기재된 단백질 은 관심 있는 주어진 단백질및 무표지 질량 분석법의 면역친화성 농축을 사용하여 핵 세포 분획으로부터 단백질 상호작용 파트너를 식별하기 위한 프로테오믹스 워크플로우이다. 워크플로우에는 세포외 분획, 면역 침전, 필터 보조 시료 준비, 오프라인 정리, 질량 분석 법 및 다운스트림 생물 정보학 파이프라인이 포함됩니다.
면역친화 질량 분석법(IP-MS)은 단백질-단백질 상호작용을 식별하는 강력한 정량적 방법으로 부상하였다. 이 간행물은 또한 그밖 세포외 구획에 적용될 수 있는 핵에서 낮은 풍부한 단백질 단백질 상호 작용을 확인하기 위하여 디자인된 완전한 상호 작용 proteomics 워크플로우를 제출합니다. 이 워크플로우에는 세포외 분획, 면역 침전, 샘플 준비, 오프라인 정리, 단일 샷 라벨 없는 질량 분석법, 다운스트림 계산 분석 및 데이터 시각화가 포함됩니다. 우리의 프로토콜은 전체 세포 용해물 (예를 들어, 핵에서 전사 인자 상호 작용)에서 내인성 단백질의 면역 침전에 의해 식별하기 어려운 구획화, 낮은 풍부 상호 작용을 검출하기 위해 최적화되어 있습니다. 분별 된 세포 실. 여기에 설명된 샘플 제제 파이프라인은 HeLa 세포 핵 추출물의 제조, 내인성 미끼 단백질의 면역 친화성 정제 및 정량 질량 분석 분석에 대한 자세한 지침을 제공합니다. 또한 질량 분석 기반 상호 작용 프로파일링 실험에서 대규모 면역 침전을 수행하기 위한 방법론적 고려 사항에 대해 논의하고 진정한 양성 단백질을 구별하기 위한 데이터 품질 평가 지침을 제공합니다. 비특이적 상호 작용에서 상호 작용. 이 접근법은 CMGC 키나아제, DYRK1A, 핵 내의 잘못 정의된 상호작용을 갖는 낮은 풍부 단백질 키나아제의 핵 상호작용을 조사함으로써 여기에서 입증된다.
인간 프로테오메는 안정적인 다분체 복합체 형성과 일시적인 단백질-단백질 상호 작용을 통해 광대한 구조적 및 생화학적 다양성을 나타낸다. 따라서, 관심 있는 단백질에 대한 상호작용 파트너의 식별은 분자 메커니즘을 해명하기 위한 조사에서 일반적으로 요구된다. 선호도 정제 프로토콜의 최근 발전과 고해상도 고속 스캐닝 질량 분석 기의 출현은 단일 편견 없는 실험에서 단백질 상호작용 풍경을 쉽게 매핑할 수 있게 되었습니다.
단백질 상호작용 프로토콜은 일반적으로 관심 있는 단백질을 인식하는 고품질 항체를 요구하지 않고 단백질 상호작용을 식별하기 위해 친화성 태그가 달린 융합 구체를 가진 자궁경화성 발현 시스템을 사용합니다1,2. 그러나 에피토프 태그 기반 방법에는 몇 가지 단점이 있습니다. 에피토프와의 물리적 상호 작용은 비특이적 항화 단백질3의검출을유도할 수 있다. 부가적으로, 단백질의 N-또는 C 단말에 이들 에피토프 태그를 융합하면 네이티브 단백질-단백질 상호작용을 차단하거나, 단백질 폴딩을 방해하여 비생리적 적합성을 촉진할 수있다 4. 더욱이, 자궁경화 발현 시스템은 전형적으로 초생리학적 농도에서 미끼 단백질을 과발현하며, 이는 특히 투여에 민감한 유전자에 대해, 특히 단백질 상호작용의 식별을 초래할 수 있다5. 이러한 문제를 우회하기 위해, 내인성 미끼 단백질은 네이티브 단백질을 인식하는 고품질 항체의 가용성을 가정하고, 관련 상호 작용하는 먹이 단백질과 함께 면역 침전될 수 있다.
여기에 제공된 단백질성 단백질은 예를 들어 CMGC 단백질 키나아제 DYRK1A를 사용하여 내인성 단백질의 핵 상호작용을 검출하기 위한 워크플로우이다. DYRK1A 카피 수, 활성 수준 또는 발현의 중단은 인간에서 심각한 지적 장애를 일으킬 수 있으며, 마우스6,7,8,9에서 배아 치사성을 유발할 수있다. DYRK1A는 동적 시공간 조절10,및 구획화된 단백질 상호작용11,12를나타내며, 상이한 세포내 구획에 특이적인 낮은 풍부 상호작용 파트너를 검출할 수 있는 접근법을 요구한다.
