概要

非还原 SDS-PAGE 分析与化学交联相结合, 检测培养基细胞中的多物质配合物, 以确认培养中的多物质配合

Published: May 02, 2019
doi:

概要

长期以来, 人们一直知道二硫化的联系可以稳定许多蛋白质的结构。通过非还原 SDS-PAGE 分析, 是分析通过这些联系稳定的多聚体复合物的一种简单方法。本文通过对人骨骨肉瘤细胞系 U-2 OS 的 dUTPase 核等形态的分析, 说明了该方法的应用。

Abstract

许多蛋白质的结构是通过共价二硫连接稳定的。在最近的工作中, 这种债券也被归类为翻译后的修改。因此, 能够研究活细胞中的这种修饰是很重要的。通过两步法进行非还原 SDS-PAGE 分析和甲醛交联, 是分析这些半胱氨酸稳定多聚体复合物的一种简单方法。这种两步法由于技术简单、运行成本低, 有利于发现通过二硫化连接稳定的多质配合物的第一步。在这里, 通过对 utpase 核等形式的具体分析, 用人骨骨肉瘤细胞系 U-2 os 对该方法进行了说明。

Introduction

长期以来, 人们一直知道二硫化的联系可以稳定许多蛋白质的结构。在最近的工作中, 这种键也被归类为可逆的翻译后修饰, 作为一个基于 cystein 的 “氧化还原开关”, 允许调节蛋白质功能, 位置和相互作用1,2, 3,4。因此, 能够研究这种修改是很重要的。通过非还原 SDS-PAGE 分析 5, 是分析这些半胱氨酸稳定多聚类复合物的一种简单方法。SDS-PAGE 分析是许多实验室使用的一种技术, 在这种技术中, 可以快速、轻松、以最低的成本快速获得和解释结果, 并且比用于识别质谱等二硫联系的其他技术更有利. ,7和圆形二色 8.

确定这种方法是否是有助于研究的适当技术的一个重要步骤是彻底检查感兴趣的蛋白质的主要序列, 以确保存在半胱氨酸残留物。另一个有用的步骤是研究任何以前发表的晶体结构或使用生物信息学应用来探索感兴趣的蛋白质的三维结构, 以可视化半胱氨酸残渣可能位于何处。如果残渣存在于外部表面, 它可能是一个更好的候选物, 以形成一个二硫化链接, 而不是半胱氨酸残留物埋在结构内部。然而, 重要的是要注意的是, 蛋白质可能会在底物相互作用或蛋白质-蛋白质相互作用时发生结构性变化, 从而使这些残留物也暴露在环境中。

然后, 可以用化学交联法使用甲醛来验证已鉴定的多聚体配合物。甲醛是这种验证技术的理想交联剂, 因为细胞渗透率高, 交联跨度短, 约 2-3, 确保检测特定的蛋白质-蛋白质相互作用9,10。本文通过对人骨骨肉瘤细胞系 U-2 OS 11 的核异态分析, 说明了该方法的应用.然而, 该协议可适用于其他细胞系、组织和生物。

Protocol

1. 使用碘乙酰胺阻断游离半胱氨酸残留量 在6厘米2盘中生长 u-2 os细胞, 在 5% co2 中, 在含有10% 胎儿牛血清和1% 丙酮酸钠的最低必要培养基中生长 u-2 os 细胞, 达到 50%-60% 融合. 在使用前, 制作 10 mM 碘乙酰胺的新鲜库存, 然后丢弃任何未使用的试剂。 直接在细胞培养基中加入 0.1 mM 的最终浓度碘乙酰胺。在室温下轻轻摇晃两分钟。 2. 收集?…

Representative Results

核 Utpase 通过位于每个单体蛋白11的第三氨基酸上的两个半胱氨酸残基的相互作用, 形成分子间二硫醚链状, 形成稳定的二聚体结构.图 1a, b对此进行了演示。为了确保这种二价联系不是由于不减少环境中的移徙异常而产生的非特异性相互作用, 必须纳入适当的控制。值得注意的是, 核 dUTPase 是人类中存在的四种异形之一。?…

Discussion

本文概述的方法为通过二硫连接稳定的多聚体配合物的分析提供了一种直接的协议。该协议可以很容易地适应其他细胞培养系、组织和生物, 允许广泛的应用。

这一过程中的一个重要步骤是确保二硫连接不是提取过程的结果。任何游离半胱氨酸残留物都可以使用碘乙酰胺13阻止。这种烷基化剂通过其硫醇基团与半胱氨酸残基共价结合, 阻止新二硫醚键的形成?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢詹妮弗·费舍尔博士为纯化 dUTPase 多克隆抗体和 Kerri Ciccaglione 所做的努力, 为帮助编辑这份手稿所做的一切努力。这项研究得到了新泽西卫生基金会赠款的部分支持 (赠款 #PC 11-18)。

