Summary

יצירת פרופיל אוביקוויפין ואוביקוויב-שינויים עצמאיים וזיהוי של שינויים משמעותיים

Published: November 07, 2019
doi:

Summary

פרוטוקול זה מטרתו להקים אוביקוויב (וכדומה) ו אוביקוויב-אוהב (Ubls) הפרוטאמים ספציפיים כדי לזהות שינויים של סוג זה של שינויים לאחר העברה (לאחר ההעברה), הקשורים במצב ספציפי כגון טיפול או פנוטיפים.

Abstract

אוביקוויב (רוב) והשינויים התלויים שלאחר ההעברה של חלבונים לשחק תפקידים ביולוגיים בסיסיים בתוך התא על ידי שליטה ביציבות החלבון, פעילות, אינטראקציות, ולוקליזציה תאיים. הם מאפשרים לתאים להגיב לאותות ולהסתגל לשינויים בסביבתו. שינויים במנגנונים אלה עלולים לגרום למצבים פתולוגיים חמורים כגון מחלות ניווניות וסרטן. מטרת הטכניקה המתוארת כאן היא להקים פרופילים התלויים בפרופילי מדים והכל, במהירות ובדייקנות, מקווי תאים מתורבתים. השוואת פרופילים שונים המתקבלים מתנאים שונים מאפשרת זיהוי של שינויים ספציפיים, כגון אלה הנגרמת על ידי טיפול למשל. התמרה ויראלית מתווכת תא מבוצעת כדי ליצור קווי תאים יציבים המבטא שני תגים (6His ודגל) גירסה של משנה (אוביקוויב או ubl כגון SUMO1 או Nedd8). תגים אלה מאפשרים טיהור של אוביקוויב ולכן של חלבונים אוביקווילביים מן התאים. הדבר נעשה באמצעות תהליך טיהור דו-שלבים: הראשון מבוצע בתנאים מסוימים תוך שימוש בתגית השישית, והשני בתנאים מקוריים המשתמשים בתג ‘ דגל ‘. זה מוביל לבידוד מאוד ספציפי וטהור של חלבונים שהשתנו אשר מזוהים לאחר מכן למחצה כימות על ידי כרומטוגרפיה נוזלית ואחריו באמצעות ספקטרומטריה מאסיבית המסה (LC-MS/MS) טכנולוגיה. ניתוח לאינפורמטיקה קלה של נתוני MS באמצעות תוכנת Excel מאפשר הקמת פרופילי PTM על ידי ביטול אותות רקע. פרופילים אלה מושווים בין כל תנאי כדי לזהות שינויים ספציפיים אשר לאחר מכן ילמדו באופן ספציפי יותר, החל באימות שלהם על ידי טכניקות ביוכימיה סטנדרטית.

Introduction

השיטה המוצעת כאן מוקדש לחקר הגברת המתווכת על ידי בני משפחה אוביקוויב מתאי יונקים מתורבתים כדי לזהות שינויים פוטנציאליים הקשורים בתנאי ספציפי (טיפול, בידול, וכו ‘). פטין מייצג את השלב האחרון של רגולציה של החלבונים ‘ פונקציות1. אכן, לאחר שיוצרו על ידי מכונות הטרנסלטיות, רוב אם לא כל החלבונים עוברים סוגים שונים של פטין כי לווסת את פעילותם, אינטראקציות מולקולריות, ו תאיים מיקום1. בין שפע של לפטין הם אלה בתיווך על ידי משפחת אוביקוויב של חלבונים, אוביקוויב עצמו ואת כל אוביקוויב-אוהב, יש את הפוטנציאל לווסת את כל החלבונים תאיים או חלקי cytoplasmic2. בגלל שהם עצמם חלבונים, הם יכולים להיות מצויידים אחד לשני, יצירת רשתות הומוגנית והטרוגנית של טופולוגיות שונות, כל אחד משויך פונקציות רגולטוריות ספציפיות2. כלים נחוצים כדי לנסות לפענח ולהבין זה מכונות מורכבות. גישות רבות פותחו ברחבי העולם, בעלי יתרונות וחסרונות משלהם, וכאן אנו מציעים אחד עם ביצועים גבוהים המתאימים לתאים מתורבתים.

