We describe here a method to identify multiple phosphorylations of an intrinsically disordered protein by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR), using Tau protein as a case study. Recombinant Tau is isotopically enriched and modified in vitro by a kinase prior to data acquisition and analysis.
Aggregates of the neuronal Tau protein are found inside neurons of Alzheimer’s disease patients. Development of the disease is accompanied by increased, abnormal phosphorylation of Tau. In the course of the molecular investigation of Tau functions and dysfunctions in the disease, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is used to identify the multiple phosphorylations of Tau. We present here detailed protocols of recombinant production of Tau in bacteria, with isotopic enrichment for NMR studies. Purification steps that take advantage of Tau’s heat stability and high isoelectric point are described. The protocol for in vitro phosphorylation of Tau by recombinant activated ERK2 allows for generating multiple phosphorylations. The protein sample is ready for data acquisition at the issue of these steps. The parameter setup to start recording on the spectrometer is considered next. Finally, the strategy to identify phosphorylation sites of modified Tau, based on NMR data, is explained. The benefit of this methodology compared to other techniques used to identify phosphorylation sites, such as immuno-detection or mass spectrometry (MS), is discussed.
21. yüzyılda sağlık temel güçlüklerden biri gibi Alzheimer hastalığı (AH) gibi nörodejeneratif hastalıklar bulunmaktadır. Tau mikrotübül (MT) oluşumunu teşvik eden bir mikrotübüle bağlı proteindir. Tau eşit çeşitli nörodejeneratif hastalıkların iyi bilinen AD olduğu sözde tauopatıler, yer almaktadır. Bu hastalıklarda, Tau çiftlenmiş helezon şeklinde lifler (PHF'ler) kendine gruplar ve fosforilasyon 1 ile posttranslasyonel modifikasyonlar (PTMS) birçok kalıntıları modifiye bulunur. Tau proteininin fosforilasyonu MT stabilizasyonu AD nöronları karakterize fonksiyon patolojik kaybı fizyolojik fonksiyonun iki düzenlenmesinde implike edilmektedir.
Hastalıklı nöronların PHF'lerin entegre Dahası, Tau proteini, kaçınılmaz 2 hiperfosforilatlandırılmaya edilir. 2-3 fosfat gruplarını içeren normal Tau aksine, PHF'lerin içinde hiperfosforilize Tau 5-9 Phosphat içeriyorE grupları, 3. Tau hiperfosforizasyon'un bazı bölgelerde ve fosforilasyon patolojik sitesi olarak adlandırılan ek yerleriyle fosforilasyonuna stokiyometri artışa hem de karşılık gelir. Ancak, üst üste seviye 4 nicel farklılıklara rağmen, AD ve fosforilasyon normal erişkin modelleri arasında var. Nasıl özel fosforilasyon olayları etkisi fonksiyonu ve Tau disfonksiyon büyük ölçüde bilinmemektedir. Biz, moleküler düzeyde PTMS tarafından Tau düzenleme deşifre hedefliyoruz.
Tau moleküler yönlerini anlayışı derinleştirmek için, teknik zorlukların üstesinden gelmek için var. İlk olarak, Tau çözelti içinde yalıtılmış bir içsel düzensiz protein (IDP) 'dir. Bu tür proteinler, fizyolojik koşullar altında, iyi tanımlanmış üç boyutlu bir yapıya sahip olmaması ve fonksiyon (lar) ve yapısal özelliklerini incelemek için, özellikle biyo-fiziksel yöntemler gerektirir. Tau yerinden edilmiş kişilerin artan sınıf için bir paradigma olduğunu sık sık ilişkili bulunduBöyle nörodejeneratif hastalıklar gibi patolojiler, bu nedenle görevlerini altında yatan moleküler parametreleri anlamak için ilgi artmaktadır. İkincisi, Tau fosforilasyonu karakterizasyonu uzun 441 amino asit Tau izoformunun dizisi boyunca 80 potansiyel fosforilasyon siteleri ile, bir meydan okumadır. Antikorların bir dizi Tau fosforile epitoplarına karşı geliştirilmiş ve nöronlar ve beyin dokusunda patolojik tau saptanması için kullanılır. Fosforilasyon olayları Proline zengin bölgede yakın çoğu prolin-yönelimli kinazlar tarafından hedef en az 20 sitelerinde yer alabilir. Nitel (hangi sitelerin?) Ve (Ne stoikiometri?) Kantitatif karakterizasyonu bile en son MS teknikleri 5 tarafından zordur.
