这是一项研究细胞内蛋白-蛋白质相互作用的协议, 基于生物素-素下拉系统, 具有新颖性的单元穿透序列结合。主要的优点是, 目标序列是用活细胞来培养的, 而不是细胞裂解, 因此相互作用将发生在细胞环境中。
在这里, 我们提出了一个协议来研究细胞内蛋白质-蛋白质相互作用, 是基于广泛使用的生物素-素下拉系统。所提出的修改包括该技术与细胞穿透序列的结合。我们建议设计出细胞穿透性的诱饵, 可以用活细胞而不是细胞裂解, 因此发现的相互作用将反映出在细胞内环境中发生的那些。Connexin43 (Cx43), 一种形成缝隙连接通道和 hemichannels 的蛋白质在高等级胶质瘤中被下调。由氨基酸266-283 组成的 Cx43 区是抑制胶质瘤细胞致癌活性的罪魁祸首。在这里, 我们使用作为细胞穿透序列, 生物素作为下拉标签和 Cx43 的区域组成之间的氨基酸266-283 作为目标, 发现细胞内相互作用的 hard-to-transfect 人脑胶质瘤干细胞。所提出的方法的一个局限性是, 作为诱饵的分子可能无法正确折叠, 因此, 发现的相互作用不能与影响。然而, 这种方法对于信号转导通路中的相互作用尤其有趣, 因为它们通常是由固有无序的区域进行的, 因此它们不需要有序折叠。此外, 该方法的优点之一是可以很容易地研究各残留物在相互作用中的相关性。这是一个模块化系统;因此, 其他的细胞穿透序列, 其他标记, 和其他的胞内靶可以使用。最后, 该协议的范围远远超出蛋白质-蛋白质的相互作用, 因为这个系统可以应用于其他生物活性的货物, 如 RNA 序列, 纳米粒子, 病毒或任何分子, 可以转与细胞穿透序列和融合到下拉标签研究他们的细胞内作用机制。
蛋白质与蛋白质的相互作用对于多种细胞过程是必不可少的。为了充分理解这些过程, 需要在复杂的胞内环境中识别蛋白质相互作用的方法。一个最常用的方法来识别蛋白质的相互作用的伙伴是使用该蛋白或模拟肽的一部分, 该蛋白质作为诱饵的亲和力下拉实验后, 检测结合蛋白。由于素和生物素的亲和力、特异性和稳定的相互作用, 素-生物素系统经常被使用,1,2。通常, 生物素是共价键与诱饵 (蛋白质或肽) 和经过一段时间的孵化与细胞裂解允许建立相互作用, 化诱饵绑定到其胞内伙伴是拉下来与素或素衍生物与支撑珠共轭。然后, 在洗涤、洗脱和分析后用变性电泳法检测诱饵蛋白相互作用。这项技术的一个问题是, 兴趣蛋白与细胞内伙伴之间的相互作用发生在细胞环境之外。这对于信号传导通路中的相互作用尤其重要, 因为它们发生在特定的细胞内位置, 它们是瞬态的, 它们通常是由不丰富的蛋白质进行的。因此, 在细胞裂解中, 这些相互作用可以被其他更丰富的蛋白质或通常不接近的蛋白质所掩盖。
细胞穿透肽 (简称南常委会) 是短肽 (≤40氨基酸), 主要由阳离子氨基酸组成, 能够将广泛的分子输送到几乎所有的细胞3。诸如蛋白质、质粒 DNA、siRNA、病毒、成像剂和各种纳米粒子等货物已被共轭到南南常委会并有效地内化4,5。由于这种传输能力, 他们也被称为蛋白质转导域 (PTDs), 膜转运序列 (劳动), 和特洛伊肽。在南南常委会中, 来自 HIV 反蛋白达6的达多肽已成为最广泛研究的7、8、9之一。达是一种 nonapeptide, 含有6的精氨酸和2的赖氨酸残留物, 因此是高阳离子。替代研究表明, 净正电荷是必要的, 与等离子体膜的真核细胞的静电相互作用, 并随后内部化10。同样地, 在其他的南南常委会, 积极带电的达强结合静电的各种消极带电的物种存在于细胞膜的胞外表面, 包括脂质头组, 糖蛋白和蛋白3,10. 由达胞运送的生物活性货物立即免费进入其细胞内伙伴。
在这里, 我们提出了一个方法, 结合了达 CPP 与生物素研究细胞内相互作用。目的是通过将靶生物与生物素融合, 设计出细胞穿透性诱饵。这一建议的主要优点是诱饵和它的合作伙伴之间的相互作用将在其蜂窝环境中进行。为了显示这种方法的有效性, 我们使用了一个小序列的蛋白质 Cx43, 已经报告了互动细胞与 proto-oncogene c Src11,12,13。Cx43 是一种整体膜蛋白, 广泛表达于星形胶质细胞14中, 在高等级胶质瘤中被下调, 是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤15、16、17 ,18。先前的研究表明, 与 c-Src (人体 Cx43 中的氨基酸266-283 相互作用的 Cx43 区;Pubmed: P17302) 融合到达 (TAT-Cx43266-283) 抑制 c-Srcin 胶质瘤细胞和胶质瘤干细胞的致癌活动 (GSCs)19,20,21。为了设计胞内诱饵, Cx43266-283已在 N 总站 (TAT-Cx43266-283) 和 C 端 (TAT-Cx43266-283-b) 上的生物素融合到了一起。该策略已成功地应用于大鼠胶质瘤 C6 细胞系中, 以确定 c-src、c-端 src 激酶 (沉) 和磷酸酶和张力同源 (PTEN) 为 Cx43 的这一区域的胞内合作伙伴20。在这里, 我们描述这个方法测试它的功效在人类 GSCs, 这是非常相关的胶质瘤治疗, 但更难染比 non-stem 胶质瘤细胞。
