Hier presenteren we een bewezen en geteste protocol voor de zuivering van chloroplast importeren eiwitcomplexen (TOC-TIC complex) met behulp van de TAP-tag. Het protocol van de verwantschap-isolatie one-step potentieel kan worden toegepast op elke proteïne en worden gebruikt om nieuwe interactie partners door massaspectrometrie.
Chloroplast biogenese vereist de import van duizenden proteïnen nucleus-gecodeerd in de Plastide. De invoer van deze eiwitten is afhankelijk van de translocon op de buitenste (TOC) en innerlijke (TIC) chloroplastmembranen. De TOC en TIC complexen zijn multimeric en waarschijnlijk nog onbekende componenten bevatten. Een van de belangrijkste doelstellingen op het gebied is om de volledige inventaris van TOC en TIC componenten. Voor de isolatie van TOC-TIC-complexen en de identificatie van nieuwe onderdelen bewerkt de preprotein receptor die toc159 is N-terminaal door toevoeging van de tandem affiniteit zuivering (TAP) tag resulterend in TAP-TOC159. De TAP-tag is ontworpen voor twee opeenvolgende affiniteit zuivering stappen (vandaar “tandem affiniteit”). De TAP-code die wordt gebruikt in deze studies bestaat uit een N-terminal IgG-bindend domein Staphylococcus aureus eiwit een (próta) gevolgd door een Calmoduline-bindend peptide (CBP) afgeleid. Tussen deze twee affiniteit tags, een tabak etch virus (TEV) protease decollete site is opgenomen. Daarom kan TEV protease worden gebruikt voor zachte elutie van TOC159-bevattende complexen na binding met IgG kralen. In het protocol hier gepresenteerd, werd de tweede Calmoduline-affiniteit zuivering stap weggelaten. Het protocol van de zuivering begint bij de voorbereiding en de solubilisatie van totale cellulaire membranen. Na de wasmiddel-behandeling, worden de ontbindend membraaneiwitten geïncubeerd met IgG kralen voor de immunoisolation van TAP-TOC159-bevattende complexen. Op bindende en uitgebreide wassen, zijn kraan-TOC159 met complexen gekloofd en vrijgelaten uit de IgG-kralen met behulp van de TEV protease waarbij de S. aureus IgG-bindend domein is verwijderd. Westelijke bevlekken van de afgelegen TOC159-bevattende complexen kunnen worden gebruikt ter bevestiging van de aanwezigheid van bekende of veronderstelde TOC en TIC eiwitten. Wat nog belangrijker is, de TOC159-bevattende complexen hebben met succes gebruikt om nieuwe onderdelen van de TOC en TIC complexen te identificeren door massaspectrometrie. Het protocol dat we mogelijk presenteren maakt de efficiënte isolatie van een membraan-gebonden eiwit complex om te worden gebruikt voor de identificatie van nog onbekende componenten door massaspectrometrie.
Planten zijn afhankelijk van chloroplasten voor fotosynthese en photoautotrophic groei1. De overgrote meerderheid van chloroplast eiwitten worden gecodeerd in de kern, in het cytosol gesynthetiseerd en in de chloroplast via de TIC en TOC complexen in de envelop membranen2geïmporteerd. De kern van de inhoudsopgave complex bestaat uit het Toc75 eiwit-geleidend kanaal en de twee receptor GTPases Toc33 en Toc1593,4,5. TOC159 is essentieel voor de biogenese van chloroplasten en bemiddelt de massale ophoping van fotosynthese-geassocieerde eiwitten6. De TIC-complex bestaat uit de TIC20 eiwit-geleidend kanaal, evenals TIC110 en TIC407,8. Onlangs, een 1MD eiwit translocatie complex op de binnenste enveloppe membraan werd geïsoleerd en bevatte eerder geïdentificeerde onderdelen9, een daarvan TIC56 was. We onlangs samen TIC56 van het complex via het TAP-TOC159 affiniteit zuivering protocol 1 MDa geïsoleerd. De gegevens aangegeven een structurele overlapping tussen de “canonieke” TOC/TIC-complexen en de 1 MDa complexe10. Onbekende componenten zoals KOC1 waren eerder ook geïdentificeerd als nieuwe partners van de interactie van de TOC en TIC complexen met de TAP-methode hier10,11 beschreven.
