Aqui apresentamos um protocolo testado e comprovado para a purificação do cloroplasto complexos de importação de proteínas (complexo de TIC-TOC) usando a torneira-tag. O protocolo de afinidade-isolamento de uma etapa potencialmente pode ser aplicado a qualquer proteína e ser usado para identificar novos parceiros de interação por espectrometria de massa.
Biogênese cloroplasto requer a importação de milhares de proteínas codificadas núcleo para o plastídeo. A importação destas proteínas depende do translocon no exterior (TOC) e membranas de cloroplastos internas (TIC). Os complexos TOC e TIC são multiméricas e provavelmente contêm componentes ainda desconhecidos. Um dos principais objetivos no campo é estabelecer o inventário completo de componentes TOC e TIC. Para o isolamento de complexos de TIC-TOC e a identificação de novos componentes, o receptor preprotein que toc159 tem sido modificado N-terminal pela adição da marca de purificação (torneira) de afinidade em tandem resultando em TAP-TOC159. A TAP-tag destina-se a dois passos de purificação da afinidade sequencial (daí “afinidade em tandem”). A TAP-tag usada nestes estudos consiste de um domínio N-terminal IgG-ligação derivado de proteína de Staphylococcus aureus , um (ProtA) seguido por um calmodulina-ligação do peptide (CBP). Entre essas marcas de dois afinidade, um tabaco etch clivagem de protease do vírus (TEV) site foi incluído. Portanto, protease do PEV pode ser usado para a eluição suave de complexos contendo TOC159 após a ligação de IgG grânulos. O protocolo apresentado aqui, a segunda etapa de purificação de calmodulina-afinidade foi omitida. O protocolo de purificação começa com a preparação e solubilização das membranas celulares totais. Após o tratamento de detergente, as proteínas de membrana solubilizado são incubadas com grânulos de IgG para o immunoisolation de torneira-TOC159-contendo complexos. Mediante vinculação e lavagem extensa, TAP-TOC159 contendo complexos são clivados e liberados os grânulos de IgG usando a protease TEV, pelo qual o domínio de S. aureus IgG-ligação é removido. Mancha de isolados ocidental TOC159 contendo complexos podem ser usados para confirmar a presença de proteínas TOC e TIC conhecidas ou suspeitas. Mais importante, os complexos contendo TOC159 têm sido utilizados com sucesso para identificar novos componentes dos complexos TOC e TIC por espectrometria de massa. O protocolo que apresentamos potencialmente permite o isolamento eficiente de qualquer proteína de membrana-limite complexo para ser usado para a identificação dos componentes ainda desconhecidos por espectrometria de massa.
As plantas dependem de cloroplastos para fotossíntese e crescimento photoautotrophic1. A grande maioria das proteínas do cloroplasto é codificada no núcleo, sintetizada no citosol e importada para o cloroplasto através dos complexos TIC e TOC no envelope membranas2. O núcleo do complexo do TOC consiste no canal de proteína-realização de Toc75 e dos dois receptores GTPases Toc33 e Toc1593,4,5. TOC159 é essencial para a biogênese de cloroplastos e Medeia a acumulação maciça de proteínas associadas a fotossíntese6. O complexo TIC consiste no canal de proteína-realização de TIC20, bem como TIC110 e TIC407,8. Recentemente, uma translocação de proteínas 1MD complexa na membrana interna do envelope foi isolada e continha componentes inéditas9, um dos quais era TIC56. Estamos isolados recentemente co TIC56 a 1 MDA complexo usando o protocolo de purificação de afinidade de torneira-TOC159. Os dados indicaram uma sobreposição estrutural entre os complexos TOC/TIC “canônicos” e o 1 complexo MDa10. Anteriormente desconhecidos componentes como KOC1 também foram identificados como novos parceiros de interação dos TOC e TIC complexos usando o TAP-método descrito aqui10,11.
Assim, a purificação de torneira-marca é um método eficiente para o isolamento de complexos de proteínas e a identificação de parceiros interagindo por subsequente análise de espectrometria de massa12. A TAP tag consiste em duas repetições de ligação de IgG separadas um calmodulina-ligação do peptide (CBP) por um tabaco etch local de clivagem de protease de vírus (TEV). O método original, que consiste de uma etapa de purificação de IgG-afinidade seguido por clivagem do PEV e cromatografia de afinidade-calmodulina subsequentes permitido nativa purificação da proteína altamente puro e grandes complexos13,14 . Nós temos o procedimento simplificado e demonstrou que os complexos de proteína que contêm TOC159 também podem ser purificados com eficiência usando somente a etapa de purificação de IgG-afinidade seguida de TEV-clivagem por eluição15. Em nossa experiência, a omissão da etapa de calmodulina-afinidade resultou em rendimentos mais elevados e, portanto, pode ser apropriada para proteínas de baixa abundância.