有许多方法来研究蛋白质-蛋白质相互作用。本研究提出的方法是基于广泛使用的生物素-素下拉系统, 其中化诱饵孵化与细胞裂解, 允许建立相互作用。本研究中所提出的修正方法包括将该技术与细胞穿透序列相结合。我们建议设计出细胞穿透性的诱饵, 可以用活细胞而不是细胞裂解来孵育, 因此发现的相互作用将反映出细胞环境中发生的那些。
在这里, 我们使用作为细胞穿透序列, 生物素作为下拉标签和 Cx43 的区域组成之间的氨基酸266-283 作为目标, 发现细胞内相互作用的人 GSCs。Cx43 和 c Src 之间相互作用的结构基础是众所周知的11,12。这是一个重要的交互作用, 因为它抑制了胶质瘤细胞的致癌活性24,13。事实上, 南太常委会包含这个区域 (TAT-Cx43266-283) 模仿 Cx43 胶质瘤细胞的 antioncogenic 属性19,20,21。在大鼠胶质瘤 C6 细胞中, TAT-Cx43266-283抑制 c 型 src 的机制包括与其内源性抑制剂沉和 PTEN20一起招募 c-src。应该提到的是, GSCs 是非常有趣的, 作为一个目标, 在胶质瘤治疗, 因为他们构成了一个亚群, 是抵抗常规治疗, 因此负责复发的这种恶性脑肿瘤27。此外, 它们是 hard-to-transfect 细胞, 因此对细胞内相互作用的研究变得更加困难。南南常委会在 GSCs19中迅速而有效地内化, 有利于它们用于细胞内相互作用的研究。在这项研究中, 使用与生物素融合, 我们确认 Cx43266-283序列与 c Src 的相互作用, 连同其内源性抑制剂沉和 PTEN 在人类 GSCs。
该方法对研究生物活性物质的胞内机制具有很强的作用。然而, 确定化细胞穿透饵的生物学效应与 non-biotinylated 的生物作用不同, 是非常重要的。这一步是必须的关联的互动发现的作用, 生物活性化合物。此外, 该化合物的稳定性, 它可能的降解蛋白酶及其可能的毒性, 应仔细测试, 并考虑在计划试验。在所示的示例中, TAT-Cx43266-283对 G166 人 GSCs 的抗效果以前已被记录为20。在本研究中, 我们确认 TAT-Cx43266-283-b 和 TAT-Cx43266-283的抗效果非常相似。此外, 细胞形态学分析显示, α-蛋白和 f-肌动蛋白分布是非常相似的 G166 GSCs 处理 TAT-Cx43266-283-b 或与 TAT-Cx43266-283。总之, 这些结果表明, 在 TAT-Cx43266-283的 c 端包含生物素并没有改变这种化合物对人类 GSCs 的影响。然而, 如果生物素将改变活性分子的作用, 其他标记为蛋白质纯化可以被测试, 例如旗子八 (DYKDDDDK)28, 人流感血来源标记 HA (YPYDVPDYA) 或谷胱甘肽s-转移酶 (GST)29。同样, 如果达不针对细胞的兴趣群体, 其他细胞穿透序列, 如 penetratin, MPG (为审查, 参见30) 或单元格特定序列可以使用31。
除了研究与目标序列具体交互的蛋白质之外, 理想的情况是, 与控制和目标序列相互作用的蛋白质的存在, 以及与它们不相互作用的蛋白质, 如正负控制, 应解决.在这个意义上, 我们发现 Cav-1 在控制和处理的情况下, 表明囊已经参与了内部化的机制, 因为它以前已经显示了26。此外, FAK, 与 c-Src, 但不应与 Cx43 c 终端互动, 在控制和处理的情况下都缺席。这些结果增强了 TAT-Cx43266-283-b、 c Src、沉和 PTEN 之间相互作用的特殊性。为了证实该协议的结果, 共焦显微镜可以用来可视化的分布, 相互作用的蛋白质和研究他们的共存。因此, 我们发现, TAT-Cx43266-283-b 和 c-Src 表现出一个类似的细胞内分布与一些点的共存确认的结果得到了下拉实验。事实上, TAT-Cx43266-283-b 分布在等离子体膜附近, 这意味着在这项研究中, Cx43266-283将该分子定向到其胞内伙伴。
所提出的方法的一个局限性是, 作为诱饵的分子可能无法正确折叠, 并没有发现预期的效果。在这种情况下, 发现的交互不能与效果关联。但是, 这种方法对于信号转导通路中的相互作用尤其有趣, 因为它们通常是由本质上无序的区域32进行的, 因此它们不需要有序折叠。此外, 该方法的优点之一是可以遵循交互的时间过程, 这与瞬态交互尤其相关。此外, 每个残留物对相互作用的相关性可以很容易地研究。事实上, 有可能研究后修饰对蛋白质-蛋白质相互作用的相关性, 例如, 通过 phosphomimetic 取代谷氨酸为丝氨酸或苏氨酸。同样, 用丝氨酸或苏氨酸代替丙氨酸或酪氨酸, 可以检测 non-phosphorylatable 丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的作用.为了模拟磷-酪氨酸, 最准确的方法是 Tyr 对 p-Tyr33的替换。
