이 프로토콜은 필라멘트 액틴 (F – 굴지)과 함께 공동 침강하는 단백질의 능력을 테스트하는 방법을 설명하고, 바인딩이 관찰되면 상호 작용의 친화력을 측정하는 방법을 설명합니다.
세포 내에서 필라멘트 액틴 (F- 굴지) 조직은 액틴 핵 생성, 성장, 가교 결합 및 / 또는 분해를 조절하는 다수의 액틴 결합 단백질에 의해 조절된다. 이 프로토콜은 단백질 또는 단백질 도메인이 F- 액틴에 결합하는지 여부를 결정하고 상호 작용의 친 화성 ( 즉, 해리 평형 상수)을 측정하는 기술 – 액틴 동시 침강, 또는 펠렛 화 – 분석을 설명합니다. 이 기술에서 관심 단백질은 먼저 용액 내 F- 굴지와 함께 배양됩니다. 이어서, 차동 원심 분리를 사용하여 액틴 필라멘트를 침전시키고, 펠릿 화 된 물질을 SDS-PAGE로 분석한다. 해당 단백질이 F- 액틴에 결합하면 액틴 필라멘트와 함께 침강합니다. 결합 반응의 생성물 ( 즉, F- 액틴 및 관심 단백질)은 상호 작용의 친화력을 결정하기 위해 정량화 될 수있다. 액틴 펠릿 화 분석법은관심 단백질이 F- 액틴에 결합하고 리간드 결합과 같은 단백질의 변화가 F- 액틴과 어떻게 상호 작용하는지 평가할 수 있습니다.
액틴은 운동성, 수축, 접착 및 형태학을 포함한 여러 세포 과정에서 중요한 역할을하는 필수적인 세포 골격 단백질입니다 1 . 액틴은 단구 구형 액틴 (G- 액틴)과 중합 된 사상 액틴 (F- 액틴)의 두 가지 형태로 존재합니다. 세포 내에서 F- 액틴 조직은 액틴 필라멘트 2 , 3 , 4 의 핵 형성, 성장, 가교 결합 및 분해를 조절하는 많은 단백질 모음에 의해 제어됩니다. 그러나 액틴 네트워크 구성을 조절하기 위해 여러 가지 액틴 결합 단백질이 함께 작용하는 방식은 아직 많이 알려져 있지 않습니다.
단백질 – 단백질 상호 작용의 측정은 단백질이 생화학 적 수준에서 세포 행동에 미치는 영향을 이해하는 중요한 접근법입니다. 많은 다른 assays는 정제 된 단백질 간의 상호 작용을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.가용성 단백질에 대한 일반적인 접근법에는 풀다운, 형광 편광, 등온 적정 열량계 및 표면 플라스 몬 공명이 포함됩니다. 중요한 것은, 이들 모든 분석법은 단백질이 용해 될 것을 요구하기 때문에, F- 굴지와 같은 고분자 필라멘트 단백질을 사용하기에 적응하기가 어렵습니다. 여기서 우리는 단백질 또는 단백질 도메인이 F- 액틴에 결합하는지 여부를 결정하고 상호 작용의 친화도를 측정하기위한 기술인 액틴 동시 침강 (actin co-sedimentation) 또는 펠렛 (pelleting) 분석을 설명합니다.
액틴 펠릿 법은 초 원심 분리기를 제외하고 특수 장비가 필요없는 비교적 간단한 기술입니다. 모든 시약은 기본 생화학 지식을 전제로하여 만들거나 구입할 수 있습니다. F – 굴지에 바인딩되면, 분석은 겉보기 친화력 ( 즉, 해리 평형 상수) 5 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 일단 친화력이 확립되면, 펠릿 화 분석법는 관심 단백질 ( 예 : 번역 후 변형, 돌연변이 또는 리간드 결합)이 F- 액틴 6 과 어떻게 상호 작용 하는지를 측정하는 유용한 도구입니다. 이 기법은 분석을 시도하기 전에 연구자가 알아야 할 한계가 있습니다 (토론 참조).
