Qui presentiamo un protocollo collaudato e testato per la purificazione del cloroplasto complessi di importazione della proteina (complesso di TOC-TIC) utilizzando il rubinetto-tag. Il protocollo di affinità-isolamento di uno stadio potenzialmente può essere applicato a qualsiasi proteina ed essere utilizzato per identificare nuovi partners di interazione mediante spettrometria di massa.
Biogenesi cloroplasto richiede l’importazione di migliaia di proteine codificate dal nucleo in del plastidio. L’importazione di queste proteine dipende il Traslocone all’esterno (TOC) e membrane interne di cloroplasti (TIC). I complessi TIC e TOC sono multimerici e probabilmente contengono componenti ancora sconosciuti. Uno degli obiettivi principali nel campo è quello di stabilire l’inventario completo dei componenti TIC e TOC. Per l’isolamento dei complessi di TOC-TIC e l’identificazione di nuovi componenti, il recettore preprotein che toc159 è stato modificato N-terminalmente con l’aggiunta del tag di purificazione (TAP) affinità tandem conseguente TAP-TOC159. Il rubinetto-tag è stato progettato per due fasi di purificazione di affinità sequenziale (quindi “affinità tandem”). Il rubinetto-tag utilizzato in questi studi è costituito da un dominio N-terminale IgG-associazione derivato dalla proteina di Staphylococcus aureus un (ProtA) seguita da un peptide di calmodulin-associazione (CBP). Tra questi tag due affinità, un tabacco etch clivaggio proteasi virus (TEV) sito è stato incluso. Di conseguenza, della proteasi TEV può essere utilizzata per eluizione delicato di complessi contenenti TOC159 dopo l’associazione ai branelli di IgG. Nel protocollo presentato qui, è stato omesso il secondo passaggio di purificazione calmodulina-affinità. Il protocollo di purificazione inizia con la preparazione e la solubilizzazione delle membrane cellulari totale. Dopo il trattamento detergente, le proteine di membrana solubilizzate vengono incubate con IgG perline per la immunoisolation del rubinetto-TOC159-contenere i complessi. All’associazione e vasto lavaggio, TAP-TOC159 contenenti complessi sono spaccati e rilasciati dalle perle di IgG usando la proteasi TEV per cui il dominio di S. aureus IgG-binding viene rimosso. Macchiare dell’isolato occidentale complessi contenenti TOC159 possono essere utilizzati per confermare la presenza delle proteine TIC e TOC note o sospette. Ancora più importante, il TOC159-contenere i complessi sono stati utilizzati con successo per identificare nuovi componenti dei complessi TIC TOC mediante spettrometria di massa. Il protocollo che presentiamo potenzialmente consente l’isolamento efficiente di qualsiasi proteina di membrana complessi da utilizzare per l’identificazione di componenti ancora sconosciuti tramite spettrometria di massa.
Piante dipendono da cloroplasti per la fotosintesi e la crescita autotrofe1. La maggior parte delle proteine del cloroplasto è codificata nel nucleo, sintetizzata nel citosol e importata in cloroplasto attraverso i complessi TIC e TOC in busta membrane2. Il nucleo del sommario complesso è costituito dal canale di conduzione di proteina di Toc75 e i due recettori GTPases Toc33 e Toc1593,4,5. TOC159 è essenziale per la biogenesi dei cloroplasti e media l’accumulazione voluminosa di proteine associate fotosintesi6. Il complesso TIC è costituito dal TIC20 lo svolgimento di proteina canale così come TIC110 e TIC407,8. Recentemente, una traslocazione di proteine 1MD complessa alla membrana busta interna è stata isolata e conteneva componenti precedentemente non identificato9, uno dei quali era TIC56. Abbiamo recentemente co-isolato in TIC56 di 1 MDa complessa utilizzando il protocollo di purificazione di affinità TAP-TOC159. I dati hanno indicato una sovrapposizione strutturale tra i complessi TOC/TIC “canonici” e la 1 MDa complesso10. In precedenza sconosciuti componenti quali KOC1 inoltre sono stati identificati come nuovo partner di interazione dei TIC e TOC complessi utilizzando il metodo di rubinetto descritto qui10,11.
