ここでは、SUMO結合系エンティティ(SES)を用いて肝細胞癌のマウスモデルから得られたヒト肝腫細胞および肝腫瘍の両方から、生体内で相撲によって修飾されたタンパク質を濃縮、単離、同定、および特徴付けるプロトコルを提示する。
翻訳後修飾は、真核細胞におけるタンパク質恒常性および機能を調節する重要なメカニズムである。肝臓癌におけるすべてのユビキチン様タンパク質の中で、SUMO(小型ユビキチンMOdifier)による改変が最も注目されている。生体内の内因性相撲タンパク質の単離は、活性相撲の存在により困難である。生体内における相撲化の初期研究は、特定の相撲タンパク質の分子検出(例えば、ウェスタンブロットによる)に基づいていた。しかしながら、多くの場合、抗体は、一般に非修飾組換えタンパク質で作られ、目的とするタンパク質の相撲化形態の免疫沈降をしなかった。ニッケルクロマトグラフィーは、SUMO分子のヒスチジンタグ付きバージョンを捕捉することによって相撲化を研究するもう一つのアプローチとなっています。このアプローチは、主にHis-SUMO分子を安定に発現または一過性にトランスフェクトする細胞で使用されます。これらの制限を克服するために、相撲結合系エンティティ(SES)は、内因性スモジル化タンパク質を単離するために開発されました。本明細書では、SESを用いて肝臓癌マウスモデルからのヒト肝腫細胞および肝組織からの相撲化基質の濃縮、単離、および同定に必要なすべてのステップについて説明する。まず、ヒト肝腫細胞および肝腫瘍組織サンプルの調製およびリシスに関与する方法について説明する。次に、SESおよび制御の調製について、タンパク質プルダウンアッセイのプロトコルと共に詳細に説明する。最後に、相撲プロテオームの同定と特性評価、すなわち肝腫瘍からの特定の相撲化基質の検出のためのウェスタンブロット分析の使用または使用に関するいくつかの例が提供される血腫細胞における相撲化プロテオームと相互作用の高スループット特性評価のための質量分析法によるプロテオミクスの
肝臓癌は世界で6番目に多い癌であり、癌関連死の第2の原因1.肝細胞癌(HCC)は原発性肝癌の最も一般的な形態である。歴史的に, HCCの発症のための一般的な危険因子は、慢性B型肝炎またはC型肝炎感染と虐待アルコール摂取が含まれていました.過去数十年において、メタボリックシンドロームは、2型糖尿病非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)がHCC2の発症の危険因子として浮上している。HCCは非常に異種であり、フェノタイプと遺伝的両方で、シグナル伝達経路の複雑なネットワークが破壊される。ここ数年、HCCの病因に関与する分子経路に関する知識が増加しているにもかかわらず、HCC管理に有効な治療アプローチはまだありません。多くの経路はHCCで活性化され、1つを阻害することは、一般に他の経路3による補償を駆動する。これは、HCCを治療する際の主な困難の一つとなっています。したがって、よりグローバルなアプローチは、例えば、複数のシグナル伝達経路がタンパク質のPTMによって同時に調節され得るとして、例えば、翻訳後修飾(PTM)を標的とする肝癌の臨床管理のための潜在的な治療アプローチを提供し得る。
翻訳後修飾は、タンパク質恒常性および機能4を調節する主要なメカニズムと考えられている。構造的および機能的変化はPTMによって導入され、それによってプロテオームの多様性が増加する。最も一般的なPTMには、リン酸化、メチル化、アセチル化、グリコシル化、ユビキチン化、ユビキチン様タンパク質(UbLs)の結合が含まれます。すべてのUbLの中で、SUMO(小ユビキチンMOdifier)によるタンパク質修飾は、転写、細胞局在、DNA修復、細胞周期進行を含む様々な細胞プロセスにおける重要な役割と関連して注目されています。5.近年、肝臓癌6、7、8、9において相撲化が改変されたことが示され、及び特定タンパク質の相撲化の変化が進行に役割を果たしていることが記載されている。がん関連疾患9.
