Dit is een protocol bij het bestuderen van intracellulaire eiwit-eiwitinteractie gebaseerd op het systeem van de Biotine-avidin-pull-down met de nieuwigheid van het combineren van cel-penetrating sequenties. Het belangrijkste voordeel is dat de volgorde van de doelgroep is geïncubeerd met levende cellen in plaats van de cel lysates en daarom de interacties in het cellulaire kader zal optreden.
Hier presenteren we een protocol om te bestuderen van intracellulaire eiwit-eiwitinteractie die is gebaseerd op het systeem van de pull-down gebruikte Biotine-avidin. De wijziging gepresenteerd omvat de combinatie van deze techniek met cel-penetrating sequenties. Wij willen ontwerpen van cel-penetrating lokaas dat kunnen worden geïncubeerd met levende cellen in plaats van de cel lysates en daarom de interacties gevonden zal overeen met die die zich binnen de intracellulaire context voordoen. Connexin43 (Cx43), een eiwit dat gap junction kanalen en hemichannels vormt is down-gereglementeerde in hoogwaardige gliomen. De Cx43-regio bestaande uit aminozuren 266-283 is verantwoordelijk voor de remming van de oncogene activiteit van c-Src in glioma cellen. Hier gebruiken we TAT als de cel-penetrating reeks, biotine als de pull-down-tag en de regio van Cx43 tussen aminozuren 266-283 als doel om te vinden van intracellulaire interacties in de cellen van de stam van het menselijke glioma hard-aan-transfect. Een van de beperkingen van de voorgestelde methode is dat het molecuul gebruikt als aas mislukken kan te vouwen goed en, bijgevolg, de interacties gevonden niet geassocieerd met het effect worden kon. Deze methode kan echter vooral interessant voor de interacties die betrokken zijn bij signaaltransductie trajecten omdat ze meestal worden uitgevoerd door intrinsiek ongeordende regio’s en, dus ze niet een geordende vouwen hoeven. Een van de voordelen van de voorgestelde methode is bovendien dat de relevantie van elke residu op de interactie gemakkelijk kan worden bestudeerd. Dit is een modulair systeem; Daarom kunnen andere cel-penetrating sequenties, andere codes, en andere intracellulaire doelen worden gebruikt. Ten slotte, het toepassingsgebied van dit protocol is tot ver buiten de eiwit-eiwit interactie omdat dit systeem kan worden toegepast op andere bioactieve lading zoals RNA-sequenties, nanodeeltjes, virussen of elk molecuul dat kan worden transduced met cel-penetrating sequenties en gesmolten aan pull-down labels aan het bestuderen van hun intracellulaire werkingsmechanisme.
Eiwit-eiwitinteractie zijn essentieel voor een grote verscheidenheid van cellulaire processen. Om volledig te begrijpen deze processen, zijn methoden voor het identificeren van eiwit interacties binnen de complexe intracellulaire omgeving vereist. Een van de meest gebruikte methoden voor het identificeren van de partners van de interactie van een eiwit is het gebruik van dat eiwit of een mimetische peptide van een deel van die eiwitten zoals aas in affiniteit pull-down experimenten gevolgd door detectie van bindende proteïnen. Het systeem van de avidin-biotine wordt vaak gebruikt vanwege de hoge affiniteit, de specificiteit en de stabiele interactie tussen avidin en biotine1,2. Meestal, Biotine is covalent gebonden aan het aas (proteïne of peptide) en na een periode van incubatie met de cel lysates om de oprichting van interacties, het aas van de biotinyleerd gebonden aan haar intracellulaire partners is neergehaald met avidin of avidin derivaten geconjugeerd met ondersteuning kralen. Vervolgens, aas-eiwitinteractie worden gedetecteerd na wassen, elutie en analyse door denaturering van elektroforese gevolgd door westelijke vlek. Een van de problemen van deze techniek is dat de interacties tussen de proteïne van belang en haar intracellulaire partners buiten de cellulaire context plaatsvinden. Dit is vooral belangrijk voor de interacties die betrokken zijn bij signaaltransductie trajecten, omdat ze in specifieke intracellulaire locaties plaatsvinden, ze van voorbijgaande aard zijn en zijn ze meestal uitgevoerd door niet overvloedig eiwitten. Daarom binnen de cel lysates kunnen deze interacties worden gemaskeerd door andere meer overvloedig eiwitten of proteïnen die meestal niet in de nabijheid.
