в больших количествах и выглядит благоприятным и монодисперсных на SEC Хроматограмма, который предполагает, что это может быть привлекательным объектом для структурных исследований. Однако наша сшивки пробирного показывает, что мономера, когда очищается. Хотя вполне возможно, что ScBor1 изначально может существовать как мономера в клетке, исследования показывают, что SLC4 перевозчиками и их гомолог правоподобны быть димеры7,8,9,10. Наше развитие сшивки assay произошло после кристаллизации и проблем в структуре AtBor1. Однако, мы смогли оценить ScBor1 по сравнению с AtBor1 с cross-linking assay, ценное время и исследовательские усилия могут переориентировали стремлению к AtBor1 вместо ScBor1, последний из которых в конечном счете не был успешным в кристаллизация и дифракции эксперименты. Этот assay может помочь таким образом исследователи различие между гомолог или моющих средств для использования при проведении структурных исследований для определения приоритетности условий, в которых белка сохраняет ее подозреваемых родной конформации. Кроме того assay может использоваться для зонда, какие аминокислоты имеют решающее значение для multimerization, для того чтобы найти аминокислотных замен, которые дестабилизировать multimerization интерфейс и привести обязать мономеров. Такой подход использовался для зонда функциональное значение в мембраны транспортеры16,,1718homomeric Ассамблеи.
Общее преимущество нашего метода является, что дрожжи было показано, чтобы включить выражение многих сложных мембранных белков различных функции1. Кроме того его низкой стоимости и роста раз содействовать ее доступность для многих исследований, которые могут быть в меньшей степени способны использовать выражение стратегии, которые требуют культуры ткани или дорогих роста средств массовой информации. Процедуры, представленные здесь относительно недороги и могут быть выполнены в течение одной недели, которая подчеркивает целесообразность подхода. Осуществление этих протоколов может помочь включение структурных и функциональных исследований других сложных мембранных белков.
The authors have nothing to disclose.
Это исследование было поддержано запуска средства колледжа Дэвидсон.
2-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | |
4-Morpholinoethanesulfonic acid hydrate (MES) | Acros | 172591000 | |
Äkta Pure 25 L FPLC | GE Healthcare | 29018224 | |
Amicon Ultra 15 mL, 50 kDa MWCO concentrator | Millipore | UFC905024 | for concentrating nickel column fractions |
Amicon Ultra 4 mL, 50 kDa MWCO concentrator | Millipore | UFC805024 | for concentrating S200 fractions |
Bacto Peptone | BD Diagnostics | 211677 | |
Bacto Yeast Extract | BD Diagnostics | 288620 | |
Glass Erlenmeyer flask, 2L | Sigma-Aldrich | CLS44442L | |
Benchtop centrifuge | Sorvall | Legend RT | |
Bottle top filter | Nalgene | 595-4520 | the membrane is removed and used to filter glass beads |
Bromophenol blue | Sigma-Aldrich | 114391 | |
Complete supplement mixture without histidine | Sunrise Science | 1006-100 | |
D-Galactose | Sigma-Aldrich | G0750 | |
D-Glucose | Sigma-Aldrich | RDD016 | |
Ethanol, 200 proof | Pharmco-Aaper | 111000200 | |
Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | EDS-500G | |
Gel tank SDS-PAGE system | Bio-Rad | 1658004 | |
Glass bead-beating cell disruptor | BioSpec | 1107900 | |
Glass beads, 0.5mm | BioSpec | 11079105 | |
Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16019 | sent as an 8% solution under nitrogen |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G7893 | |
HiTrap IMAC FF column, 1 mL | GE Healthcare | 17-0921-02 | charged with nickel |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 258148 | |
Imidazole | Acros | 12202 | |
Instant Blue gel stain | Expedeon | ISB1L | |
JA-10 rotor | Beckman | 369687 | |
JA-14 rotor | Beckman | 339247 | |
Microcentrifuge tubes, 1.5mL | Thermo Scientific | 3451 | |
Microcentrifuge, refrigerated | Fisher | 13-100-676 | |
Mini-Protean Tris-glycine gels, 4-20% | Bio-Rad | 456-1096 | |
Minipuls 3 peristaltic pump | Gilson | F155005 | used for loading lysate onto affinity column |
n-Dodecyl-beta-D-Maltopyranoside (DDM) | Inalco | 1758-1350 | |
Nickel(II) Sulfate Hexahydrate | Sigma-Aldrich | 227676 | |
Orbital shaking incubator with temperature control | New Brunswick | C24 | |
p423 GAL1 plasmid with borate transporter insert | available from authors | ||
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) | Acros | 215740050 | |
Polycarbonate ultracentrifuge tubes | Beckman | 355618 | |
Polypropylene bottles, 250mL | Beckman | 356011 | |
Polypropylene bottles, 500mL | Beckman | 355607 | |
Precision Plus Protein Kaleidoscope Standards | Bio-Rad | 1610375 | |
S. cerevisiae expression strain DSY-5 | available from authors | ||
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045 | |
Spin column with 0.2 µm filter, 0.5mL | Millipore | UFC30GV0S | for filtering protein before injecting onto S200 column |
Sterile Falcon tubes, 15mL | Lab Depot | TLD431696 | |
Sterile Falcon tubes, 50mL | Lab Depot | TLD431698 | |
Superdex 200 10/300 GL column | GE Healthcare | 17-5175-01 | used for SEC purification |
Syringe filter, 5µm | Pall | 4650 | for filtering lysate before loading affinity column |
Tris-base | Sigma-Aldrich | T1503 | |
Type 70 Ti rotor | Beckman | 337922 | |
Ultracentrifuge | Beckman | L8-70M | |
YNB+Nitrogen without amino acids | Sunrise Science | 1501-500 |