最后, 这个协议的范围是远远超出蛋白质-蛋白质的相互作用, 因为这个系统可以应用于其他生物活性的货物, 如 RNA 序列, 纳米粒子, 病毒或其他分子, 可以融合到素和转与 CPP 研究他们的细胞内作用机制。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢 m. 莫拉莱斯和 j. 布拉沃的帮助与设计的南太常委会和 j.c valo 为他的帮助下的下一项协议。我们感谢德尔雷伊的技术援助。这项工作得到了西班牙 Ministerio de Economía y Competitividad 的支持;菲德 BFU2015-70040-R, 西班牙, 卡斯蒂利亚-莱昂菲德 SA026U16 和基金会拉蒙 Areces。Jaraíz-罗德里格斯和冈萨雷斯-桑切斯是来自卡斯蒂利亚·莱昂和欧洲社会基金的奖学金获得者。
G166 GSC line | BioRep | ||
RHB-A stem cell medium | Takara | Y40001 | |
Laminin Mouse Protein | Invitrogen, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | 23017-015 | 10 µg/ml |
B-27 Serum free Supplement (50X) | Invitrogen, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | 17504-044 | 2% |
N-2 Supplement (100x) | Invitrogen, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | 17502-048 | 1% |
Recombinant Human EGF | Peprotech | AF-100-15 | 20 ng/ml |
Recombinant Human b-FGF | Peprotech | AF-100-18B | 20 ng/ml |
PBS pH 7.4: In deionized water, 136 mM NaCl ; 2.7 mM KCl; 7.8 mM Na2HPO4·2H2O ; 1.7 mM KH2PO4 | |||
Accutase | Sigma | A6964 | |
Cryostor CS10 cryopreservation medium | StemCell Technologies | 7930 | |
TAT | GenScript | – | Custom made |
TAT-B | GenScript | – | Custom made |
TAT-Cx43266-283 | GenScript | – | Custom made |
TAT-Cx43266-283-B | GenScript | – | Custom made |
Alexa Fluor 594 Phalloidin | Molecular Probes, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | A1275737 | 1/20 |
Monoclonal α-tubulin mouse antibody | Sigma-Aldrich | T9026 | 1/500 |
4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Molecular Probes, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | 1.25 mg/ml | |
Pierce™ NeutrAvidin™ Agarose | ThermoFisher Scientific | 29200 | |
Protein lysis buffer: 5 mM Tris-HCl (pH 6.8), 2% (w/v) SDS, 2 mM EDTA , 2 mM EGTA | |||
Protease Inhibitor Cocktail Set III. EDTA-Free | Calbiochem, Bionova | 539134 | 1/100 (v/v) |
Sodium Fluoride | PanReac AppliChem | 141675 | 1 mM |
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | 1 mM |
Sodium orthovanadate | Sigma-Aldrich | S6508 | 0.1 mM |
Laemmli buffer: (4x: 0.18 M Tris-HCl pH 6.8; 5 M glycerol; 3.7 % (w/v) SDS; 0.6 M β-mercaptoethanol or 9 mM DTT ; 0.04% (v/v) bromophenol blue (BB) . | 1X | ||
Xcell 4 SureLock Midi-Cell Electrophoresis System | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | WR0100 | |
