Nous présentons ici un protocole éprouvé et testé pour la purification des chloroplastes complexes d’importation protéiques (complexe TOC-TIC) à l’aide de la balise de robinet. Le protocole d’affinité-isolation en une seule étape peut potentiellement s’appliquer à n’importe quelle protéine et être utilisé pour identifier de nouveaux partenaires d’interaction par spectrométrie de masse.
Biogenèse des chloroplastes nécessite l’importation de milliers de protéines codées noyau dans les plastes. L’importation de ces protéines dépend du translocon à l’extérieur (TOC) et les membranes internes des chloroplastes (TIC). Les complexes TOC et TIC sont multimériques et probablement contiennent des composants encore inconnus. L’un des principaux objectifs dans le domaine est d’établir l’inventaire complet des composants TOC et TIC. Pour l’isolement des complexes de TIC-TOC et l’identification de nouveaux composants, le récepteur préprotéines que Toc159 a été modifiée en position N-terminale par l’ajout de la balise de purification (TAP) tandem affinité aboutissant à TAP-TOC159. Le TAP-tag est conçu pour les deux étapes de purification d’affinité séquentielle (d’où « affinité tandem »). La TAP-balise utilisée dans ces études se compose d’un domaine N-terminal IgG-liaison dérivé de protéine de Staphylococcus aureus un (ProtA) suivi par un peptide liant la calmoduline (CBP). Entre ces balises deux affinité, un tabac etch clivage protéase virus (TEV) site a été inclus. Par conséquent, protéase TEV peut être utilisé pour douce élution des complexes contenant du TOC159 après la liaison d’IgG perles. Dans le protocole présenté ici, la deuxième étape de purification de la calmoduline-affinité a été omise. Le protocole de purification commence par la préparation et la solubilisation des membranes cellulaires totales. Après le traitement-détergent, les protéines de la membrane solubilisée sont incubés avec perles d’IgG pour l’immunoisolation des complexes contenant du robinet-TOC159. Liaison et un lavage, TAP-TOC159 complexes contenant sont clivés et libérés des perles d’IgG à l’aide de la protéase TEV par laquelle le domaine de liaison à IgG S. aureus est supprimé. Western Blot de l’isolé complexes contenant TOC159 peuvent être utilisés pour confirmer la présence de protéines connues ou soupçonnées, TOC et TIC. Plus important encore, les complexes contenant du TOC159 ont été utilisés avec succès pour identifier les nouveaux composants des complexes TOC et TIC par spectrométrie de masse. Le protocole que nous vous présentons potentiellement permet l’isolement efficace d’une protéine de membrane-bondissent complexe à utiliser pour l’identification des éléments encore inconnus par spectrométrie de masse.
Les plantes dépendent des chloroplastes pour la photosynthèse et la croissance photoautotrophique1. La grande majorité des protéines de chloroplastes est codée dans le noyau, synthétisée dans le cytosol et importée dans le chloroplaste par les complexes TIC et TOC dans l’enveloppe membranes2. Le noyau du complexe TOC est constitué du chenal menant à la protéine Toc75 et deux récepteurs GTPases Toc33 Toc1593,4,5. TOC159 est essentiel pour la biogenèse des chloroplastes et intervient dans l’accumulation massive de protéines associées à la photosynthèse,6. Le complexe des TIC se compose de la canal de conduction protéine TIC20 ainsi que TIC110 et TIC407,8. Récemment, une translocation de protéines 1MD complexe au niveau de la membrane enveloppe intérieure a été isolée et contenait des éléments inconnus9, dont a été TIC56. Récemment, nous avons isolé co TIC56 du 1 MDa complexe en utilisant le protocole de purification d’affinité TAP-TOC159. Les données indiquent un chevauchement structurels entre les complexes TOC/TIC « canonical » et le complexe 1 MDa10. Auparavant inconnue des composants tels que KOC1 sont désignés comme nouveaux partenaires d’interaction des complexes TOC et TIC à l’aide de la méthode robinet décrit ici10,11.
Ainsi, la purification de TAP-tag est une méthode efficace pour l’isolation des complexes protéiques et l’identification des partenaires qui interagissent par l’analyse par spectrométrie de masse subséquentes12. La balise de robinet se compose de deux répétitions de liaison IgG séparées d’un peptide liant la calmoduline (CBP) par un tabac etch site de clivage de protéases virus (TEV). La méthode originale, consistant en une étape de purification d’affinité IgG suivie par TEV et chromatographie d’affinité-calmoduline subséquente autorisée la purification native de grand et très pur protéines complexes13,14 . Nous avons simplifié la procédure et a démontré que les complexes de protéine contenant du TOC159 peuvent également être épurées efficacement en utilisant uniquement l’étape de purification IgG-affinité suivie par TEV élution15. Dans notre expérience, l’omission de l’étape de la calmoduline-affinité a donné lieu à des rendements plus élevés et peut-être donc convenir pour des protéines de faible abondance.
