複数の調査、ターゲット蛋白質の翻訳後修飾を内因性は非常に挑戦的なすることができます。ここで説明したテクニックを活用開発特定 PTM ターゲットでターゲットのアセチル化、ユビキチン化、sumo 化 2/3、およびチロシンのリン酸化の変更を検出する親和性のマトリックス最適化された換散バッファーとフィルター システム1 つの合理化されたシステムを使用して蛋白質。
それは今ポスト翻訳の修正 (Ptm) はタンパク質の構造と機能、生理学的および病理学的に与えられた蛋白質の役割のために不可欠かもしれないの調節に不可欠な役割を果たすは当然。Ptm の濃縮は、ターゲット蛋白質の PTM の状態を調査するとき、Ptm は一時的なことが多いし、比較的低い豊富で必要があります。ターゲット蛋白質の PTM の豊かなときに多くの落とし穴が発生した IP 対応、PTM の信号の損失はバッファーの非互換性などターゲット蛋白抗体はありません。指定されたターゲット蛋白質のためのアセチル化、ユビキチン化、sumo 化 2/3、およびチロシンのリン酸化のような複数の Ptm を調査するとき、難易度が拡大されます。Ptm 間のクロストークが普及し蛋白質の規則のために重要なこれらの Ptm の組み合わせを勉強する必要があります。多くの場合、これらの Ptm は異なる換散バッファーとユニークな阻害剤組成を研究されています。プロセスを簡素化する、ユニークな変性溶解装置の開発を効果的に分離し、これらの 4 つの Ptm; を維持したがって、単一の溶解システムで潜在的なクロストークの調査を有効にします。ユニークなフィルター システムは、削除バッファーの変化の問題の副産物である、ライセートからゲノム DNA を汚染する設計されました。ターゲットにそれぞれ 4 つの Ptm の強固な親和性のマトリックスは、濃縮とこれらの 4 つの Ptm の内因性の状態の検出を最大限にバッファー システムと連動で開発されました。この包括的な PTM 検出ツールは、1 つ以上これらの Ptm の蛋白質を変更するかどうかに関する重要な情報を取得するプロセスを合理化します。
翻訳後修飾 (Ptm) が規制の厳しい変更蛋白質、変更を追加または特定の方法で削除するという。Ptm は、過渡変化蛋白質の構造を大幅変更するパートナー蛋白質と空間定位、最終的に異なる機能1,2を実行するタンパク質を有効にすると相互作用,3,4. Ptm が豊富な彼らは以上 100 万 proteoforms5,6約 30,000 の遺伝子産物からユニークなタンパク質フォーム (または proteoforms) の数を増加します。Ptm を識別して、標的のタンパク質への影響を定義する蛋白質の生理学的および病理学的機能7,8,9,10の理解に向けて重要です。 11,12,13,14。上皮成長因子受容体 (EGFR)、p53、チューブリンは Ptm15,16,17の規制の役割を解明したような選択のタンパク質についての研究します。これらの研究は、実際には複数の Ptm によってこれらの蛋白質の規制が発生し、多くの場合これらの変更は特定の機能を促進するために連携して動作を発見しました。新しい研究は、その協同と負 PTM のクロストークが発生するいくつかの異なった蛋白質18,19,20,21,22,の示されている23,24,25。ただし、タンパク質の大半の PTM のプロファイルは、さまざまなモデルや独自の条件を使用しているいくつかの研究から構築されます。1 つのシステムで複数の Ptm を調査するために最適化されたシステムを持つことはターゲット蛋白質の潜在的な PTM クロストークに洞察力を得るために非常に有益でしょう。
単一のシステムで Ptm の調査を 1 つの課題は、明確な換散バッファーを使用して特定の Ptm を調査することです。たとえば、リッパや NP 40 のようなリン酸化やユビキチン化調査に一般的に使用されるバッファーの使用率は小さなユビキチン様修飾 (相撲) ylation26のような不安定な PTM を勉強するために十分なあります。さらに、非変性バッファーが十分な蛋白質の相互作用を分離して偽肯定的な PTM 識別27につながることができます。それはすべての細胞コンパートメント28からタンパク質を分離することで大幅に向上は、ほとんどの蛋白質の相互作用が分離するしまうし、よう PTM の状態を変更するプロテアーゼを阻害する変性の換散バッファーの Ptm を調査が好まれるかもしれませんdeSUMOylases 26;ただし、バッファーの変化とユビキチン結合ドメイン ベースのツール27など特定のアフィニティ試薬の整合性が損なわれます。親和性試薬と互換性のあるシステムで蛋白質の複数の Ptm を勉強する変性のような溶解システム開発は PTM クロストーク調査にとって非常に有益でしょう。