היתרון העיקרי של שיטה זו הוא הדיוק שלה. אכן, הטוהר של חלבונים מבודדים שונה הוא משופר מאוד על ידי שימוש קומבינטורית של שני התגים (6his ודגל) ואת שני הליך ההליך ולכן זה הרבה יותר סלקטיבי מאשר תג אחד פיוז ‘ ן ו/ubl3,4. הנוכחות של התגית 6His מאפשר צעד ראשון של טיהור במצב מלאה לחלוטין ובכך הימנעות כל שיתוף טיהור של חלבונים המכילים אוביקוויב כריכה האיגוד או מחייב חלבונים אחרים של הכריכה. זוהי בעיה טכנית נתקל מספר גישות אחרות המבוססות על טיהור אהדה של פרוטמס אובימבחנות באמצעות נוגדנים ספציפיים5 או מרכיבים כריכה אוביקוויב (צינוריות)6. חשוב מכך, טכניקה זו אינה מוטה לטובת טיהור של סוג מסוים של אוביקווינציה, כפי שהוא יכול להיות במקרה של גישות אחרות, שכן הן מונו והן סוגים שונים של polyubiquitinations זוהו7. כתוצאה מכך, לאחר שנמצא, שינוי של אוביקווינציה יהיה צריך ללמוד בפרטים נוספים על ידי גישות ביוכימיות סטנדרטיות כדי לזהות את הסוג המדויק של אוביקווינציה המעורבים.

לבסוף, יתרון טכני נוסף של פרוטוקול זה הוא השימוש של וירוסים, כי בקלות ובמהירות יוצר ביטוי יציב קווי התא עם רמה סבירה של ביטויים של משנה מתויג מבלי להפריע התנהגות סלולרית נורמלית.

ואילו תפקיד חשוב אחד של אוביקווינציה היא למקד חלבונים עבור השפלה פרוטאספאל, ידוע כיום כי יש לו תכונות רגולטוריות רבות אחרות עבור חלבונים ביותר תאיים או באופן חלקי תאיים1. מספר הפונקציות הללו מוגבר עוד יותר על-ידי קיומם של אוביקווינים רבים כמו חלבונים, ויוצרים משפחה של חלבונים המסדירים כמעט כל מנגנוני תא1. שינויים שלהם יכול להיות השפעה דרסטית על ביולוגיה התא יכול להוביל או להשתתף במצבים פתולוגיים8, כגון סרטן9. מכאן, כלים נחוצים כדי לחקור את הנוף העצום הזה ולזהות את השינויים הקשורים במצב פתולוגי שיכול לשמש כמטרות טיפוליות מספר.

פרוטוקול זה מוקדש תאים בתרבות מאז הם צריכים להיות מתותמרים כדי לבטא אקסוגני מתויג ועוד/Ubl. לאחר שנוצר, אלה קווי תא יציבה ניתן להשתמש כדי ליצור פרופילים Ubl מהתרבות ב 2D או 3D או שתלי xenografts ובכך להאריך את האופק של מודלים ניסיוניים שונים, כי ניתן להחיל על לימוד לימודי פרופילים.

Protocol

1. הדור של קווי תאים יציבים המבטא 6His-דגל-Ubl הערה: שיתוף משותף של תאים HEK-293T עם pCCL-6HF-Ubl, pVSVG ו דלתא עוזר. יום 0: התאים 293T הזרע בצלחת 6-הבאר כדי להשיג 50-70% המפגש היום אחרי. יום 1: שיתוף 50-70% תאים confluent עם שילוב של 1 μg של pCCL-6HF-Ubl או pCCL-GFP, 1 μg של pVSVG ו-1 μg של דלתא-עוזר וקטורים, באמצעות מ…

Representative Results

התמרה של תאי היונקים התרבותיים ליצירת תאים מבוססי GFP ו-6HF.כדי לייצר וירוסים שישמשו מאוחר יותר כדי לשנות את MiaPaCa-2 תאים, 70% confluent HEK-293T תאים הם שיתוף עם כמות שווה של שלושה וקטורים, pCCL-6HF-אוביקוויב או GFP/דלתא-עוזר/pvSvG. לאחר 24 שעות של ייצור, המדיום המכיל חלקיקי הנגיף הוא ה…