哺乳類には、相撲1~相撲5回の相撲類があります。現在までに、内因性相撲4および内因性相撲5相のタンパク質レベル10、11、12における内因性相位相の存在に関する実験的証拠は存在しない。哺乳動物中の相撲化は、ヘテロ二量体相活性酵素(SAE1/SAE2)またはE1、相撲共役酵素(Ubc9)またはE2および各標的タンパク質に特異的なSUMO-E3-リガーゼを含む酵素チオールエステルカスケードによって行われる。SUMO E3sのいくつかのファミリーの作用は、相撲特有のプロテアーゼ(SUSPsまたはSP)13との動的平衡状態にあるように見え、相撲化反応は非常に可逆的である。また、相撲タンパク質と非相撲全タンパク質のごく一部しか存在しない。それにより、生体内で内因性相撲タンパク質を単分化することは、むしろ困難な13である。
生体内での相撲化は、最初に目的のタンパク質14に対する抗体を用いてウェスタンブロットによって研究された。タンパク質の免疫沈降を特異的抗体で行い、次いでPAGE-Westernブロットを抗SUMO抗体で行った。この戦略の主な問題は、非修飾組換えタンパク質に対して生成された抗体が、常に相撲化されたタンパク質の形態を免疫沈降できるわけではないということです。あるいは、ヒスチジンタグ付き(His6)バージョンのSUMO分子および目的のタンパク質の一過性発現後のニッケルクロマトグラフィーは、細胞内の相撲化を研究するために使用されている。これに基づいて、His6-SUMO15を安定して発現する細胞から相撲改変形態を検出することがより便利になります。生体内研究では、ポリSUMOコンジュゲート16の精製のためにタンデム相撲モチーフ(SIM)ベースの濃縮が実証された。他のグループは、エピトープタグ付き抗体SUMOアプローチを使用して、原発細胞、組織、および器官17、18における内因性相撲を調査するための実行可能なツールを提供している。さらに最近では、ニールセンたちは抗体ベースの濃縮を用いて、細胞および組織19において内因性および部位特異的なSUMOを同定した。
生体内における相撲の役割に関する補完的な情報を提供するために、相撲トラップとしても知られる相撲結合エンティティ(SES)を開発した。関連性のうち、タンデムユビキチン結合エンティティ(TUBEs)は、SESの概念的前駆体と考えられ、ポリウビキチン化タンパク質21の検出および単離のための市販のツールである。SESは、MSのタンデム繰り返しを含む組換えタンパク質であり、それによって、SUMO基質に対する全体的な親和性の増加に伴って、修飾タンパク質上の相撲分子を認識する。相撲は、E3ユビキチンタンパク質リガーゼRNF4由来SIM2およびSIM3モチーフをタンデムに導入することにより、異種キャリアタンパク質20であるグルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)を含有するベクターに設計された。SBEを適切に使用して単相化標的タンパク質を同定することはできませんが、この方法は、生体内のポリ相撲標的タンパク質の精製と同定を容易にするツールを提供します。本明細書では、ヒト肝腫細胞とマウス肝生検の両方で相撲化タンパク質を単離するSESの応用について説明する。この原稿に記載されているプロトコルの全体的なスキームを図1に示します。
本明細書では、肝臓癌の生体内モデルにおける相化タンパク質の濃縮、単離および同定および特徴付けのためのSUBEsの使用を報告する方法論の完全かつ詳細な説明を提供した。マウス肝腫瘍とヒト肝腫細胞の両方において、目的とする相撲タンパク質を正しく単離して同定し、相撲化プロテオームとインターアクテオームの高スループット特性評価を行うことができました。SBEの合成は本原稿の範囲外ですが、詳細については、以下の参考文献を26で見る必要があります。記載されたプロトコルは、高速かつ非常に敏感であり、プロトコルの重要なステップは、SENP阻害剤(PR-619)の使用を含む。あるいは、LYSis緩衝液中のNEM(N-エチルマライドミド)やIAA(2-ヨードアセトアミド)などの化学的イソペプチダーゼ阻害剤を使用することができますが、以前の報告では、SUBEsプロトコルの場合、PR-619の使用は他の方として有利であることが示されています。阻害剤は、グルタチオンビーズ20へのGST結合を妨害する。