従来の蛋白質の試金、重要な非互換性など、重大な欠点のために使用頻度が低い変性バッファーは、非変性バッファー Ptm を調査するための重要な利点を持っていますが、ゲノムデオキシリボ核酸 (DNA) の汚染および免疫沈降法 (IP) 試薬29停止。これらの欠点は、ゲノム DNA をせん断時ターゲット蛋白質に拡張の準備時間と潜在的な損傷で起因できます。DNA をせん断する 2 つの一般的に使用される方法には、注射器溶解および超音波処理29が含まれます。両方の方法は、広範な最適化を必要とし、正確な再現性に欠けます。ゲノム DNA を削除する別の方法は、Dnase; 添加しかし、これは、さらなる最適化とバッファー組成の変化を必要があります。最終的には、PTM の調査のための換散バッファーの変化を操作するとき、ゲノム DNA 汚染を削除するシンプルで再現性のある方法が有益となります。
この手法の目的は、分離しより良いターゲット蛋白質の PTM クロストークを調査する 1 つのシステムで Ptm (Ac) のアセチル化、sumo 化 2/3 (2/3 相撲)、チロシンリン酸化 (pY) ユビキチン (Ub) を調査するシステムを開発します。この PTM 検出システムに急速に単一のシステムで複数のターゲット蛋白質の内因性の PTM プロファイルを調査に利用されました。潜在的なクロストークに新しい洞察力は、識別された30,31だった。全体的に、ここで説明する手法は Ptm と PTM を調査するための既存の方法の向上 3 つの異なる方法でクロストーク: 1) 独自の変性バッファー開発ながらと互換性のあるすべての細胞コンパートメントからタンパク質を分離します。PTM 親和性試薬、2) ユニークなフィルター装置の開発を急速に再現性の高い変性 lysates からゲノム DNA 汚染を削除し、ない専用の装置と 3 が必要です) 堅牢なアフィニティ ビーズ、溶解システム、および抑制試薬はある;したがって、PTM 濃縮を最大化し、効率的に潜在的なクロストークを調べるターゲット蛋白質のこれらの 4 つの Ptm の分離を簡素化します。
初期アプローチのかどうか、PTM がターゲット蛋白質を変更を決定するために使用は、ip、PTM 抗体ウエスタンブロット続いてターゲット蛋白質特定の抗体を使用して実行できます (e.g、抗アセチル リジン)、または ip は、PTM の抗体を使用して。ターゲット蛋白質特定の抗体30,31,33と西部のしみが続きます。両方のアプローチは理論的には動作、ターゲット蛋白特異抗体を用いた抗体を IP 対応できない場合がありますまたは大きな PTM 変更はターゲット蛋白質34 の抗体認識部位をブロック可能性がありますなどのより多くの潜在的な落とし穴があり ,35。PTM アフィニティ ビーズの利点は抗体または結合ドメインが特に関心の PTM を認識したがって、ターゲット蛋白質への変更は、アフィニティ ビーズによって認識を変更しないでください。例として、PD L1 Ub は、ここで説明する手法で識別され、両方内因性モノラル- とポリ-Ub が観察された (図 4)。Limらによる最近の出版物。PD L1 Ub を調査するための in vitro Ub 技術を活用し、結果図 436に示す結果に非常に類似していた。興味深いことに、彼らはまた、Ub が過剰に発現して、MG 132 は、信号を向上させる追加された細胞ライセートから PD L1 を豊かにする PD L1 抗体を IP を行います。Ub パターンは堅牢なと体外Ub パターンから非常に明瞭ではなかった。Limら細胞培養モデルにおける内因性 PD L1 Ub の調査は実行されませんでした。レポートのセルの文化と体外のデータの違いを明らかにします。