Em suma, temos engenharia transgênica estável a. thaliana linhas expressando TAP-TOC159 no ppi2 (toc159 KO mutante) fundo e estabeleceu como uma fonte confiável para a purificação de complexos de TIC-TOC. O protocolo para o isolamento do complexo TIC-TOC começa com a homogeneização do material vegetal em um buffer livre de detergente. Após a centrifugação, o sobrenadante é Descartado. A pelota que contém a fração do total da membrana é solubilizada usando um buffer contendo detergente. Após uma etapa de ultracentrifugação, o sobrenadante contendo complexos de TIC-TOC solubilizados é aplicado à IgG-resina para purificação da afinidade. Depois de várias etapas de lavagem, eluição é efectuada utilizando um buffer contendo protease TEV para seletivamente cleave a jusante dos domínios de IgG-vinculação e suavemente nativo TOC159 contendo complexos de lançamento. O eluato de PEV pode ser analisado diretamente pela mancha ocidental ou espectrometria de massa para identificar os parceiros de interação de TOC15910,11,15. O método também tem sido usado para identificar modificações borne-translational de TOC15915. No futuro, nativo TOC159 contendo complexos podem ser utilizados para estudos estruturais usando microscopia de cryoelectron.
Temos demonstrado que uma única etapa de purificação de marca de torneira é um método eficiente e específico para a purificação do complexo Arabidopsis TIC-TOC. Embora a TAP-tag permitiria duas etapas sucessivas de purificação (IgG-seguido de purificação da afinidade de calmodulina depois TEV protease-clivagem), acreditamos que, em muitos casos, o primeiro passo de afinidade, seguido por clivagem de protease TEV serão suficiente. Nosso alvo, TOC159, é baixo o abundante e a inclusão da segunda etapa calmodulina-afinidade diminuída excessivamente o rendimento de proteína, que foi a principal razão para excluí-lo do nosso presente protocolo. O PEV-eluição em si é uma etapa de purificação altamente específico e suave que só vai liberar o alvo com a TAP-tag juntamente com os parceiros de interação associado enquanto contaminar as proteínas degola não especìfica para a resina de IgG permanecerá lá. Assim, em combinação com a etapa de IgG-afinidade, a eluição de TEV resulta em uma purificação suficientemente eficiente para nosso e provavelmente muitos outros fins.
Cuidado deve ser tomado que a construção com a TAP-tag é totalmente funcional em vivo. TOQUE de marcação poderia ter efeitos potencialmente deletérios na atividade da proteína, a estabilidade ou a localização. TOC159 consiste em três domínios, o domínio de ácido N-terminal, o domínio de GTP-ligando central e domínio C-terminal da membrana, que ancora TOC159 no exterior cloroplasto membrana2. Para evitar potenciais interferências com inserção de membrana, nós fundidos a TAP-tag para o N-terminal da TOC159. Fusão de N-terminal é bastante a exceção que a regra. Muitas proteínas contêm informações de direcionamento de N-terminal e, portanto, devem por a tag no C-terminal. Estamos garantido que TOC159 é funcional na vivo pela complementação do mutante ppi2 (um mutante de albino falta TOC159) com torneira-TOC159. O resgate do verde, o fenótipo tipo selvagem indicou que a TAP-TOC159 era funcional15.
O protocolo de purificação foi usado para identificar novos parceiros de interação de TOC159, que incluiu KOC1 e TIC5610,11. No total, cerca de 30 proteínas foram associadas com o complexo, sugerindo que a interação nova parceiros serão isolados e caracterizados em um futuro próximo. Enquanto é altamente recomendável a TAP-tag para purificação complexa, gostaríamos ainda de salientar que versões adicionais para aquele apresentado aqui existem e podem ser muito útil para algumas aplicações.
The authors have nothing to disclose.
O trabalho foi apoiado por concessões do Swiss National Science Foundation (31003A_156998 e 31003A_176191) e da Universidade 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 |