Summary

下拉测定与细菌细胞共表达相结合,作为测试具有挑战性的蛋白质-蛋白质相互作用的省时工具

Published: December 23, 2022
doi:

Summary

在这里,我们描述了一种使用一组兼容载体对差异标记蛋白质进行细菌共表达的方法,然后使用传统的下拉技术来研究无法 在体外组装的蛋白质复合物。

Abstract

下拉是一种简单且广泛使用的蛋白质-蛋白质相互作用测定。然而,它在研究体 不能有效组装的蛋白质复合物方面存在局限性。这种复合物可能需要共翻译组装和分子伴侣的存在;它们要么形成稳定的低聚物,在 体外 不能解离和重新结合,要么在没有结合伴侣的情况下不稳定。为了克服这些问题,可以使用基于差异标记蛋白的细菌共表达的方法,使用一组兼容的载体,然后使用传统的下拉技术。与传统的下拉相比,该工作流程更省时,因为它缺乏单独纯化相互作用蛋白及其后续孵育的耗时步骤。另一个优点是更高的可重复性,因为 体外 环境中存在的蛋白质暴露于蛋白水解和氧化的步骤数量明显较少,并且持续时间更短。当发现其他 体外 技术不合适时,该方法成功地应用于研究许多蛋白质 – 蛋白质相互作用。该方法可用于批量测试蛋白质-蛋白质相互作用。对于BTB结构域与固有无序蛋白质之间的相互作用以及锌指相关结构域的异二聚体的研究,显示了具有代表性的结果。

Introduction

常规下拉广泛用于研究蛋白质-蛋白质相互作用1。然而,纯化的蛋白质通常不能在体外有效相互作用23,其中一些在没有结合伴侣45的情况下是不溶的。这些蛋白质可能需要共翻译组装或分子伴侣56789的存在。常规下拉的另一个限制是测试结构域之间可能的异多聚化活性,这些结构域可以作为稳定的同源低聚物以共翻译8,10的形式存在因为它们中的许多在孵育期间不能在体外解离和重新结合。发现共表达有助于克服这些问题311。使用细菌中相容载体的共表达成功用于纯化大型多亚基大分子复合物,包括Polycomb抑制复合物PRC2 12,RNA聚合酶II介质头模块13,噬菌体T4底板14,SAGA复合物去泛素化酶模块1516和铁蛋白17通常用于共表达的复制起源是ColE1,p15A18,CloDF1319和RSF20。在市售的Duet表达系统中,这些来源与不同的抗生素抗性基因和方便的多个克隆位点相结合,产生多顺反子载体,允许表达多达八种蛋白质。这些来源具有不同的拷贝数,可以以不同的组合使用,以实现靶蛋白的平衡表达水平21。为了测试蛋白质-蛋白质相互作用,使用了各种亲和标签;最常见的是6x组氨酸,谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和麦芽糖结合蛋白(MBP),每种都对相应的树脂具有特定的亲和力。GST和MBP还增强了标记蛋白的溶解度和稳定性22

还开发了许多涉及真核细胞中蛋白质共表达的方法,其中最突出的是酵母双杂交测定(Y2H)23。Y2H测定便宜,简单,并且允许测试多种相互作用;但是,其工作流程需要 1 周以上才能完成。还有一些不太常用的基于哺乳动物细胞的测定,例如荧光双杂交测定(F2H)24 和细胞阵列蛋白质 – 蛋白质相互作用测定(CAPPIA)25。F2H测定相对较快,允许观察其天然细胞环境中的蛋白质相互作用,但涉及使用昂贵的成像设备。所有这些方法都比原核表达具有优势,可提供天然真核翻译和折叠环境;然而,它们通过转录激活或荧光能量转移间接检测相互作用,这通常会产生伪影。此外,真核细胞可能包含目标蛋白质的其他相互作用伙伴,这可以干扰高等真核生物蛋白质之间二元相互作用的测试。