性低豊富に過渡的な性質37,38, 挑戦することができ、IP による濃縮はしばしば必要とタンパク質が、PTM によって変更されたかどうかを調査します。Ptm の効果的な IP には、いくつかの重要な手順と換散バッファーなどの親和性試薬の試薬の最適化が必要です。ターゲット蛋白質の複数の Ptm を調査して、必要な最適化の可能性が増加します。このプロトコルの重要なステップは単一のシステムで pY、相撲 2/3、Ub、Ac Ptm の PTM の検出を可能にしながら、堅牢な IP 機能を維持は blastR 溶解システムを利用します。この手法は、時間と、特定のターゲット蛋白質は、これら 4 つの Ptm によって変更および PTM 結果複数の溶解システムを用いての比較基準にして PTM クロストークのより良い画像を提供する可能性を判別に必要なリソースを最適化します。糖鎖のような代替の Ptm blastR 溶解システムの互換性の調査を行った。しかし、それは検査されなかった余すところなく Ptm のすべてのタイプの。
豊富なゲノム DNA が蛋白質測定のいずれかを使用に干渉できる比色 nanodrop メソッド、SDS のアクリルアミドゲルの蛋白質の移行に影響を与えるおよび IP アッセイ中タンパク質との親和性のマトリックス相互作用を防止または。ここで説明する方法は、このプロトコルの別の重要なステップは、ゲノムの DNA 汚染を効果的に削除する特殊なフィルターを利用しています。この点を強調する粘度試験を行った blastR フィルター治療前後と結果を示した (データは示されていない) の水の粘度高粘度から削減。この粘度の変化は、図 3のほぼすべてのゲノム DNA が削除されていたの結果によって支えられました。重要なは、DNA をせん断してこの方法で任意傾斜された DNA はフィルター (データは示されていない) によってキャプチャされないようにないです。このツールは、特殊な機器は必要ありませんが、再現性の高い、それをせん断の代わりに DNA を削除しますので超音波や注射器せん断 DNA のような従来の方法よりも優れてです。さらに、従来の29を使用して発生することができますライセート、タンパク質は低下しません。フィルターを利用した DNA の効果的な内訳 (すなわち、せん断注射器) は数分をかかることがあり、ライセート DNA 汚染物質が残っていると、試料の不均質のための代替方法に比較サンプルあたり 5-30 秒かかります。ライセートの事前・事後 blastR フィルタ リングの広範な解析を行ったとターゲット固有西部、または合計とターゲット固有の PTM 解析; Coomassie によりタンパク質プロファイルで観察可能な差は認められなかったしたがって、タンパク質プロファイルの整合性がない影響されているゲノム DNA をフィルタ リングによって。最終的には、このフィルター システムは西部か IP アプリケーション ゲノム DNA が存在し、タンパク質解析の解釈に影響を与える可能性がありますのため有益です。
アフィニティ ビーズ彩度、結合サイトの干渉、PTM マスキングする部分でありますこの手法を利用した偽否定的な検出の可能性があることに注意してくださいすることが重要です。たとえば、特定のターゲット蛋白質の非常に低レベルの Ac によって変更されます。したがって、それはないより豊富な Ac 変更ターゲット蛋白質によって飽和されてパン アセチル リジン アフィニティ ビーズによって分離する場合があります。進行中の研究は、このプロトコルで利用される親和性試薬の検出限界を評価するために実行されているが、最近の出版物は、非常に堅牢な検出限界を示唆しています。この手法が識別できるセル31あたり 17 のアセチル化の標的タンパク質分子として数をデータに示した。まだ、セルなどの特定の状況を入力特異性、特定の刺激への応答の一時的な Ptm や Ptm のタンパク質間相互作用のためのマスキングは、偽否定的な結果のすべての結果を可能性があります。これらは、ほとんどの PTM IP メソッドと同様に、この技術の潜在的な落とし穴です。したがって、複数のアプローチを使用して結果を確認することをお勧めします。
類似アミノ酸39,40, と他の Ptm のユビキチン化とリン酸化蛋白質を規制する順番に動作するように示されているような競合する糖とリン酸化のような変更が示されています。17,41を機能します。神経病理学的タンパク タウの最近の仕事は、PTM のクロストーク、リン酸化タウ ハイパー – とタウ sumo 化がお互い42を強化の重要性を強調しました。また、このグループは、タウの sumo 化防止ポリ Ub と後続のタウ劣化集約につながる可能性を示した。これは規制の PTM クロストークの多くの例の 1 つ、Ptm と健康と病気の主要なタンパク質を調節する、クロストークの重要性を照らすこの手法の有用性が役立ちます。
The authors have nothing to disclose.