En bref, nous avons conçu le stable transgéniques a. thaliana exprimant TAP-TOC159 dans le ppi2 (toc159 KO mutant) contexte et établi comme une source fiable pour la purification des complexes TOC-TIC. Le protocole pour l’isolement du complexe TOC-TIC commence par l’homogénéisation de la matière végétale dans un tampon sans détergent. Après centrifugation, le surnageant est ignoré. La pastille contenant la fraction totale de membrane est solubilisée à l’aide d’un tampon contenant du détergent. Après une étape d’ultra-centrifugation, le surnageant contenant des complexes de TOC-TIC solubilisées est appliqué à l’IgG de résine pour la purification d’affinité. Après plusieurs étapes de lavage, élution est réalisée en utilisant un tampon contenant de protéase TEV pour cliver sélectivement en aval du domaine de liaison IgG et doucement relâchez natives complexes contenant TOC159. L’éluat TEV peut être analysé directement par Western blot ou spectrométrie de masse pour identifier les partenaires d’interaction de TOC15910,11,15. La méthode a également été utilisée pour identifier les modifications post-traductionnelles des TOC15915. À l’avenir, natives complexes contenant TOC159 peuvent être utilisés pour les études structurales à l’aide de la microscopie cryoélectronique.
Nous avons démontré qu’une seule étape de purification de robinet tag est une méthode spécifique et efficace pour la purification de l’Arabidopsis TOC-TIC complexe. Bien que la balise de robinet permettrait aux deux étapes de purification successives (IgG-suivie de la calmoduline purification d’affinité après clivage protéase TEV), nous croyons que, dans de nombreux cas, la première étape de l’affinité suivie par protéase TEV sera suffisante. Notre objectif, TOC159, est peu abondante et l’inclusion de la deuxième étape de la calmoduline-affinité excessivement réduit le rendement de protéine qui était la principale raison pour l’exclure de notre présent protocole. Le TEV-élution en soi est une étape de purification très spécifique et douce qui sortira seulement la cible TAP-tag ainsi que de partenaires d’interaction associés tandis que contaminer les protéines coller non spécifique à la résine d’IgG y restera. Ainsi, en combinaison avec l’étape IgG-affinité, l’élution de TEV se traduit par une purification suffisamment efficace pour nos et probablement plusieurs autres fins.
Il faut que la construction de TAP-tag est pleinement fonctionnelle in vivo. TAP-tagging pourrait avoir des effets potentiellement délétères sur l’activité de la protéine, de stabilité ou de localisation. TOC159 se compose de trois domaines, le domaine acide N-terminal, la centrale du domaine liant le GTP et domaine C-terminal membrane, qui ancre TOC159 dans le de membrane externe du chloroplaste2. Pour éviter toute interférence avec l’insertion de la membrane, nous fusionnés avec la balise de robinet à l’extrémité N-terminale de TOC159. La fusion à l’extrémité N-terminale est plutôt l’exception que la règle. Beaucoup de protéines contiennent des informations de ciblage N-terminale et devrait par conséquent par étiqueté à l’extrémité C-terminale. On assure que TOC159 est fonctionnelle in vivo par complémentation du mutant ppi2 (un mutant albinos manque TOC159) avec robinet-TOC159. Le sauvetage du vert, phénotype sauvage a indiqué que TAP-TOC159 était fonctionnelle15.
Le protocole de purification servait à identifier de nouveaux partenaires d’interaction de TOC159, qui comprenait KOC1 et TIC5610,11. Au total, environ 30 protéines étaient associés avec le complexe, ce qui suggère que l’interaction nouvelle partenaires seront isolés et caractérisés dans un proche avenir. Alors que nous vous recommandons le robinet-tag pour la purification de complexe, nous tenons encore à souligner que les versions supplémentaires à celle présentée ici existent et peuvent être très utiles pour certaines applications.
The authors have nothing to disclose.
Le travail a été soutenu par des subventions de la Swiss National Science Foundation (31003A_156998 et 31003A_176191) et par l’Université de 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 |