ロイシンリッチリピートキナーゼ2は、大規模なマルチドメインのキナーゼ、パーキンソン病の最も一般的な遺伝的原因であるの変異です。このタンパク質のキナーゼ活性の分析は、このタンパク質の生物学と機能障害を理解する上で重要なツールであることが証明されている。本論文では、<em> in vitroで</em> LRRK2のキナーゼ活性のアッセイおよびその変異体の選択は、推定上の基質と疾患におけるLRRK2の潜在的な機能不全のリン酸化を調べるために実験システムを提供し、説明しています。
ロイシンリッチリピートキナーゼ2(LRRK2)はGTPaseドメイン(複合タンパク質のRasのために、ROCと呼ばれる)とキナーゼドメイン1を含む複雑な、マルチドメイン構造を有する、タンパク質のROCOファミリーの2527アミノ酸のメンバーです。パーキンソン病(PD)を引き起こすLRRK2の突然変異の2004年の発見は、その正常な機能の研究の膨大な量の焦点であることLRRK2をもたらし、どのようにタンパク質が病気の状態2,3でゆがんで行く。 LRRK2の機能への初期の調査では、その酵素活性4-6焦点を当てた。鮮明な画像が変異によりこれらの一貫した変化の出現にまだあるが、グループの数のデータは、突然変異7,8にリンクされている細胞死におけるLRRK2のキナーゼ活性の重要性を強調している。最近の出版物は、主要な実験ツール9-11を提供し、LRRK2のキナーゼ活性を標的とする阻害剤を報告している。これらのデータに照らして、それ彼らはパーキンソン病のための潜在的な創薬ターゲットであるかどうか議論の余地があるがLRRK2の酵素的性質は、このタンパク質の生物学への私たちに重要なウィンドウを買う余裕がいる可能性があります。
異なるアプローチの数は、アッセイLRRK2のキナーゼ活性をするために使用されている。当初は、アッセイはアッセイで、哺乳動物細胞株で過剰発現し、免疫エピトープタグ融合タンパク質を用いて実施されたアガロースビーズ4,5,7に固定化されたこのタンパク質を用いて行った。その後、溶液中のLRRK2の組み換え断片を精製することもLRRK2 12の2527年に残基970を含む昆虫細胞から精製されたGSTタグ付きフラグメントは、例えば、使用されている。最近、ダニエルらヒト胚性腎細胞からのソリューションの完全な長さのLRRK2の分離を報告した、しかし、この蛋白質は13広く利用されていないです。対照的に、LRRK2のGST融合切断型が市販さavailablですE(Invitrogen社から、詳細は表1を参照)、およびLRRK2のキナーゼ活性のアッセイを実証するための便利なツールを提供しています。 LRRK2のキナーゼ活性のためのいくつかの異なる出力が報告されている。モエシンにおけるスレオニン558のリン酸化に基づいて名付けられたLRRKtide、 – – LRRK2自体の自己リン酸化、人工基質の一般的なキナーゼの基質とリン酸化などのミエリン塩基性タンパク質(MBP)のリン酸化は、すべての推定生理学的基質のシリーズを持っているとして、使用されているα-シヌクレイン、モエシンと4 – EBP 14-17など。 LRRK2の基質として、これらのタンパク質の状態は不明のままである、とそのようなプロトコルは以下に説明するようにすると、潜在的な基質の範囲に対して向けられたアッセイLRRK2のキナーゼ活性には、このシステムの有用性を指摘し、汎用的な基質としてMBPを使って焦点を当てます。
本論文では、in vitroの系で使用してLRRK2のキナーゼ活性を測定するための基本的なプロトコルを説明しています。簡潔の利益のために、これは一般的な基板を使用して1時間のエンドポイントのテンプレートに限らず、一般的なプロトコルは、潜在的な基質の範囲に適用し、LRRK2のキナーゼ活性の動態を調べる、より高度な分析に適しているされています。これは、このようなタンパク質のキナーゼの挙動を調べるためにin vitroの系で使用しての重要な利点の一つに焦点を当てています。酵素と基質の濃度を完全に制御があるので、それは運動データを生成し、K mを計算することが可能です。反応のためとVmax値。より詳細な速度論的評価のためにまたは推定される阻害剤の影響を評価する、より高いスループットのシステムは、(そのようなLRRKtide基板を使用することによって与えられるものと、Invitrogen社から入手可能)に優れalternatiですここで説明したアプローチにVEの使い方。
それが重要である、しかし、in vitroでのキナーゼアッセイでで提供される還元主義モデルシステムであることを認識するが、1つのツールでは、キナーゼおよび潜在的な基質との関係の生物学を検討する。このようなアッセイからのデータは、キナーゼは、in vitroおよび細胞の文脈でどのように動作するかの包括的な画像を得るために他のアプローチと組み合わせて使用する必要があります。例えば、in vitroでリン酸化推定基板は、その後、機能を調べるために標的特異的変異誘発( 例えば、。などアラニンなどなし-リン酸化可能な残基にセリンまたはスレオニンリン酸受容体の残基を変換する)ことによって操作できる可能phosphositesを識別するために、質量分析によって解析することができますリン酸化のex vivoでの結果。