Cel-penetrating peptiden (CPPs) zijn korte peptides (≤40 amino acids), gecomponeerd door kationische aminozuren die geschikt zijn voor het vervoer van een breed scala van moleculen in bijna elke cel3meestal. Lading zoals eiwitten, plasmide DNA, siRNA, virussen, imaging agenten en verschillende nanodeeltjes hebben zijn geconjugeerd met CPPs en efficiënt verinnerlijkte4,5. Vanwege dit transport vermogen zijn ze ook bekend als eiwit transductie domeinen (PTDs), membraan translocating sequenties (MTSs) en Trojaanse peptiden. De TAT-peptide van het HIV transactivator eiwit TAT6 een van de meest voorkomende is studeerde onder de CPPs, 7,8,9. TAT is een nonapeptide dat bevat 6 arginine en 2 lysine residuen en dus zeer kationische. Vervanging studies hebben aangetoond dat de netto positieve lading van TAT voor Elektrostatische interacties met het plasma-membraan van eukaryotische cellen en de daaropvolgende internalisering10noodzakelijk is. Ook aan andere CPPs bindt positief-geladen TAT sterk via een elektrostatisch proces aan de verschillende negatief geladen diersoorten aanwezig aan het oppervlak, extracellulaire celmembranen, met inbegrip van lipide hoofd groepen, glycoproteïnen en proteoglycans3 , 10. de bioactieve lading vervoerd door TAT onmiddellijk vrij in het cytosol te bereiken hun intracellulaire partners worden.
Hier presenteren we een methode die de TAT CPP met biotine combineert te bestuderen van intracellulaire interacties. Het doel is het ontwerpen van cel-penetrating lokaas door te smelten het doel Biomolecuul TAT en biotine. Het belangrijkste voordeel van dit voorstel is dat de interacties tussen het aas en haar partners in de cellulaire kader plaatsvinden zal. Om weer te geven van de doeltreffendheid van deze methode hebben we gebruikt als aas een kleine reeks van het eiwit Cx43 die is gerapporteerd voor intracellulair interactie met de oncogen c-Src11,12,13. Cx43 is een integraal membraan eiwit dat algemeen wordt uitgedrukt in astrocyten14en down-geregeld in hoogwaardige gliomen, de meest voorkomende kwaadaardige tumor van de centrale zenuwstelsel15,16,17 ,18. Het is al eerder gebleken dat de Cx43-regio die met c-Src (aminozuren 266-283 in menselijke Cx43 samenwerkt; PubMed: P17302) gefuseerd tot TAT (TAT-Cx43266-283) remt de oncogene activiteit van c-Srcin glioma cellen en glioma stam cellen (GSCs)19,20,21. Voor het ontwerpen van het intracellulaire aas, Cx43266-283 is gesmolten TAT in het N-terminus (TAT-Cx43266-283) en biotine in de C-terminus (TAT-Cx43266-283– B). Deze strategie is met succes gebruikt in de rat glioma C6 cellijn te identificeren c-Src, c-terminal Src kinase (CSK) en fosfatase en Tenzin homolog (PTEN) als intracellulaire partners van deze regio van Cx4320. Hier beschrijven we deze methode het testen van de werkzaamheid in menselijke GSCs, die zeer relevant zijn voor glioma therapie maar veel moeilijker om te transfect dan niet-stam glioma cellen.