彼らの重要なレビュー、編集、および原稿の有意義な議論の骨格株式会社研究者、博士ブライアン ・ フーバー、アシュリー デイビスをありがとうございます。さらに、博士ロバート ・紅は、ビデオ原稿の生産の間に彼の貢献を感謝いたします。この作品は、骨格 (株) からの資金によって支えられました。
Cell lysis/genomic DNA removal and analysis | |||
1x phosphate buffered saline (PBS) | common buffer | Recipe: NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4 | |
BlastR lysis buffer | Cytoskeleton Inc. | BLST01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Radioimmunoprecipitation assay buffer (RIPA) | common buffer | Recipe: Tris-HCl, NaCl, SDS, Sodium Deoxycholate, Igepal | |
Mammalian protein extraction reagent (mPER) | Thermofisher | 78503 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Immunoprecipitation (IP) Lysis | Pierce | 87787 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
1% sodium dodecyl sulfate (SDS) denaturing buffer | common buffer | Recipe: PBS, SDS, EDTA, EGTA | |
Laemmli | common buffer | Recipe: Tris-HCl, SDS, glycerol, bromophenol blue | |
BlastR dilution buffer | Cytoskeleton Inc. | BDB01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Protease Inhibitor Cocktail | Cytoskeleton Inc. | PIC02 | |
N-Ethylmaleimide (NEM) & N,N,N′,N′-Tetrakis(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN) | Cytoskeleton Inc. | NEM09BB | |
Trichostatin A (TSA) & Nicotinamide | Cytoskeleton Inc. | TSA01 | |
Activated Sodium Orthovanadate (Na3VO4) | Cytoskeleton Inc. | PYI01 | |
cell scrapers | Costar | 3008 | |
BlastR Filter | Cytoskeleton Inc. | BLR02 | |
BD Insulin syringe needle | BD | 08290-3284-11 | |
sonicator (Branson Sonifier) | Branson | Sonifier 450 | |
Precision Red Advanced Protein Reagent | Cytoskeleton Inc. | ADV02 | |
1 mL cuvettes | Fisher | 14955127 | |
Spectrophotometer (Genesys20) | Thermofisher | 4001 | Other spectrophotomers can be used to measure protein concentration |
Agarose | Fisher | BP1356-500 | |
1kb Deoxyribonucleic acid (DNA) ladder | NEB | N3232L | |
DNA gel box | Thermofisher | 7312 B1A | |
Tris/Borate/EDTA (TBE) buffer | common buffer | Recipe: Tris-HCl, Boric Acid, EDTA | |
PTM Immunoprecipitation | |||
Phosphotyrosine beads | Cytoskeleton Inc. | APY03-beads | |
Ubiquitination beads | Cytoskeleton Inc. | UBA01-beads | |
SUMOylation 2/3 beads | Cytoskeleton Inc. | ASM24-beads | |
Acetylation beads | Cytoskeleton Inc. | AAC04-beads | |
Phosphotyrosine control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG01-beads | |
Ubiquitination control beads | Cytoskeleton Inc. | CUB02-beads | |
SUMOylation 2/3 control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG01-beads | |
Acetylation control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG02-beads | |
BlastR wash buffer | Cytoskeleton Inc. | BWB02 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Bead elution buffer | Cytoskeleton Inc. | BEB01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
microcentrifuge | Eppendorf | 5417 | Other microcentrifuges can be used |
tube rotator | ATR | RKVSD | Other end-over-end tube rotators can be used |
protein loading tips | VWR | 37001-150 | |
spin columns | Cytoskeleton Inc. | SPN22 | |
heat block 95 °C | Benchmark | BSH1002 | |
SDS-PAGE/Transfer/Western analysis | |||
5x sample buffer | common buffer | recipe: Bromophenol blue, dithiothreitol (DTT), Glycerol, SDS, Tris-HCl | |
novex wedge well 4-20% Tris-gly gels | Invitrogen | XP04200BOX | The large wedgewells are excellent for loading large volumes |
1x Running buffer | common buffer | recipe: Tris-HCl , Glycine, SDS | |
seeblue protein ladder | Life Technologies | LC5625 | |
electrophoresis cell | Invitrogen | Xcell surelock electrophoresis cell | Other electrophoresis cells can be used, however these are compatible the novex wedgewell gels |
power supply | Biorad | PowerPac HC | Other power supplies can be used |
1x Transfer buffer | common buffer | recipe: Tris-HCl, glycine, methanol | |
Transfer cell | Biorad | mini trans-blot cell | Other transfer cells can be used |
Immobilon- P membranes (PVDF) | millipore | IPVH 304F0 | |
non-fat milk | thrive | 813503015095 | |
Tris buffered saline with tween (TBST) | common buffer | recipe: Tris-HCl, NaCl, Tween 20 | |
Chemiluminescent Detection Reagent | Cytoskeleton Inc. | CLRA/CLRB | |
Cell growth and treatment | |||
Dulbecco's Modified Eagle's medium | ATCC | 30-2002 | |
Fetal bovine serum | ATLAS | F-0500-A | |
Epidermal growth factor | Cytoskeleton Inc. | CN02-A | |
150 mm cell culture plates | Corning | 430599 |