NuPAGE Novex Bis-Tris Midi-Gels 4-12% | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | WG1402box | |
NuPAGE MOPS SDS Running Buffer (20X) | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | NP0001 | 1X |
NuPAGE Transfer Buffer 20x | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | NP0006 | 1X |
Precision Plus Protein Dual Color Standard | Bio-Rad | 161-0374 | |
iBlot 2 NC Regular Stacks (nitrocellulose membranes) | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | IB23001 | |
iBlot 2 Dry Blotting System – Gel transfer device | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | IB21001 | |
10% Ponceau S Solution (0.1% Ponceau (w/v) in 5% acetic acid (v/v)) in water | Sigma | P7170 | |
FAK polyclonal rabbit antibody | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | AHO0502 | 1/500 |
Src polyclonal rabbit antibody | Cell Signalling (WERFEN) | 2108S | 1/500 |
Csk polyclonal rabbit antibody | Cell Signalling (WERFEN) | 4980 | 1/500 |
PTEN polyclonal mouse antibody | Cell Signalling (WERFEN) | 9552 | 1/500 |
Caveolin-1 polyclonal rabbit antibody | Abcam | ab2910 | 1/1000 |
Goat anti-mouse IgG-HRP antibody | Quimigen, Santa Cruz Biotechnology | Sc-2005 | 1/5000 |
Goat anti-rabbit IgG-HRP antibody | Quimigen, Santa Cruz Biotechnology | SC-2030 | 1/5000 |
Western Blotting Luminol Reagent | Santa Cruz Biotechnology | SC-2048 | |
Src polyclonal rabbit antibody | Cell Signalling (WERFEN) | 2108S | 1/500 |
Antibody solution: PBS, 10% FBS, 0.1 M lysine, 0.02% sodium azide | |||
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG | Invitrogen, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | A11029 | 1/1000 |
Cy2-conjugated streptavidin | Jackson ImmunoResearch | 016-220-089 | 1/500 |
MicroChemi Luminescence system | DNA Bio-Imaging Systems | ||
Dead Cell Apoptosis Kit with Annexin V Alexa Fluor® 488 & Propidium Iodide (PI) | Molecular Probes, Life Technologies, ThermoFisher Scientific | V13241 | 1/500 |
SlowFade Gold antifade reagent | Life Technologies, ThermoFisher Scientific | S36936 | |
Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT) | Sigma-Aldrich | M2128 | |
Dimethyl sulfoxide for UV-spectroscopy, >=99.8% (GC) | Honeywell | 41641-1L | |
Appliskan 2001 | Thermo Electron Corporation, Thermo Scientific |