Er zijn vele methodes aan studie eiwit-eiwitinteractie. De methode voorgesteld in deze studie is gebaseerd op de gebruikte Biotine-avidin pull-down systeem waarin een biotinyleerd aas is geïncubeerd met cel lysates om de oprichting van interacties. De wijziging in deze studie gepresenteerd omvat de combinatie van deze techniek met cel-penetrating sequenties. Wij willen ontwerpen van cel-penetrating lokaas dat kunnen worden geïncubeerd met levende cellen in plaats van de cel lysates en daarom de interacties gevonden zal overeen met die die hebben plaatsgevonden in het cellulaire kader.
Hier gebruiken we TAT als de cel-penetrating reeks, biotine als de pull-down-tag en de regio van Cx43 tussen aminozuren 266-283 als doel om te vinden van intracellulaire interacties in menselijke GSCs. De structurele basis voor de interactie tussen Cx43 en c-Src is bekend11,12. Dit is een belangrijke interactie omdat het remt de oncogene activiteit voor c-Src in glioma cellen24,13. In feite, bootsen CPPs met deze regio (TAT-Cx43266-283) de antioncogenic eigenschappen van Cx43 van glioma cellen19,20,21. Het mechanisme waarmee TAT-Cx43266-283 c-Src remt bevat rat glioma C6 cellen, de aanwerving van c-Src samen met haar endogene remmers CSK en PTEN20. Er moet worden opgemerkt dat GSCs erg interessant als een doel in glioma therapie, zijn want zij vormen een subpopulatie thats resistent tegen conventionele behandelingen en dus verantwoordelijk voor de herhaling van deze kwaadaardige hersenen tumoren27. Bovendien, ze zijn hard-aan-transfect cellen en daarom de studie van intracellulaire interacties wordt moeilijker. CPPs zijn snel en efficiënt geïnternaliseerd in GSCs19 ten gunste van het gebruik ervan voor de studie van intracellulaire interacties. In deze studie, met behulp van CPPs gesmolten aan biotine we bevestigen de interactie van de volgorde van de266-283 Cx43 met c-Src samen met haar endogene remmers CSK en PTEN in menselijke GSCs.
Deze methode is zeer krachtig te bestuderen van het intracellulaire mechanisme van bioactieve stoffen. Het is echter zeer belangrijk om te bevestigen dat het biologische effect van de biotinyleerd cel doordringende aas niet van die verkregen met de niet-biotinyleerd een verschilt. Deze stap is vereist voor het koppelen van de interacties die zijn gevonden met het effect van de bioactieve stof. Bovendien moet de stabiliteit van de stof, de mogelijke aantasting door proteasen, alsmede de mogelijke giftigheid, zorgvuldig worden getest en in aanmerking genomen voor de planning van het experiment. In het voorbeeld gepresenteerd, is het anti-proliferatieve effect van TAT-Cx43266-283 op G166 menselijke GSCs eerder gedocumenteerd20geweest. In deze studie, bevestigen wij dat de anti-proliferatieve effect van TAT-Cx43266-283– B en van TAT-Cx43266-283 is zeer vergelijkbaar. Bovendien, het onderzoek van cellulaire morfologie bleek dat α-tubuline en F-actine distributie is zeer vergelijkbaar in G166 GSCs TAT-Cx43266-283behandeld -B of met TAT-Cx43266-283. Over het geheel genomen is deze resultaten wijzen erop dat de opname van Biotine in de c-terminus van TAT-Cx43266-283 niet de effecten van dit samengestelde op menselijke GSCs te wijzigen. Echter als Biotine de gevolgen van het bioactieve molecuul wijzigt zou, kunnen andere codes voor eiwitreiniging worden getest, zoals de vlag octapeptide (DYKDDDDK)28, de humane influenza hemagglutinine-afgeleide tag HA (YPYDVPDYA) of glutathion S-transferase (GST)29. Op dezelfde manier als TAT niet zijn op de bevolking van de cel van belang gericht doet, andere cel doordringende sequenties, zoals penetratin, MPG (voor een overzicht, Zie30) of cel specifieke opeenvolgingen kunnen gebruikte31.