액틴 동시 침강 분석은 단백질이 F- 액틴에 결합하는지 신속하게 결정할 수있는 직접적인 기술입니다. 약간의 변경을 가하면이 기법을 사용하여 상호 작용의 친 화성을 측정 할 수도 있습니다. 위의 프로토콜에서 제기 된 점 외에도 분석을 디자인, 실시 및 해석 할 때 다음 사항을 고려해야합니다.
관심있는 단백질
신선하게 준비되거나 동결 된 단백질을 분석에 사용할 수 있습니다. 동결 단백질이 사용되는 경우 동결이 F- 액틴 바인딩에 영향을 미치지 않는지 확인하기 위해 결과를 신선한 (결코 동결되지 않은) 단백질과 비교하는 것이 좋습니다.
G- 액틴 소스
많은 pelleting 실험은 G-actin을 상대적으로 풍부하기 때문에 근육에서 분리하여 사용합니다. 포유류에서 알파, 베타 및 감마와 같은 세 가지 주된 액틴 이소 타입이 있습니다 (90 % 이상의 서열 식별 기호ty). 그럼에도 불구하고 isotypes 12 , 13 에는 기능적 차이가 있습니다. 가능한 경우, 결합 분석에서 사용되는 G- 액틴 이소 타입 은 생체 내 아이소 타입과 일치해야합니다. 예를 들어, 골격근에서 발현 된 단백질을 테스트 할 경우 알파 – 굴지가 최선의 선택입니다. 섬유 아세포에서 발현되는 단백질을 검사 할 경우 베타 – 액틴 (beta-actin)을 권장합니다.
Phalloidin 사용
Phalloidin은 F-actin과 결합하기 때문에 일부 F-actin 결합 단백질 ( 예 : phalloidin 블록 cofilin과 actin 필라멘트의 결합) 14의 결합을 방해하거나 차단할 수 있습니다. 따라서, phalloidin은 조심해서 사용해야하며 가능한 경우 phalloidin으로 처리하지 않은 샘플과 비교합니다.
높은 배경
단백질이 F- 액틴의 부재하에 침전되는 것은 드문 일이 아닙니다 ( 그림 1A , F- 액틴 펠렛 샘플 없음에스). 그러나 높은 수준의 백그라운드 침전은 진정한 액틴 동시 침강을 가려 낼 수 있으며 불가능하지는 않더라도 단백질이 F- 액틴에 결합하는지 또는 상호 작용의 친화력을 측정 하는지를 결정하는 것을 어렵게 만듭니다. 폴리 디카 놀을 반응 완충액 (단계 4.1)에 첨가하면 배경을 상당히 감소시킬 수 있고 쉬운 해결책이다. 그것이 배경을 감소시키지 않는다면, 반응 완충액, 소금 농도 및 / 또는 배양 온도를 조정하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
제본 곡선
결합 곡선을 생성하기 위해서는, 일련의 반응에 대해 관심있는 단백질 또는 F- 악틴의 농도를 변화시키는 것이 필요하다. 실제로, 고정 농도에서 F- 액틴을 유지하고 관심있는 단백질의 농도를 변화시키는 것이 더 쉽고 바람직하다. pelleting 분석에서 고정 농도 ( 예 : 2 μM)에서 F-actin을 유지하면 고농도의 F-actin 농도에서 비특이적 트래핑이 제한되어 예방됩니다F-actin 농도가 낮은 (<0.5 μM) 경우 해중합. Phalloidin을 사용하여 해중합을 막을 수는 있지만, 이것은 시스템에 잠재적 인 복잡 요인을 유발합니다 (3.3 단계 이상 참조). 고정 농도에서 F – 굴지 유지는 또한 샘플을 통해 F – 액틴 펠렛을 비교 (그리고 정상화)하고 실패한 실험 ( 즉, F – 액틴 펠렛은 매우 가변적이어서 농도에 따른 분석을 막음)을 식별 할 수 있습니다. 마지막으로, 고정 농도에서 F- 굴지를 유지하면 액틴 필라멘트에 대한 결합이 협동인지를 결정할 수 있습니다 ( 그림 1C ).
포화 바인딩
모든 결합 실험에서와 같이, F- 액틴에 대한 결합이 포화되어 있고 단백질 + F- 액틴 플러스의 농도가 중요합니다 ( 그림 1C ). 고원이 없으면 정확한 해리 평형 상수를 계산할 수 없습니다. 따라서,시험 할 희석 시리즈를주의 깊게 계획하고 항상 더 높은 농도의 단백질을 포함하는 것이 중요합니다 ( 예 : 예상 Kd보다 적어도 5 ~ 10 배 이상).