NMR spektroskopisi çok konformerlerin topluluklar oluşturduğu dinamik sistemlerdir düzensiz proteinleri araştırmak için kullanılabilir. Yüksek çözünürlüklü NMR spektroskopisi başvurunun oldued Tau proteini hem yapısını ve fonksiyonunu araştırmak için. 8 – Buna ek olarak, Tau fosforilasyon profilinin karmaşıklığı fosforilasyon 6 tanımlanması için NMR kullanılarak moleküler araçlar ve yeni analitik yöntemlerin geliştirilmesine yol açmıştır. bir analitik yöntemin NMR fosfat dahil ölçüde küresel bir şekilde Tau fosforilasyon tanımlanması, tek bir deneyde, tüm tek-mevkili modifikasyonlarının görselleştirme ve miktar tayini için izin verir. Tau üzerinde fosforilasyon Literatürde bol birlikte, çoğu fosforilasyonu profilinin tamamı üzerinde bir belirsizlik geniş çapta ve böylece tek tek fosforilasyon olaylarının gerçek etkisini bırakarak antikorlar ile gerçekleştirilmiştir için bu husus çok önemlidir. PKA, Glikojen-sentaz kinaz 3p (GSK3), sikline bağımlı kinaz 2 / siklin A (CDK2 / CycA), sikline bağlı kinaz 5 (CDK5) / p25 eylemi içeren rekombinant kinazlarTau doğru fosforlaştırma etkinliği görülür ivator proteini, hücre dışı sinyal ile düzenlenen kinaz 2 (ERK2) ve mikrotübül-afinite düzenleyici kinaz (Mark), bir aktif formda hazırlanabilir. Buna ek olarak, iyi karakterize edilmiş fosforilasyon desen belirli bir Tau proteini izoformlarının üretilmesi için izin Tau mutantları tau'nun fosforilasyonu kodunu çözmek için kullanılır. 8 – NMR spektroskopisi, sonra enzimatik olarak modifiye edilmiş Tau örnekleri 6 karakterize etmek için kullanılır. Tau in vitro fosforilasyonu glutamik asit (Glu) kalıntıları seçilen Ser / Thr mutasyon ile olduğu gibi sözde fosforilasyon daha zor olmasına rağmen, bu yaklaşım da yararları vardır. Gerçekten de, fosforilasyon, ne yapısal etkisi de etkileşim parametreler her zaman glutamik asit ile taklit edilebilir. Bir örnek Glu mutasyonları 9 ile yeniden değildir fosfoserin 202 (pSer202) etrafında gözlenen dönüş motifi / fosfotreonin 205 (pThr205) 'dir.
<p claP = "jove_content"> Burada, NMR incelemeleri için izotopik olarak etiketlenmiş Tau hazırlanması ilk olarak tarif edilecektir. ERK2 tarafından fosforile tau proteini fosforilasyon patolojik siteler olarak tanımlanan çok sayıda sitelerde modifiye ve böylece hiperfosforillenmiş Tau ilginç bir model temsil eder. Rekombinant ERK2 kinaz tarafından in vitro fosforilasyonuna Tau ayrıntılı bir protokol verilmektedir. 12 – ERK2 mitojen ile aktive edilmiş protein kinaz / ERK kinaz (MEK) 10 ile fosforilasyonu ile aktif hale gelir. değiştirilirse izotopik olarak etiketlenmiş tau proteininin hazırlanmasına ek olarak, PTMS tespit etmek için kullanılan NMR stratejisi açıklanmaktadır.Biz enzimatik modifiye Tau örnekleri karakterize etmek NMR spektroskopisi kullandık. Rekombinant sentezleme ve tam boyunda insan tau proteinini burada tarif edilen saflaştırma Benzer mutant tau ya da tau etki üretmek için kullanılabilir. Izotopik olarak zenginleştirilmiş protein, yeniden birleştirici ifade gerektiren NMR spektroskopi için gereklidir. Fosforilasyon alanların belirlenmesi rezonans atama ve 15 N, 13 C çift etiketli protein gerektirir. izotopların maliyeti göz önüne al…
The authors have nothing to disclose.
The NMR facilities were funded by the Région Nord, CNRS, Pasteur Institute of Lille, European Community (FEDER), French Research Ministry and the University of Sciences and Technologies of Lille. We acknowledge support from the TGE RMN THC (FR-3050, France), FRABio (FR 3688, France) and Lille NMR and RPE Health and Biology core facility. Our research is supported by grants from the LabEx (Laboratory of Excellence) DISTALZ (Development of Innovative Strategies for a Transdisciplinary approach to Alzheimer’s disease), EU ITN TASPPI and ANR BinAlz.
pET15B recombinant T7 expression plasmid | Novagen | 69257 | Keep at -20°C |
BL21(DE3) transformation competent E.coli bacteria | New England Biolabs | C2527I | Keep at -80°C |
Autoclaved LB Broth, Lennox | DIFCO | 240210 | Bacterial Growth Medium |
MEM vitamin complements 100X | Sigma | 58970C | Bacterial Growth Medium Supplement |
15N, 13C-ISOGRO complete medium powder | Sigma | 608297 | Bacterial Growth Medium Supplement |
15NH4Cl | Sigma | 299251 | Isotope |
13C6-Glucose | Sigma | 389374 | Isotope |
Protease inhibitor tablets | Roche | 5056489001 | Keep at 4°C |
1 tablet in 1ml is 40X solution that can be kept at -20°C | |||
DNaseI | EUROMEDEX | 1307 | Keep at -20°C |
Homogenizer (EmulsiFlex-C3) | AVESTIN | Lysis is realized at 4°C | |
Pierce™ Unstained Protein MW Marker | Pierce | 266109 | |
Active human MEK1 kinase, GST Tagged | Sigma | M8822 | Keep at -80°C |
AKTÄ Pure chromatography system | GE Healthcare | FPLC | |
HiTrap SP Sepharose FF (5 mL column) | GE Healthcare | 17-5156-01 | Cation exchange chromatography columns |
HiPrep 26/10 Desalting | GE Healthcare | 17-5087-01 | Protein Desalting column |
PD MidiTrap G-25 | GE Healthcare | 28-9180-08 | Protein Desalting column |
Tris D11, 97% D | Cortecnet | CD4035P5 | Deuterated NMR buffer |
5 mm Symmetrical Microtube SHIGEMI D2O ( set of 5 inner & outerpipe) | Euriso-top | BMS-005B | NMR Shigemi Tubes |
eVol kit-electronic syringe starter kit | Cortecnet | 2910000 | Pipetting |
Bruker 900MHz AvanceIII with a triple resonance cryogenic probehead | Bruker | NMR spectrometer for data acquisition | |
Bruker 600MHz DMX600 with a triple resonance cryogenic probehead | Bruker | NMR spectrometer for data acquisition | |
TopSpin 3.1 | Bruker | Acquisition and Processing software for NMR experiments | |
Sparky 3.114 | UCSF (T. D. Goddard and D. G. Kneller) | NMR data Analysis software |