Materials

16% precast TGX gels ThermoFisher Xp00160
175 cm2 Flask Cell star 658175
18CO ATCC CRL-1459
6 cm2 dish VWR 10861-588
A549 ATCC CCL-185
Amersham ECL detection kit GE 16817200
Blot transfer apparatus Biorad 153BR76789
BME Sigma Aldrich M3148
Bradford protein reagent Biorad 5000006
Bromophenol Blue
BSA Cell signaling 99985
Cell lysis buffer Cell signaling 9803
Centrifuge Eppendor 5415D
DMEM Gibco 11330-032
Drill
EDTA Sigma Aldrich M101
Electrophoresis apparatus Invitrogen A25977
Extra thick western blotting paper ThermoFisher 88610
Fetal bovine serum Gibco 1932693
Formaldehyde ThermoFisher 28908
Glass-teflon homogenizer
Glycerol Sigma Aldrich 65516
Glycine RPI 636050
Heat block Denville 10285-D
Hepes Sigma Aldrich H0527
Hydrochloric acid VWR 2018010431
Iodoacetamide ThermoFisher 90034
Kimwipe Kimtech 34155
Methanol Pharmco 339000000
Non-fat dry milk Cell signaling 99995
PBS Sigma Aldrich P3813
PMSF Sigma Aldrich 329-98-6
Posi-click tube Denville C2170
Power supply Biorad 200120
Prestained marker ThermoFisher 26619
PVDF membrane Biorad 162-0177
Rocker Reliable Scientific 55
Saos2 ATCC HTB-85
SDS Biorad 161-0302
Secondary antibody Cell signaling 70748
Small cell scraper Tygon S-50HL class VI
Sodium chloride RPI S23020
Sodium pyruvate Gibco
Sonicator Branson 450
Sponge pad for blotting Invitrogen E19051
Stir plate Corning PC353
Sucrose Sigma Aldrich S-1888
Tris Base RPI T60040
Tris Buffered Saline, with Tween 20, pH 7.5 Sigma Aldrich SRE0031
Tris-Glycine running buffer VWR J61006
Triton X-100 Sigma Aldrich T8787
Tween 20 Sigma Aldrich P9416
U-2 OS ATCC HTB-96
X-ray film ThermoFisher 34090

参考文献

  1. Klomsiri, C., Karplus, P. A., Poole, L. B. Cysteine-based redox switches in enzymes. Antioxidants and Redox Signaling. 14 (6), 1065-1077 (2011).
  2. Antelmann, H., Helmann, J. D. Thiol-based redox switches and gene regulation. Antioxidants and Redox Signaling. 14 (6), 1049-1063 (2011).
  3. Brandes, N., Schmitt, S., Jakob, U. Thiol-based redox switches in eukaryotic proteins. Antioxidants and Redox Signaling. 11 (5), 997-1014 (2009).
  4. Groitl, B., Jakob, U. Thiol-based redox switches. Biochimica et Biophysica Acta. 1844 (8), 1335-1343 (2014).
  5. Stern, B. D., Wilson, M., Jagus, R. Use of nonreducing SDS-PAGE for monitoring renaturation of recombinant protein synthesis initiation factor, eIF-4 alpha. Protein Expression and Purification. 4 (4), 320-327 (1993).
  6. Gorman, J. J., Wallis, T. P., Pitt, J. J. Protein disulfide bond determination by mass spectrometry. Mass Spectrometry Reviews. 21 (3), 183-216 (2002).
  7. Li, X., Yang, X., Hoang, V., Liu, Y. H. Characterization of Protein Disulfide Linkages by MS In-Source Dissociation Comparing to CID and ETD Tandem MS. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. , (2018).
  8. Kelly, S. M., Price, N. C. The use of circular dichroism in the investigation of protein structure and function. Current Protein and Peptide Science. 1 (4), 349-384 (2000).
  9. Klockenbusch, C., Kast, J. Optimization of formaldehyde cross-linking for protein interaction analysis of non-tagged integrin beta1. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2010, 927585 (2010).
  10. Gavrilov, A., Razin, S. V., Cavalli, G. In vivo formaldehyde cross-linking: it is time for black box analysis. Briefings in Functional Genomics. 14 (2), 163-165 (2015).
  11. Rotoli, S. M., Jones, J. L., Caradonna, S. J. Cysteine residues contribute to the dimerization and enzymatic activity of human nuclear dUTP nucleotidohydrolase (nDut). Protein Science. , (2018).
  12. Caradonna, S., Muller-Weeks, S. The nature of enzymes involved in uracil-DNA repair: isoform characteristics of proteins responsible for nuclear and mitochondrial genomic integrity. Current Protein and Peptide Science. 2 (4), 335-347 (2001).
  13. Macpherson, L. J., et al. Noxious compounds activate TRPA1 ion channels through covalent modification of cysteines. Nature. 445 (7127), 541-545 (2007).
  14. Carey, M. F., Peterson, C. L., Smale, S. T. Chromatin immunoprecipitation (ChIP). Cold Spring Harbor Protocols. 2009 (9), (2009).

Play Video

記事を引用
Rotoli, S. M., Caradonna, S. J. Combining Non-reducing SDS-PAGE Analysis and Chemical Crosslinking to Detect Multimeric Complexes Stabilized by Disulfide Linkages in Mammalian Cells in Culture. J. Vis. Exp. (147), e59483, doi:10.3791/59483 (2019).

View Video