SESは、MSのタンデム繰り返しを含む組換えタンパク質であり、それによって、SUMO基質に対する全体的な親和性の増加に伴って、修飾タンパク質上の相撲分子を認識する。その高い特異性と感受性のために、相撲化プロテオームの単離のためのSESの使用は、に対する抗体を用いた特定の相撲タンパク質のウェスタンブロットによる検出のような文献の他のアプローチに比べて有利であるSUMO分子の異なるヒスチジンタグ付きバージョンを使用して、目的のタンパク質またはニッケルクロマトグラフィー。しかし、SUBEsプロトコルが非変性条件下で行われるように、相撲化タンパク質と他の相互作用タンパク質との相互作用が維持されることを考慮する必要があります。そこで、相撲化標的タンパク質のリストではなく、相撲相互作用に関する情報を得る。したがって、同定されたタンパク質がSUMO標的であるか相互作用因子であるかを確認するために、さらなる実験が必要である。SESの他の制限は、使用される制御GSTトラップが酸化ストレスに関連する多くのバックグラウンドタンパク質を捕捉することができるという事実である。この問題は、この手法の感度が高いため、MS 分析中に特に関連します。これらの制限を克服するために、ビオチン化相撲(bioSUBEs)は26を開発した。SBEのもう一つの制限は、相撲2と相撲3によって修飾されたタンパク質しか捕捉できないのに対し、相撲1変性タンパク質は単離できないという事実にあります。
SES の使用に関するその他の懸念事項は、手順に必要な開始材料の量に関連しています。SUMOy化タンパク質の捕捉に使用される出発物質は、探索されたさまざまな実験条件を考慮する必要があります。基底相撲は様々な細胞文脈で報告されているが、相撲化は、複数のストレス条件/刺激の後に強く誘導されるプロセスである。未処理サンプルと処理サンプルを比較する場合は、カラムが飽和していないことを確認する必要があり、それらの条件間の差異を確認できます。我々が分析しているマウス表現型の場合、治療法は使用されておらず、基礎相撲度レベルは低い。このため、多量のタンパク質が用いられた。バックグラウンド レベルは GST を使用して制御する必要があり、非特異的バインドが高い場合は、開始材料または結合時間を減らす必要があります。FT画分の分析は、これらのトラップがポリ相撲タンパク質を好み、全枯渇が期待できない場合でも捕捉効率を示すことができ、捕獲効率が一般的に観察される場合には総相撲量の減少がよく観察される最適。
最後に、SUBEs技術の他の応用は、リアルタイム表面プラズモン共鳴(SPR)とSUBEs技術の組み合わせを含み、細胞抽出物27からの相撲タンパク質とのリアルタイム相互作用を可能にする。また、より最近では、ビオチン化相撲(bioSUBEs)は、より大きなタグに関連する背景を減少させる利点を有して開発されている、例えば、質量分析解析中の26。さらに、bioSUBEバージョンは、ビオチンに対するストレプトアビジン結合を利用して、ステレプトアビジン標識を有するステレプトアビジン標識を用いて蛍光によって生細胞内の相撲化タンパク質を検出するために使用することができる。また、相撲化タンパク質の検出および定量のための方法は、タンデムユビキチン結合エンティティ(TUBEs)21で行われたようなGSTおよびbioSUBEsバージョンの両方で考えることができる。
全体的に、肝臓癌に関連する相撲化プロテオームの分離および特徴付けのためのSESの使用は、肝臓癌における相続的なにおいて、まだ未知の役割に関する膨大な情報を提供する迅速かつ敏感な方法である。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、フランス国立がんインスティトゥート・ナショナル・デュ・ガン、INCa助成金PLBIO16-251(PLBIO16-251)、CONACyT-SRE(メキシコ)助成金0280365、フランス・オクシタニー(M.S.R.)のREPEREプログラムの助成金によって支援されました。また、NIH(米国保健福祉省)-R01AR001576-11A1、 ゴビエルノ・ヴァスコ・デパーテアーメント・デ・サルー 2013111114 (M.L.M.-Cへ), ELKARTEK 2016, デパーテアメント・デ・インダストリア・デル・ゴビエルノ・ヴァスコ, MINECO: SAF2017-87301-R インテグラード・エン・エル・プラン・エ・プラン・エスタタル・ドインベスティガシオン・シエンティフィカ・イ・テクニカ・イ・イノヴァシオン 2013-2016 コフィナンシアド・コン・フォンドス・フェダー, BIOEF (バスクイノベーション・健康研究財団): EITB マラトイア BIO15/CA/014;サルド・カルロス3世:PIE14/00031内品, インテグラード・エン・エル・プラン・エスタタール・デ・インベスティガシオン・シエンティフィカ・イ・テクニカ・イ・イノヴァシオン 2013-2016 コフィナンシアド・コン・フォンドス・フェデラー(M.L.M.-C)、アソシアシオン・エスパニョーラ・コントラ・エル・カンサー(T.C.D, M.L.M-C)、ダニエル・アグラッグEASL(T.C.Dへ)、フンダシオン・シエンティフィカ・デ・ラ・アソシアシオン・エスパニョーラ・コントラ・エル・ガン(AECC科学財団)レア・腫瘍呼び出し2017(M.L.Mへ)、ラ・カイシャ財団プログラム(M.L.Mへ)。CICバイオガン(SEV-2016-0644)にセヴェロ・オチョア・エクセレンス認定を受けて、MINECOに感謝します。