이 프로토콜은 인간 HeLa 세포의 세포 분획을 시토졸 및 뉴클레오플라스 분획, 면역 침전, 질량 분석에 대한 샘플 준비 및 데이터 품질 및 시각화 결과를 평가하기 위한 생물 정보학 파이프라인의 개요를 분석 및 시각화용으로 제공하는 R 스크립트를 사용합니다(그림1) 이 워크플로우에 사용되는 Proteomics 소프트웨어 패키지는 모두 자유롭게 다운로드할 수 있으며 웹 인터페이스를 통해 액세스할 수 있습니다. 소프트웨어 및 계산 방법에 대한 자세한 내용은 제공된 링크에서 자세한 자습서 및 지침을 확인할 수 있습니다.
여기에 설명된 프로테오믹스 워크플로우는 관심 있는 단백질에 대한 고신뢰 단백질 인터랙터를 식별하는 효과적인 방법을 제공합니다. 이 접근 방식은 세포외 분획을 통해 시료의 복잡성을 감소시키고 강력한 시료 준비, 오프라인 시료 정리 및 LC-MS 시스템의 엄격한 품질 관리를 통해 식별 상호 작용 파트너를 늘리는 데 중점을 둡니다. 여기에 설명된 다운스트림 데이터 분석은 미끼와 공정화하는 것으로 확인된 단백질의 간단한 통계적 평가를 가능하게 한다. 그러나, 실험 변수 (규모, 세포주, 항체 선택)의 높은 수로 인해, 각 실험은 데이터 시각화 및 농축에 관한 다른 컷오프 및 고려 사항을 필요로한다.
IP-MS 실험에서 첫 번째 디자인 고려 사항은 상호 작용하는 파트너와 함께 관심 있는 단백질의 공정화에 사용될 항체의 선택입니다. 상업적인 항체의 가용성은 지난 수십 년 동안 인간 단백질의 더 큰 부분을 커버하기 위하여 확장되는 동안, 시약이 제한되는 많은 단백질이 아직도 있습니다. 더욱이, 웨스턴 블롯 검출과 같은 응용을 위해 검증된 항체는 면역 침전 실험에서 표적 단백질의 선택적 농축이 불가능할 수 있다. 대규모 상호작용 프로테오믹스 실험을 수행하기 전에, 90% 동률 10 cm 접시, 또는 동등한 세포 수로부터 IP를 완료하고, 서양 블로팅에 의한 관심 있는 표적 단백질에 대한 프로브를 제안하는 것이 좋습니다. 단일 항체이상이 면역침전에 이용가능한 경우, 단백질의 상이한 부분 내에서 에피토프를 인식하는 다중 항체를 선택하는 것이 추가로 제안된다. 미끼 단백질에 대한 항체의 결합은 가설 상호 작용 파트너를 위해 필요한 결합 인터페이스를 폐색할 수 있다. 미끼 단백질에 대한 이차 에피토프의 선택은 질량 분석 기반 실험에 의해 확인된 상호작용 프로파일의 커버리지를 증가시킬 것이다.
두 번째 주요 고려 사항은 미끼와 공정화로 확인 된 것과 낮은 신뢰 또는 비특이적 인 상호 작용에서 높은 신뢰도 상호 작용을 구별하기위한 적절한 제어의 선택에있다. IP-MS 실험에 대한 가장 엄격한 대조군은 미끼의 CRISPR KO 세포주로부터 면역침전을 완료하는 것이다. 이러한 제어는 미끼 단백질보다는 항체에 직접 결합하는 비특이적 단백질을 식별하고 필터링할 수 있게 합니다. 각 미끼 단백질의 CRISPR KO 세포주 생성이 가능하지 않은 경우, 미끼 항체의 동일한 이소타입의 IgG-비드 조절제가 사용될 수 있다. 여러 종을 나타내는 항체 패널을 사용하는 실험에서, 비드 만 제어의 사용은 적절할 수 있지만 높은 신뢰형 인터랙터로 확인된 거짓 긍정의 비율을 증가시킬 것이다.
IP-MS 실험에 사용된 세포주의 선택은 몇 가지 주요 요인에 의존한다. 단백질 발현 및 국소화는 세포 유형에 크게 의존한다. RNA 발현 추정치는 많은 일반적으로 사용되는 세포주에서 대부분의 유전자에 대해 발견될 수 있지만, 단백질 발현은 RNA 발현과 잘 연관되어 있으며 실험적으로25를결정해야 한다. 미끼 단백질이 매우 낮은 카피 수로 발현되는 세포주는 필요할 수 있는 세포 배양 규모의 급격한 증가와 관련된 문제를 회피하는 것을 피해야 한다. 그러나, 샘플 준비는 매우 낮은 풍부 단백질의 검출을 위해 최적화 될 수 있다는 점에 유의해야한다. 필터 보조 시료 준비(FASP) 방법은 견고하면서도 시료에서 펩티드의 50% 이상 손실을 초래할 수 있다. 단일 냄비 고체 상 강화 샘플 준비 (SP3)는 시료 손실26을최소화하는 질량 분석 분석을위한 샘플을 생성하는 효율적인 방법입니다. 샘플 제제의 SP3 방법에 의해 활성화된 증가된 회복은 검출 한계에 가까운 단백질의 정량화를 위한 이 워크플로우에서 유용한 대안이 될 수 있다.
