Wir stellen Ihnen hier eine bewährte und getestete Protokoll für die Reinigung der Chloroplasten Import Proteinkomplexe (TOC-TIC-Komplex) mit der TAP-Tag. Das einstufige Affinität-Isolierung-Protokoll kann potenziell auf jedem Protein angewendet werden und verwendet werden, um neue Interaktionspartner identifizieren durch Massenspektrometrie.
Chloroplasten Biogenese erfordert den Import von Tausenden von Kern-kodierten Proteine in den Plastiden. Der Import dieser Proteine hängt von der Translocon an der äußeren (TOC) und inneren (TIC) Chloroplasten Membranen. Die TOC und TIC-komplexe sind Multimeric und wahrscheinlich noch unbekannte Komponenten enthalten. Eines der wichtigsten Ziele im Feld ist, das komplette Inventar der TOC und TIC Komponenten zu etablieren. Für die Isolierung von TOC-TIC-komplexe und die Identifizierung neuer Komponenten geändert der preprotein Rezeptor TOC159 wurde N-Terminal durch die Zugabe des Tandem Affinität Reinigung (TAP) Tags was zu TAP-TOC159. Das TAP-Tag richtet sich an zwei sequentielle Affinität Reinigungsschritte (daher “Tandem-Affinität”). Das TAP-Tag verwendet in diesen Studien besteht aus einer N-terminalen IgG-bindende Domäne von Staphylococcus Aureus Protein (ProtA) gefolgt durch ein Calmodulin-Bindung-Peptid (CBP) abgeleitet. Zwischen diesen beiden Affinität-Tags, ein Tabak Ätzen Virus (TEV) Protease Spaltung Website aufgenommen wurde. Daher kann TEV Protease für sanfte Elution von TOC159-haltigen komplexe nach Bindung an IgG Perlen verwendet werden. In dem hier vorgestellten Protokoll wurde der zweite Calmodulin-Affinität Reinigungsschritt ausgelassen. Die Reinigung Protokoll beginnt mit der Vorbereitung und Solubilisierung von insgesamt Zellmembranen. Nach der Waschmittel-Behandlung werden die solubilisiert Membranproteine mit IgG-Perlen für die Immunoisolation der TAP-TOC159-haltigen komplexe inkubiert. Bei der Bindung und umfangreiche waschen sind TAP-TOC159 enthaltenden komplexe gespalten und befreit die IgG-Perlen mit der TEV-Protease, wobei der S. Aureus IgG-bindende Domäne entfernt wird. Westlichen beflecken von der isolierten TOC159-haltigen komplexe lässt sich das Vorhandensein von bekannten oder vermuteten TOC und TIC Proteinen zu bestätigen. Noch wichtiger ist, sind die TOC159-haltigen komplexe erfolgreich benutzt worden, neue Komponenten der TOC und TIC komplexe zu identifizieren durch Massenspektrometrie. Das Protokoll, das präsentieren wir potentiell ermöglicht die effiziente Isolierung Membrane-springen Protein Komplex von Massenspektrometrie zur Identifizierung von unbekannten Komponenten verwendet werden.
Pflanzen hängen Chloroplasten Photosynthese und Photoautotrophe Wachstum1. Die überwiegende Mehrheit der Chloroplasten Proteine kodiert im Zellkern, in das Zytosol synthetisiert und in den Chloroplasten über TIC und TOC-komplexe in den Umschlag Membranen2importiert. Der Kern des Inhaltsverzeichnisses Komplex besteht aus Toc75 Protein-leitenden Kanal und die zwei Rezeptor GTPases Toc33 und Toc1593,4,5. TOC159 ist essentiell für die Biogenese von Chloroplasten und die massive Anhäufung von Photosynthese-assoziierte Proteine6vermittelt. Der TIC-Komplex besteht aus dem TIC20 Protein-leitenden Kanal sowie TIC110 und TIC407,8. Vor kurzem eine 1MD Protein Translokation Komplex an der inneren Umschlag Membran wurde isoliert und enthielt bislang nicht identifizierte Komponenten9, eins davon TIC56 war. Vor kurzem wurde TIC56 des Komplexes mit dem TAP-TOC159 Affinität Reinigung Protokoll 1 MDa Co isoliert. Die Daten zeigten eine strukturelle Überschneidungen zwischen den “kanonischen” TOC/TIC-komplexe und 1 MDa komplexe10. Bisher wurden unbekannte Komponenten wie KOC1 auch gekennzeichnet, wie neue Interaktionspartner der TOC und TIC-komplexe mit der TAP-Methode hier10,11beschrieben.