Naast studie eiwitten die specifiek interactie met de doelgroep opeenvolging, idealiter, moet de aanwezigheid van eiwitten die interactie met zowel het besturingselement als het doel volgorde en eiwitten die geen interactie met hen, als positieve en negatieve controles, aan de orde. In deze zin, we vonden Cav-1 in het besturingselement en behandeld situatie, wat suggereert dat de caveolae betrokken zijn geweest bij het mechanisme van internalisering, zoals eerder is26 gebleken. Bovendien FAK, die samenwerkt met c-Src, maar niet om te interageren met de Cx43 c-terminal wordt verondersteld, afwezig was in zowel het besturingselement als het behandelde situatie. Deze resultaten versterken het specifieke karakter van de interactie tussen TAT-Cx43266-283– B, c-Src, CSK en PTEN. Om te bevestigen de resultaten met dit protocol, kan confocal microscopie worden gebruikt om te visualiseren van de verdeling van de interacterende eiwitten en te bestuderen of hun co lokalisatie. Dus vonden we dat TAT-Cx43266-283– B- en c-Src vertonen een vergelijkbare intracellulaire distributie met enkele punten van co lokalisatie bevestiging van de resultaten met de pull-down-experimenten verkregen. In feite, TAT-Cx43266-283– B dicht bij het plasmamembraan suggereren dat de lading, in deze studie Cx43266-283, de molecule tot haar intracellulaire partners regisseert wordt verdeeld.
Een van de beperkingen van de voorgestelde methode is dat het molecuul gebruikt als aas te vouwen correct kan mislukken en de verwachte effecten niet gevonden zou worden. In deze situatie kunnen het voorkomen dat de interacties die zijn gevonden niet worden gekoppeld aan het effect. Deze methode kan echter vooral interessant voor de interacties die betrokken zijn bij signaaltransductie trajecten omdat ze meestal worden uitgevoerd door intrinsiek ongeordende regio’s32 en dus ze niet een geordende vouwen hoeven. Een van de voordelen van de voorgestelde methode is bovendien dat het tijdsverloop van de interactie kan worden gevolgd, die is vooral relevant voor voorbijgaande interacties. De relevantie van elke residu op de interactie kan bovendien eenvoudig worden bestudeerd. Inderdaad, is het mogelijk om te bestuderen van de relevantie van posttranslationele modificaties op eiwit-eiwit interactie, bijvoorbeeld door phosphomimetic vervanging van glutamaat voor serine en threonine. Evenzo, vervanging van serine en threonine voor alanine of tyrosine voor fenylalanine kunt testen van het effect van niet-phosphorylatable serine en threonine tyrosine-.De meest nauwkeurige methode is om na te bootsen phospho-tyrosine, de vervanging van Tyr p-Tyr33.
Ten slotte, het toepassingsgebied van dit protocol is tot ver buiten de eiwit-eiwit interactie omdat dit systeem kan worden toegepast op andere bioactieve lading zoals RNA-sequenties, nanodeeltjes, virussen of andere moleculen die kunnen worden gesmolten aan biotine en getransduceerde met CPP om te studeren hun intracellulaire werkingsmechanisme.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken M. Morales en J. Bravo voor hun hulp bij het ontwerpen van CPPs en J.C. Arévalo voor zijn hulp met het pull-down-protocol. We zijn dankbaar voor de technische bijstand van T. del Rey. Dit werk werd gesteund door de Ministerio de Economía y Competitividad, Spanje; EFRO BFU2015-70040-R, Junta de Castilla y León, Spanje; EFRO-SA026U16- en Fundación Ramón Vicente Areces. M. Jaraíz-Rodríguez en A. González-Sánchez zijn ontvangers van een beurs van de Junta de Castilla y León en het Europees Sociaal Fonds.
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 |