(Gnmt−/−)/ (Gnmt+/+) mice | CIC bioGUNE | ||
0.5% Trypsin-EDTA | Life Technologies | 15400-054 | |
BEBM | Lonza/Clonetics Corporation | cc-3171 | |
BEGM Bullet Kit | Lonza/Clonetics Corporation | CC3170 | |
Bromophenol blue | Sigma | 115-39-9 | |
BSA | Sigma | A4503 | |
C18 microcolumns | Millipore | Z720070 | |
Collagen type I | Santa Cruz Biotechnology | sc-136157 | |
Complete tablets EDTA-free | Roche | 4693132001 | |
DMEM | Life Technologies | A14431-01 | |
DTT | Sigma | 43815 | |
EDTA | Sigma | E6758 | |
EGF | Sigma | e9644 | |
FBS | Life Technologies | 10270 | |
Fibronectin | Life Technologies | 33010018 | |
Glutamine | Life Technologies | 25030-024 | |
Glutathione agarose beads | Sigma | G4510 | |
Glycerol | Sigma | G5516 | |
GST-Control | SignalChem | G52-30H | |
GST-SUBEs | SignalChem | S291-340G | |
Huh7 | CLS (Cell Lines Service) | 300156 | https://clsgmbh.de/ |
IAA (2-Iodoacetamide) | Merck | L58046844 | |
LKB1 antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-32245 | |
Mini LabRoller Rotator | LABNET | H5500 | https://www.labnetinternational.com |
NaCl | Merck | 106404041000 | |
nanoElute | BRUKER | https://www.bruker.com/ | |
NEM (N-Ethylmaleimide) | Sigma | E3876 | |
NP40 | Fluka | 74385 | |
PBS | Life Technologies | 14190-094 | |
Peaks software | Bioinformatics Solutions Inc. | http://www.bioinfor.com/ | |
Phosphoetanolamine | Sigma | P0503 | |
Ponceau S solution | Sigma | P7170 | |
PR-619 | Merck | 662141 | |
Precellys 24 | Bertin Technologies | P000669-PR240-A | |
PSA | Life Technologies | 151-40-122 | |
PSG | Life Technologies | 10378-016 | |
SDS | Sigma | L3771 | |
SUMO2/3 antibody | Abcam | Ab3742 | |
THLE-2 | ATCC | ATCC CRL-2706 | http://www.lgcstandards-atcc.org |
timsTOF Pro with PASEF mass spectrometer | BRUKER | https://www.bruker.com/ | |
β-mercaptoethanol | Sigma | 60-24-2 |