本研究描述了一种通过常规下拉技术对差异标记蛋白进行细菌共表达的方法。该方法允许研究需要共表达的靶蛋白之间的相互作用。与传统的下拉相比,它更省时,允许对多个目标进行批量测试,这在大多数情况下具有优势。使用兼容载体的共表达比多顺反子共表达更方便,因为它不需要费力的克隆步骤。

Protocol

方法工作流程的示意图如图 1所示。 1. 大肠杆菌的共转化 使用标准克隆方法制备靶蛋白的表达载体。注意:通常,一个好的起点是使用带有氨苄青霉素抗性基因和ColE1来源的常规pGEX/pMAL载体表达GST/MBP标记蛋白,以及使用具有p15A或RSF来源和卡那霉素抗性的兼容载体来表达6xHis标记的蛋白质,在某些情况下与硫氧还蛋白或SUMO标…

Representative Results

所描述的方法常规用于许多不同的目标。这里介绍的是一些使用传统下拉技术可能无法获得的代表性结果。首先是研究特异性ZAD(锌指相关结构域)二聚化11。ZAD形成稳定和特异性的二聚体,异二聚体只能在副同源组内密切相关的结构域之间产生。由这些结构域形成的二聚体是稳定的,至少几天内不会解离;因此,混合纯化的ZAD不会产生任何可检测的结合。同时,MBP和硫氧还蛋白-…

Discussion

所描述的方法允许测试不能在 体外 有效组装并需要共表达的蛋白质 – 蛋白质相互作用。该方法是研究异源二聚化蛋白质的少数合适方法之一,这些蛋白质也能够进行同源二聚化,因为当单独纯化时,这些蛋白质形成稳定的同源二聚体,在实验311期间通常不能解离和重新结合。

与传统的下拉相比,所述方法的工作流程更具?…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了俄罗斯科学基金会项目19-74-30026(方法开发和验证)和19-74-10099(蛋白质-蛋白质相互作用测定)的支持;以及俄罗斯联邦科学和高等教育部授予075-15-2019-1661(代表性蛋白质 – 蛋白质相互作用的分析)。

Materials

8-ELEMENT probe Sonics 630-0586 The high throughput 8-element sonicator probes
Agar AppliChem A0949
Amylose resin New England Biolabs E8021 Resin for purification of MBP-tagged proteins
Antibiotics AppliChem A4789 (kanamycin); A0839 (ampicillin)
Beta-mercaptoethanol AppliChem A1108
BL21(DE3)  Novagen 69450-M
CaCl2 AppliChem A4689
Centrifuge Eppendorf 5415R (Z605212)
Glutathione AppliChem A9782
Glutathione agarose Pierce 16100 Resin for purification of GST-tagged proteins
Glycerol AppliChem A2926
HEPES  AppliChem A3724
HisPur Ni-NTA Superflow Agarose Thermo Scientific 25214 Resin for purification of 6xHis-tagged proteins
Imidazole AppliChem A1378
IPTG AppliChem A4773
KCl AppliChem A2939
LB AppliChem 414753
Maltose AppliChem A3891
MOPS AppliChem A2947
NaCl AppliChem A2942
NP40 Roche 11754599001
pACYCDuet-1 Sigma-Aldrich 71147 Vector for co-expression of proteins with p15A replication origin
pCDFDuet-1 Sigma-Aldrich 71340 Vector for co-expression of proteins with CloDF13 replication origin
PMSF AppliChem A0999
Protease Inhibitor Cocktail VII Calbiochem 539138 Protease Inhibitor Cocktail
pRSFDuet-1 Sigma-Aldrich 71341 Vector for co-expression of proteins with RSF replication origin
SDS  AppliChem A2263
Tris  AppliChem A2264
VC505 sonicator Sonics CV334 Ultrasonic liquid processor
ZnCl2 AppliChem A6285

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Bonchuk, A., Zolotarev, N., Balagurov, K., Arkova, O., Georgiev, P. Pulldown Assay Coupled with Co-Expression in Bacteria Cells as a Time-Efficient Tool for Testing Challenging Protein-Protein Interactions. J. Vis. Exp. (190), e64541, doi:10.3791/64541 (2022).

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