Dus, de zuivering van de TAP-tag is een efficiënte methode voor de isolatie van eiwitcomplexen en de identificatie van interagerende partners door latere massaspectrometrische analyse12. De kraan tag bestaat uit twee IgG bindende herhalingen van een Calmoduline-bindend peptide (CBP) gescheiden door een tabak etch virus (TEV) protease breukzijde. De originele methode, bestaande uit een IgG-affiniteit zuivering stap gevolgd door TEV decollete en latere Calmoduline-affiniteitchromatografie toegestaan de inheemse zuivering van grote en zeer zuiver eiwit complexen13,14 . Wij hebben de procedure vereenvoudigd en aangetoond dat de TOC159-bevattende eiwitcomplexen ook gezuiverd kunnen worden efficiënt met behulp van alleen de IgG-affiniteit zuivering gevolgd door TEV-splitsing voor elutie15. In onze ervaring, de weglating van de Calmoduline-affiniteit stap resulteerde in hogere opbrengsten en wellicht daarom geschikt voor lage overvloed eiwitten.
Kortom, wij stabiele transgene A. thaliana ontworpen lijnen uiten TAP-TOC159 in de ppi2 (toc159 KO mutant) achtergrond en opgericht als een betrouwbare bron voor de zuivering van TOC-TIC complexen. Het protocol voor de isolatie van de TOC-TIC complex begint met de homogenisering van de plantaardig materiaal in een buffer wasmiddel-gratis. Na het centrifugeren, wordt het supernatant verwijderd. De pellet met de Fractie van de totale membraan is ontbindend met behulp van een wasmiddel-bevattende buffer. Na een ultra-centrifugeren stap, is het supernatant ontbindend TOC-TIC complexen met toegepast op de IgG-hars voor affiniteit zuivering. Na verscheidene stappen wassen, elutie is uitgevoerd met een TEV protease-bevattende buffer selectief klieven stroomafwaarts van de IgG-bindende domeinen en zachtjes vrijlating van inheemse TOC159-bevattende complexen. Het eluaat TEV kan direct door westelijke bevlekken of Spectrometrie van de massa te identificeren van de partners van de interactie van TOC15910,11,15worden geanalyseerd. De methode is ook gebruikt om te identificeren posttranslationele modificaties van TOC15915. Inheemse TOC159-bevattende complexen kunnen in de toekomst worden gebruikt voor structurele studies met cryoelectron microscopie.
We laten zien dat een enkele stap TAP label zuivering een specifieke en efficiënte methode voor de zuivering van het Arabidopsis TOC-TIC complex is. Hoewel de TAP-tag zou twee opeenvolgende zuivering stappen (IgG-gevolgd door Calmoduline affiniteit zuivering na de TEV protease-decolleté), wij zijn van mening dat in veel gevallen de eerste affiniteit stap gevolgd door TEV protease decollete voldoende zal zijn. Ons doel, TOC159, is lage overvloedig en de opneming van de tweede stap van de Calmoduline-affiniteit overdreven verminderd de opbrengst van eiwit, dat de belangrijkste reden was voor het uitsluiten van onze huidige protocol. De TEV-elutie op zich is een zeer specifieke en zachte zuivering stap die alleen het TAP-gelabeld doel samen met bijbehorende interactie partners loslaat zal terwijl er besmetting van de eiwitten vasthouden niet-specifiek aan de IgG-hars blijft. Dus, in combinatie met de IgG-affiniteit stap, de TEV elutie resulteert in een voldoende efficiënte reiniging voor onze en waarschijnlijk vele anderen doeleinden.
