Характеристика Мембранных Транспортеров по гетерологусному выражению в кишечной палочке и производству Мембранных Весиклей

Белки, участвующие в торговле метаболитами, представляют собой необходимый уровень физиологической регуляции, однако подавляющее большинство переносчиков растительных мембран еще не были функционально охарактеризованы. Было реализовано несколько стратегий, характеризующих новые транспортные белки. Гетерологические выражения в модельных организмах, таких как кишечная палочка и эукариотические клетки, такие как дрожжи, ксенопусские яйцеклетки, клетки млекопитающих, клетки насекомых и растительные клетки, все были использованы для определения их транспортной активности¹. Эукариотические клетки благоприятствуют экспрессии эукариотических белков, потому что основной клеточный состав, пути преображения сигнала, транскрипция и перевод машины совместимы с родными условиями.

Дрожжи были важной моделью организма для характеристики новых транспортных белков в растениях. Первый растительный транспортный белок, который был успешно выражен в дрожжах(Saccharomyces pombe) был гексозный транспортер HUP1 от Chlorella². С тех пор многие растительные переносные белки были функционально охарактеризованы с помощью системы экспрессии дрожжей. К ним относятся, транспортеры сахара растений (SUC1 и SUC2³, VfSUT1 и VfSTP1⁴) и auxin транспортеры (AUX1 и PIN⁵). Недостатки использования дрожжей для экспресс-белков растений могут включать в себя нарушение активности пластид-локализованных белков, потому что дрожжи не хватает этой органеллы, mistargeting⁶, и формирование неправильно сложить агрегаты и активации реакции напряжения в дрожжах из-за переэкспрессии мембранных белков^7,8,9.

Гетерологические выражения транспортных белков в оновых яйцеклетках Ксенопуса широко использовались для электрофизиологической характеристики транспортеров^10. Первые растительные транспортные белки, характеризуемые с использованием гетерологических выражений в ооцитах Xenopus, были каналом arabidopsis калий KAT1¹⁰ и арабидопсисом гексоза транспортер STP1¹¹. С тех пор, Ксенопус ооциты были использованы для характеристики многих растительных транспортных белков, таких как плазменные мембраны транспортеров¹², вакуолярной сахарозы транспортер SUT4¹³ и вакуолярный malate транспортер ALMT9¹⁴. Важным ограничением ксенопусных яйцеклеток для транспортных анализов является то, что концентрацией внутриклеточных метаболитов нельзя манипулировать^1. Кроме того, профессиональные знания необходимы для подготовки ооцитов Ксенопуса и изменчивость партий яйцеклеток трудно контролировать.

Гетерологические выражения в модельном организме E. coli является идеальной системой с точки зрения характеристики новых растительных транспортных белков. С полностью секвенированным геномом¹⁵, молекулярные и физиологические характеристики кишечной палочки хорошо известны. Молекулярные инструменты и методы хорошо созданы¹⁶. Кроме того, различные векторы экспрессии, непатогенные штаммы и мутанты доступны^17,18,19. Кроме того, кишечная палочка имеет высокие темпы роста и может быть легко выращивается в лабораторных условиях. Многие белки могут быть легко выражены и очищены в больших количествах в E. coli^9. Когда белки не могут быть асссированы непосредственно в клеточных системах, восстановление белков в липосомы также было успешным, хотя и сложным нововведением для характеристики очищенных мембранных белков. Функциональная характеристика растительных митохондриальных транспортных белков, включая растворимые транспортеры, такие как фосфатные транспортеры в сое, кукурузе, рисе и арабидопсисе, dicarboxylate-tricarboxylate перевозчика в Arabidopsis были выполнены с помощью этой модели системы^20,21. Тем не менее, рекомбинантные белки томатного белка SICAT9 были признаны нефункциональными в экспериментах по восстановлению, а другие члены семейства транспортер CAT были признаны нефункциональными в анализе ооцитов Xenopus ^22. Таким образом, необходимы дополнительные молекулярные инструменты для характеристики мембранных транспортеров.

Пять полиаминов транспортных систем находятся в E. coli²³. Они включают в себя два abc транспортеров посредничество поглощения спермидин и putrescine, putrescine / орнитин обменник, кадаверин / лизин обменник, спермидин экспортера и putrescine импортера. Putrescine обменник PotE был первоначально охарактеризован с помощью везикулы асссея, где наизнанку пузырьков были подготовлены лизинг клетки с французской прессой и измерения поглощения радиомаркированных putrescine в пузырьки в обмен на орнитин²⁴. Vesicle анализы были также использованы для характеристики транспортера кальция, который опосредовал транспортировку кальция в ответ на градиент протона²⁵. Эти эксперименты побудили нас разработать стратегию характеристики других обменников полиамина. Сначала мы создали штамм E. coli дефицит в PotE и CadB обменников. Здесь мы демонстрируем функциональную характеристику растительного полиаминового антипорта гетерологическим выражением в модифицированном штамме кишечной палочки, генерации мембранных пузырьков с использованием французской прессы и радиомаркированных анализов.