So ist die TAP-Tag Reinigung eine effiziente Methode für die Isolierung von Proteinkomplexen und die Identifizierung der interagierenden Partner durch nachfolgende massenspektrometrische Analyse12. Das TAP-Tag besteht aus zwei IgG Bindung Wiederholungen von ein Calmodulin-Bindung-Peptid (CBP) getrennt durch ein Tabak Ätzen (TEV) Virus-Protease-Spaltstelle. Die ursprüngliche Methode, d. h. eine IgG-Affinität Reinigung gefolgt von TEV Spaltung und anschließende Calmodulin-Affinitätschromatographie gestattet die native Reinigung von großen und hochreines Protein-komplexe13,14 . Wir haben das Verfahren vereinfacht und gezeigt, dass die TOC159-haltigen Proteinkomplexe auch effizient nutzen nur die IgG-Affinität Reinigungsschritt gefolgt von TEV-Spaltung Elution15gereinigt werden. In unserer Erfahrung der Verzicht auf die Calmodulin-Affinität Schritt führte zu höheren Erträgen sowie möglicherweise daher geeignet für niedrige Fülle Proteine.
Kurzum, wir stabile transgenen A. Thaliana entwickelt Linien mit dem Ausdruck TAP-TOC159 in der ppi2 (toc159 KO Mutant) Hintergrund und etablierte es als eine zuverlässige Quelle für die Reinigung des TOC-TIC-komplexe. Das Protokoll für die Isolierung von der TOC-TIC-Komplex beginnt mit der Homogenisierung des Pflanzenmaterials in einem Waschmittel-freie Puffer. Nach Zentrifugation wird der Überstand verworfen. Das Pellet mit der gesamten Membran-Anteil ist mit einem Reinigungsmittel-haltigen Puffer solubilisiert. Nach einer Ultra-Zentrifugationsschritt wird der Überstand mit solubilisiert TOC-TIC-komplexe auf IgG-Harz für die Affinitätsreinigung angewendet. Nach mehreren Waschschritten, Elution erfolgt mit TEV Protease-haltigen Puffer zu selektiv flussabwärts Spalten der IgG-bindende Domänen und sanft loslassen native TOC159-haltigen komplexe. TEV Eluat kann direkt durch westliche Beflecken oder Ermittlung der Interaktionspartner TOC15910,11,15-Massenspektrometrie analysiert werden. Die Methode ist auch zur post-translationalen Modifikationen des TOC15915Kennzeichnung verwendet. In Zukunft können native TOC159-haltigen komplexe für strukturelle Studien mit Cryoelectron Mikroskopie verwendet werden.
Wir zeigten, dass ein einzigen Schritt TAP Tag Reinigung eine konkrete und effiziente Methode zur Reinigung von Arabidopsis -TOC-TIC-Komplex. Obwohl das TAP-Tag zwei aufeinander folgende Reinigungsschritte (IgG-gefolgt von Calmodulin Affinitätsreinigung nach TEV Protease-Spaltung) erlauben würde, glauben wir, dass in vielen Fällen der erste Affinität Schritt gefolgt von TEV Protease Spaltung ausreichen werden. Unser Ziel, TOC159, ist reichlich niedrig und die Aufnahme des zweiten Schrittes Calmodulin-Affinität übermäßig vermindert die Proteinausbeute war der Hauptgrund für unsere dieses Protokolls auszuschließen. Der TEV-Elution an sich ist eine sehr spezielle und schonende Reinigungsschritt, der nur release wird das TAP-markierte Ziel zusammen mit zugehörigen Interaktionspartner während verunreinigen die Proteine unspezifisch an die IgG-Harz kleben dort bleiben wird. In Kombination mit der IgG-Affinität Schritt ergibt sich also, den TEV Elution in eine ausreichend effiziente Reinigung für unsere und wahrscheinlich viele andere Zwecke.
Vorsicht ist geboten, dass die TAP-Tags Konstrukt voll funktionsfähig in Vivo. TAP-tagging könnte potenziell schädliche Auswirkungen auf die Proteinaktivität, Stabilität oder Lokalisierung haben. TOC159 besteht aus drei Domänen, die sauren N-terminale Domäne, die zentrale GTP-bindende Domäne und C-terminalen Membran Domäne, das TOC159 in die äußere Chloroplasten Membran2Anker. Zur Vermeidung möglichen Interferenzen mit Membran einsetzen verschmolzen wir das TAP-Tag an den N-Terminus des TOC159. Fusion an den N-Terminus ist eher die Ausnahme als die Regel. Viele Proteine enthalten N-terminale gezielt Informationen und sollte daher durch am C-Terminus markiert. Wir sicher, dass TOC159 funktionelle in Vivo durch Ergänzung des ppi2 mutierten (ein Albino-Mutant TOC159 fehlt) mit TAP-TOC159. Die Rettung des grünen Wildtyp Phänotyp zufolge TAP-TOC159 funktionelle15Jahre alt war.
Die Reinigung-Protokoll wurde verwendet, um neue Interaktionspartner des TOC159, zu identifizieren, die KOC1 und TIC5610,11enthalten. Insgesamt waren rund 30 Proteine mit dem Komplex, was darauf hindeutet, dass neue Interaktion Partner werden isoliert und charakterisiert in naher Zukunft verbunden. Während das TAP-Tag für komplexe Reinigung wir empfehlen, möchten wir noch darauf hinweisen, dass weitere Versionen mit dem hier vorgestellten vorhanden und können für einige Anwendungen sehr nützlich sein.
The authors have nothing to disclose.
Die Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem Schweizerischen Nationalfonds (31003A_156998 und 31003A_176191) und der Universität Neuenburg.
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 |