Worden moet gezorgd dat de kraan-gelabeld constructie volledig functioneel in vivo is. TAP-tagging kon potentieel schadelijke effecten hebben op eiwit activiteit, stabiliteit of lokalisatie. TOC159 bestaat uit drie domeinen, het N-terminaal zure domein, de centrale GTP-bindend domein en C-terminal membraan domein, dat TOC159 wordt verankerd in de buitenste chloroplast membraan2. Om te voorkomen dat mogelijke storing met membraan inbrengen, gesmolten we de TAP-tag aan de N-terminus van TOC159. Fusie aan de N-terminus is eerder de uitzondering dan de regel. Veel eiwitten bevatten N-terminale gericht op informatie en moeten daarom door tagged op de C-terminus. Ons verzekerd dat TOC159 is functionele in vivo door complementeren van de mutant ppi2 (een albino mutant ontbreekt TOC159) met TAP-TOC159. De redding van het groen, wild type fenotype aangegeven dat TAP-TOC159 functionele15was.
De zuivering-protocol is gebruikt voor het identificeren van nieuwe partners van de interactie van TOC159, die KOC1 en TIC5610,11opgenomen. In totaal werden er ongeveer 30 eiwitten geassocieerd met het complex suggereren dat nieuwe interactie partners zal worden geïsoleerd en in de nabije toekomst gekenmerkt. Terwijl we raden sterk aan de TAP-tag voor complexe zuivering, wil wij nog op wijzen dat extra versies aan de hier gepresenteerde bestaan en zeer nuttig zijn voor sommige toepassingen kunnen.
The authors have nothing to disclose.
Het werk werd gesteund door subsidies van de Zwitserse National Science Foundation (31003A_156998 en 31003A_176191) en de Universiteit van Neuchâtel.
NaHCO3 | PanReac AppliChem | A0384 | |
Tris | Biosolve | 0020092391BS | |
Na2HPO4 | Sigma | S7909 | |
KH2PO4 | PanReac AppliChem | A2946 | |
NaCl | PanReac AppliChem | A2942 | |
NaF | Sigma | S1509 | Toxic |
PMSF | PanReac AppliChem | A0999 | Toxic |
Plant protease inhibitor cocktail | Sigma | P9599 | |
Glycerol | PanReac AppliChem | A0970 | |
Triton X100 | Roche | 10789704001 | |
Glycine | PanReac AppliChem | A1067 | |
EDTA | Carl Roth | 8043 | |
Dithiothreitol (DTT) | PanReac AppliChem | A1101 | |
SDS | PanReac AppliChem | A0675 | |
Bromophenol blue | Sigma | B0126 | |
HCl | VWR | 20252-290 | Corrosive |
Sucrose | PanReac AppliChem | A3935 | |
Murashige and Skoog medium with vitamins | Duchefa Biochemie | M0222 | |
Phytoagar | Duchefa Biochemie | P1003 | |
Petri plate | Greiner Bio-one | 639102 | |
1.5 mL microfuge tubes | Sarstedt | 72.706 | |
Ethanol | Fisher chemical | E/0600DF/15 | |
Filter paper | Whatman | 10311804 | |
Surgical tape | 3M | 1530-1 | |
CNBr-Activated agarose beads (sepharose 4B) | GE Healthcare | 17-0430-01 | |
Sintered glass filter | DURAN | 2515703 | |
Centrifuge tube 50 mL | TPP | 91050 | |
Purified immunoglobulin G (HsIgG) | MP Biomedicals | 855908 | |
Rotating shaker | IKA | 4016000 | |
NaN3 (sodium azide) | Sigma | 71290 | Toxic |
Quick filtration material (Miracloth) | Merk-Millipore | 475855 | |
Ultracentrifube XNP-80 | Beckman Coulter | A99839 | |
Rotor SW 32 Ti | Beckman Coulter | 369650 | |
Ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 326823 | |
Glass teflon homogenizer (Potter) | Wheaton | 357426 | |
Spin column (Mobicol) | Mo Bi Tec | M1003 | |
Filter 35µm for spin column (Mobicol) | Mo Bi Tec | M513515 | |
AcTEV | Invitrogen | 12575-015 | |
Centrifugal evaporator (Speed Vac) | Eppendorf | 5305000100 | |
FBN1A(PGL35) antibody | AgriSera | AS06 116 | RRID:AB_2247012 |
Sand, Fontainebleau | VWR | 27460.295 |