Così, la purificazione di TAP-tag è un metodo efficace per l’isolamento dei complessi della proteina e l’identificazione di interattori di successive analisi spettrometria totale12. Il tag TAP è costituito da due ripetizioni di IgG leganti separati da un peptide di calmodulin-associazione (CBP) da un tabacco etch sito di clivaggio della proteasi virus (TEV). Il metodo originale, costituito da una fase di purificazione di affinità IgG seguita dal clivaggio TEV e successive calmodulina-cromatografia consentito la purificazione nativa di grandi e altamente pura proteina complessi13,14 . Abbiamo semplificato la procedura e ha dimostrato che i complessi di proteine contenenti TOC159 possono anche essere purificati in modo efficiente utilizzando solo la fase di purificazione di affinità IgG seguita da TEV-fenditura per eluizione15. Nella nostra esperienza, l’omissione del passo del calmodulin-affinità provocato rendimenti più elevati e pertanto può essere appropriato per le proteine di scarsa abbondanza.
In breve, abbiamo progettato transgenici stabile a. thaliana linee che esprimono TAP-TOC159 in ppi2 (toc159 KO mutante) di base e ha stabilito come una fonte affidabile per la purificazione di complessi di TOC-TIC. Il protocollo per l’isolamento del complesso TOC-TIC inizia con l’omogeneizzazione del materiale vegetale in un amplificatore senza detersivo. Dopo centrifugazione, il sovranatante viene scartato. Il pellet contenente la frazione totale della membrana viene solubilizzato utilizzando un buffer contenente detersivo. Dopo un passaggio di ultra-centrifugazione, il sovranatante contenente solubilizzate complessi di TOC-TIC viene applicato alla IgG-resina per purificazione di affinità. Dopo varie fasi di lavaggio, eluizione viene effettuata utilizzando un buffer contenenti proteasi TEV selettivamente fendere a valle i domini di IgG-binding e delicatamente rilasciare complessi contenenti TOC159 nativi. L’eluato TEV può essere analizzato direttamente mediante Western blotting o spettrometria di massa per identificare i partner di interazione di TOC15910,11,15. Il metodo è stato utilizzato anche per identificare le modifiche post-traduzionali di TOC15915. In futuro, nativi complessi contenenti TOC159 possono essere utilizzati per studi strutturali utilizzando criomicroscopia elettronica.
Abbiamo dimostrato che un singolo passaggio di purificazione tag TAP è un metodo specifico ed efficiente per la depurazione del complesso di TOC-TIC di Arabidopsis . Anche se il rubinetto-tag permetterebbe due passaggi successivi di purificazione (IgG-seguita da purificazione di affinità calmodulina dopo TEV proteasi-fenditura), crediamo che in molti casi il primo passo di affinità seguito dalla scissione della proteasi TEV sarà sufficiente. Il nostro obiettivo, TOC159, è bassa abbondante e l’inclusione del secondo passaggio della calmodulina-affinità eccessivamente diminuito il rendimento di proteina che era il motivo principale per escluderlo dalla nostra presente protocollo. L’eluizione di TEV in sé è un passo di purificazione altamente specifico e delicato che rilascerà solo la destinazione TAP-tag insieme ai partner di interazione associato mentre contaminando le proteine che attacca non specifico per la resina di IgG rimarrà lì. Così, in combinazione con il passo di IgG-affinità, l’eluizione di TEV risulta in una purificazione sufficientemente efficiente per nostro e probabilmente molti altri scopi.
Deve prestare attenzione che il costrutto di TAP-etichetta è completamente funzionale in vivo. TAP-tagging potrebbe avere effetti potenzialmente deleteri sulla attività della proteina, la stabilità o la localizzazione. TOC159 è costituito da tre domini, il dominio di acido N-terminale, il dominio GTP-associazione centrale e dominio di membrana C-terminale, che ancora TOC159 nella membrana esterna cloroplasto2. Per evitare potenziali interferenze con l’inserimento della membrana, abbiamo fuso il rubinetto-tag al N-terminale di TOC159. La fusione al N-terminale è piuttosto l’eccezione che la regola. Molte proteine contengono informazioni sulla destinazione del N-terminale e pertanto dovrebbero contrassegnati al C-terminale. Siamo certi che TOC159 è funzionale in vivo di complementazione del mutante ppi2 (un mutante di albino manca TOC159) con rubinetto-TOC159. Il salvataggio del verde, fenotipo wild type indicato che TAP-TOC159 era funzionale15.
Il protocollo di purificazione è stato utilizzato per identificare nuovi partners di interazione di TOC159, che comprendeva10,KOC1 e TIC5611. In totale, circa 30 proteine sono stati associati con il complesso suggerendo che l’interazione nuovo partner sarà isolata e caratterizzata nel prossimo futuro. Mentre consigliamo vivamente il rubinetto-tag per depurazione complessi, vorremmo ancora sottolineare che ulteriori versioni a quello presentato qui esistano e possono essere molto utile per alcune applicazioni.
The authors have nothing to disclose.
Il lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni da parte della Swiss National Science Foundation (31003A_156998 e 31003A_176191) e l’Università di 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 |