바인딩 분석
측정 된 해리 상수가 결정적이기 위해서는, 관심 단백질에 대한 F-actin상의 결합 부위의 농도가 친 화성보다 훨씬 낮아지는 F- 액틴 농도를 사용하여 분석을 수행해야합니다. 이 기준이 충족되었는지 여부를 확인하려면 Bmax에서 결합 사이트의 농도를 추정하십시오. 예를 들어 [F- 액틴]이 2 μM이고 Bmax = 0.5 인 경우 [결합 부위]는 약 1 μM입니다. K d 는 [결합 부위]보다 적어도 5 내지 10 배 더 커야한다. 측정 된 K d 가 [결합 부위]와 동일한 정도의 크기라면, 관찰 된 결합 곡선은 고친 화성 결합 si의 적정을 나타내는 것이 가능하다tes보다는 진정한 구속 isotherm. 이것이 관찰되면 정확한 친화도를 측정하기 위해 10 배 낮은 F-actin 농도를 사용하여 분석을 반복하십시오. 고친 화성 상호 작용의 경우, phalloidin 안정화 (단계 3.3)는 정확하게 친화도를 측정 할만큼 충분히 낮은 F- 액틴 농도를 달성하는 데 필요할 수 있습니다.
마지막으로, 분석을 수행하고 평가할 때 연구자가 알아야 할 공동 침강 분석의 근본적인 한계가 있습니다. 가장 중요한 것은 공 침강 분석이 진정한 평형 상수를 생성하지 않는다는 것입니다. 원심 분리 과정에서 결합 생성물 ( 즉, 단백질 + F- 액틴)이 반응물과 분리되면 생성물은 해리되어 새로운 평형을 생성 할 수 있습니다. 결과적으로, co-sedimentation assay는 낮은 친화도의 상호 작용을 오산하거나 잘못 검출 할 수 있습니다. 많은 액틴 결합 단백질은 F- 액틴에 대해 낮은 ( 즉, 마이크로 몰러) 친화력을 가지므로, 부정적인 결과 ( <e즉, 검출 할 수없는 결합)이 반드시 단백질이 F- 액틴에 결합하지 않는다는 것을 의미하는 것은 아니다. 대안으로, TIRF 현미경 기반의 단일 필라멘트 결합 분석법은 해리 상수를 결정할 때보다 민감하고 정확합니다 (이 기술에 대한 리뷰, 참고 자료 15,16 참조). 이러한 제한에도 불구하고, pelleting 분석은 대부분의 연구자의 수단에 속하며 단백질이 F-actin에 결합하는지 여부와 상호 작용의 친 화성을 측정 할 수있는 효과적인 도구입니다.
The authors have nothing to disclose.
이 연구는 National Institutes of Health Grant HL127711에 의해 AVK에 의해 지원되었습니다.
Sorvall MTX 150 Micro-Ultracentrifuge | ThermoFisher Scientific | 46960 |
S100-AT3 rotor | ThermoFisher Scientific | 45585 |
Ultracentrifuge tubes – 0.2 ml | ThermoFisher Scientific | 45233 |
Actin, rabbit skeletal muscle | Cytoskeleton | AKL99 |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A8531 |
Polidicanol (Thesit) | Sigma | 88315 |
Phalloidin | ThermoFisher Scientific | P3457 |
Dithiothreitol (DTT) | ThermoFisher Scientific | R0862 |
Adenosine triphosphate (ATP) | Sigma | A2383 |
Imidazole | Fisher Scientific | O3196 |
Sodium Chloride (NaCl) | Fisher Scientific | BP358 |
Magnesium Chloride (MgCl2) | Fisher Scientific | M33 |
Potassium Chloride (KCl) | Fisher Scientific | P217 |
Ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid (EGTA) | Sigma | 3779 |
Odyssey CLx Imaging System | LI-COR | |
Coomassie Brilliant Blue R-250 Dye | ThermoFisher Scientific | 20278 |
Colloidal Blue Staining Kit | ThermoFisher Scientific | LC6025 |