このようなin vitroでのアッセイシステムからデータの解釈に重要な考慮事項は、eitheの可能性です。RタイプIまたはタイプII(偽陽性または偽陰性)のエラー。このシステムの還元主義の性質が、残念ながら両方にそれを破棄する – 前者の場合には、精製された推定上の基質を有する人工的に近く、かつ高濃度(細胞環境と比較して)でのキナーゼを精製することartefactualリン酸化事象が発生する可能性があります。逆に、多くのキナーゼは、細胞のコンテキスト内で複合体の一部として機能し、発生する特定の基質のリン酸化のために補助因子を必要とする。上述したように、推定上の基質のリン酸化から肯定的な結果は 、in vitro のアッセイ系で使用しては、その結果を検証するためのセルラーシステムでテストする必要があります、と否定的な結果は慎重に解釈されるべきである。
これに照らして、それは興味のあるキナーゼの活性の比較研究を可能にするために、正と負の両方のコントロールを持つことが可能どこが重要です。正のcontroの慎重な選択あなたの推定上の基質をリン酸化する可能性は低いネガティブコントロールと一緒に、目的のタンパク質に向かって、既知の活性を有するLは、非常に貴重です。 LRRK2のための一つの候補のコントロールは、LRRK2のキナーゼドメインに密接に関連する一次配列を持っているが、非常に異なる全体的なドメイン構造18を有するキナーゼ3を、相互作用する受容体です。これは、Invitrogenから組換えタンパク質として利用可能であり、当研究室で標準のコントロールとして使用されます。
これは、LRRK2の市販の形態は、タンパク質のN末端を欠いているとグルタチオン- S -トランスフェラーゼとは、このタグ付けされているこのタンパク質をキナーゼアッセイを行う際に、潜在的な交絡因子として考慮されるべきであることにも留意する必要があるそれが知られていないとして、LRRK2のN末端は、このタンパク質の正常な機能にどのような役割を果たす可能性があります。例えば、タンパク質には存在しないLRRK2のN末端部分は、このプロトコルで使用する場合、その後、これは上述のin vitroの系で基板を前記観測されたリン酸化に大きな影響を与えるLRRK2のキナーゼドメインに特異的な基質の動員に重要である。
てもこれらの点に注意し、しかし、パーキンソン病研究にLRRK2の生物学に接続されている重要性は、in vitroでの設定でこの蛋白質の動作を調べるための貴重なツールとして、このプロトコルの有用性を強調。
The authors have nothing to disclose.
著者は、パーキンソン病、英国研究員(助成F1002)です。この作品は、メンバーが神経のUCL大学、シェフィールド大学とMRCのタンパク質リン酸化のユニットでからのものである英国パーキンソン病のコンソーシアムへの神経変性賞でウェルカムトラスト/ MRCジョイントコール(WT089698)(UKPDC)によって部分的にサポートされていましたダンディーの大学。
Reagent | Company | Catalogue Number | Comment |
LRRK2 wild type | Invitrogen | PV4873 | |
LRRK2 G2019S | Invitrogen | PV4881 | |
LRRK2 D1994A | Invitrogen | PV6051 | |
Kinase buffer | Cell Signalling | 9802S | |
MBP | Sigma | M1891 | |
32P g ATP | Perkin Elmer | BLU002X500UC | 500µCi, 30Ci /mMole |
4x LDS sample buffer | Invitrogen | NP0007 | |
2-Mercaptoethanol | Sigma | M6250 | |
Protein standards | Invitrogen | LC5800 | |
MOPS running buffer | Invitrogen | NP0001 | |
Bis-tris acrylamide gel | Invitrogen | NP0321 | 4-12% 1mm 10well |
PVDF membrane | Millipore | IPVH00010 | |
Transfer buffer | Invitrogen | NP0006 |
Table 1. Reagents
Distilled and de-ionized water was used for all dilution steps
Equipment type | Company | Comment |
Geiger counter | Mini Instruments | |
SDS PAGE tank | Invitrogen | |
Transfer tank | Invitrogen | |
Heat blocks (2) | Eppendorf | |
Phosphor screen | GE | X-ray film can be substituted |
Phosphor imager | GE | |
Exposure cassette | GE | |
Centrifuge | Eppendorf | |
Perspex shielding | ||
1.5ml tubes | VWR | Screw top with O ring |
Table 2. Equipment