Discussion

פיתחנו מתודולוגיה חזקה ואמינה כדי ליצור פרופילים של חלבונים ששונו על ידי בני המשפחה אוביקוויב הראשי. אכן, יש לנו הוחל בהצלחה פרוטוקול זה כדי ליצור פרופילים של לפטין על ידי אוביקוויב, וגם על ידי סומו ו Nedd8, כדי לזהות שינויים הקשורים לטיפול7, בתגובה על הביטוי או הסתרה של גן מסוים (…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכת על ידי La ligue contre סרטן ל hv ו-MS, ו-ARC (העמותה למזוג לה מחקר sur לסרטן) ל-PS, אינקה (מכון לאומי du סרטן) ו הסרטן אופולה paca כדי JI. מתקן הספקטרומטר המסה של מרסיי פרוטאומניקס (marseille-proteomique.univ-amu.fr) נתמך על ידי IBISA (תשתיות ביולוגיי סנטרה et Agronomie), Plateforme טכנוגיטק אקס-מרסיי, הCancéropôle PACA, ה-פרובנס-אלפ-קוט ד’אזור רמיון, מכון פקולי-קלמטס ומרכז דה רצ’רצ’ה אן Cancérologie דה מרסיי.

Materials

ANTI-FLAG M2 Affinity Gel Sigma-Aldrich A2220-5ML binds all Flag tagged proteins
anti-Flag M2 antibody Sigma-Aldrich F3165 to detect 6His-Flag tagged expression of ub/ubl
Cell strainer 40 µm Falcon 352350 to remove floating pellet from guanidine lysed cells
Flag peptide Sigma-Aldrich F3290 elute flag tagged proteins from anti-flag beads
Guanidine hydrochloride Sigma-Aldrich 50933 chaotropic agent used to denature all proteins in cell lysate
Imidazole Sigma-Aldrich I5513 eluates 6His bond proteins from Ni-NTA beads
Lipofectamine 3000 ThermoFisher L3000015 to transfect HEK-293T cells to produce lentiviruses
Lobind tubes Sigma-Aldrich Z666491 avoids absorption of precious material
Membrane Filter, 0.45 µm Millipore HAWP04700F1 to filter the lentiviral supernantant
Ni-NTA Qiagen 30210 purification of the 6His tag

References

  1. Prabakaran, S., Lippens, G., Steen, H., Gunawardena, J. Post-translational modification: Nature’s escape from genetic imprisonment and the basis for dynamic information encoding. Wiley Interdisciplinary Reviews: Systems Biology and Medicine. , (2012).
  2. Hochstrasser, M. Origin and function of ubiquitin-like proteins. Nature. 458 (7237), 422-429 (2009).
  3. Kirkpatrick, D. S., Weldon, S. F., Tsaprailis, G., Liebler, D. C., Gandolfi, A. J. Proteomic identification of ubiquitinated proteins from human cells expressing His-tagged ubiquitin. Proteomics. 5 (8), 2104-2111 (2005).
  4. Peng, J., et al. A proteomics approach to understanding protein ubiquitination. Nature Biotechnology. 21 (8), 921-926 (2003).
  5. Matsumoto, M., et al. Large-scale analysis of the human ubiquitin-related proteome. Proteomics. 5 (16), 4145-4151 (2005).
  6. Hjerpe, R., Rodríguez, M. S. Efficient approaches for characterizing ubiquitinated proteins. Biochemical Society Transactions. 36 (5), 823-827 (2008).
  7. Bonacci, T., et al. Identification of new mechanisms of cellular response to chemotherapy by tracking changes in post-translational modifications by ubiquitin and ubiquitin-like proteins. Journal of Proteome Research. 13 (5), 2478-2494 (2014).
  8. Bedford, L., Lowe, J., Dick, L. R., Mayer, R. J., Brownell, J. E. Ubiquitin-like protein conjugation and the ubiquitin-proteasome system as drug targets. Nature Reviews Drug Discovery. 10 (1), 29-46 (2011).
  9. Hoeller, D., Dikic, I. Targeting the ubiquitin system in cancer therapy. Nature. 458 (7237), 438-444 (2009).
  10. Silva, J. C., Gorenstein, M. V., Li, G. Z. Z., Vissers, J. P. C., Geromanos, S. J. Absolute quantification of proteins by LCMSE: a virtue of parallel MS acquisition. Molecular & Cellular Proteomics. , (2006).
  11. Kim, W., et al. Systematic and quantitative assessment of the ubiquitin-modified proteome. Molecular Cell. 44 (2), 325-340 (2011).

Play Video

Cite This Article
Swayden, M., Dobric, A., Berthois, Y., Villalba, H., Audebert, S., Camoin, L., Iovanna, J., Soubeyran, P. Profiling Ubiquitin and Ubiquitin-like Dependent Post-translational Modifications and Identification of Significant Alterations. J. Vis. Exp. (153), e60402, doi:10.3791/60402 (2019).

View Video