이 프로테오믹스 워크플로우는 키나아제, E3 유비퀴틴 리가제 및 다분체 복합체의 비계 구성원을 포함한 많은 핵 미끼에 적용되었습니다. 항체 시약의 적절한 검증을 가정할 때, 이 워크플로우를 성공적으로 실행하면 관심 있는 단백질에 대한 고신뢰 단백질 핵 상호작용 파트너가 검출될 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 다운 증후군린다 크닉 연구소에서 W.M.O.에 그랜드 챌린지 보조금과 DARPA 협력 계약에 의해 지원되었다 13-34-RTA-FP-007. 제시 컬랜드와 키라 코졸리노가 원고를 읽고 댓글을 남기는 데 기여한 것에 대해 감사드립니다.
0.25% Trypsin, 0.1% EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
1.5 ml low-rention microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 02-681-320 | |
4-20% Mini PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 4561096 | |
acetone (HPLC) | Thermo Fisher Scientific | A949SK-4 | |
Amicon Ultra 0.5 ml 30k filter column | Millipore Sigma | UFC503096 | |
Benzamidine | Sigma-Aldrich | 12072 | |
benzonase | Sigma-Aldrich | E1014 | |
Chloroacetamide | Sigma-Aldrich | C0267 | |
Dialysis tubing closure | Caroline Biological Supply Company | 684239 | |
DTT | Sigma-Aldrich | 10197777001 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
GAPDH antibody | Santa Cruz Biotechnology | Sc-47724 | |
Glycerol | Fisher Scientific | 887845 | |
Glycine | Sigma-Aldrich | G8898 | |
HeLa QC tryptic digest | Pierce | 88329 | |
HEPES | Fisher Scientific | AAJ1692630 | |
insulin | Thermo Fisher Scientific | 12585014 | |
iodoacetamide | Sigma-Aldrich | I1149 | |
KONTES Dounce homogenizer 7 ml | VWR | KT885300-0007 | |
Large Clearance pestle 7ml | VWR | KT885301-0007 | |
Lysyl endopeptidase C | VWR | 125-05061 | |
Magnesium Chloride | Sigma-Aldrich | 208337 | |
Microcystin | enzo life sciences | ALX-350-012-C100 | |
Nonidet P 40 Substitute solution | Sigma-Aldrich | 98379 | |
p84 antibody | GeneTex | GTX70220 | |
Phosphate Buffered Saline | |||
Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23227 | |
Pierce BSA Protein Digest, MS grade | Thermo Fisher Scientific | 88341 | LCMS QC |
Pierce C18 spin columns | Thermo Fisher Scientific | PI-89873 | |
Pierce Trypsin Protease, MS Grade | Thermo Fisher Scientific | 90057 | For mass spectrometry sample prep |
PMSF | Sigma-Aldrich | P7626 | |
Potassium Chloride | Sigma-Aldrich | P9541 | |
Protein A Sepharose CL-4B | GE Healthcare Bio-Sciences | 17-0780-01 | |
Protein G Sepharose 4 Fast Flow | GE Healthcare Bio-Sciences | 17-0618-01 | |
SDS | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Silica emitter tip | Pico TIP | FS360-20-10 | |
Small Clearance pestle 7ml | VWR | KT885302-0007 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium Fluoride | Sigma-Aldrich | 201154 | |
Sodium metabisulfite | Sigma-Aldrich | 31448 | |
Sodium orthovanadate | Sigma-Aldrich | S6508 | |
Spectra/ Por 8 kDa 24 mm dialysis tubing | Thomas Scientific | 3787K17 | |
TC Dish 150, Standard | Sarstedt | 83.3903 | Tissue culture dish for adherent cells |
TCA | Sigma-Aldrich | T9159 | |
TCEP | Thermo Scientific | PG82080 | |
TFA | Thermo Fisher Scientific | 28904 | |
Thermo Scientific Orbitrap Fusion MS | Thermo Fisher Scientific | ||
Trizma Base | Sigma-Aldrich | T6066 | |
Urea | Thermo Fisher Scientific | 29700 | |
Waters ACQUITY M-Class UPLC | Waters | ||
Waters ACQUITY UPLC M-Class Column Reversed-Phase 1.7µm Spherical Hybrid (1.7 µm, 75 µm x 250 mm) | Waters | 186007484 | nanoflow C18 column |