التحقيق المتعددة، التعديلات بوستترانسلاشونال الذاتية لبروتين هدف يمكن أن تكون صعبة للغاية. الأساليب الموصوفة هنا الاستفادة من نظام المخزن المؤقت وتصفية تحلل أمثل وضعها مع محددة تستهدف PTM، تقارب مصفوفات للكشف عن أسيتيليشن، أوبيكويتينيشن، سومويليشن 2/3، والتيروزين الفسفرة التعديلات لهدف البروتين باستخدام نظام وحيد ومبسطة.
الآن يحظى بتقدير جيد أن التعديلات بوستترانسلاشونال (بتمس) يلعب دوراً أساسيا في تنظيم هيكل ووظيفة، والتي قد تكون ضرورية لدور بروتين معين لكل من الناحية الفسيولوجية ومرضية للبروتين. وكثيراً ما ضروري إثراء بتمس عند التحقيق في حالة PTM البروتين المستهدف، لأن بتمس غالباً ما تكون عابرة ومنخفضة نسبيا في وفرة. هي واجه عثرات كثيرة عند إثراء ل PTM البروتين المستهدفة، مثل عدم التوافق في المخزن المؤقت، أضداد البروتين المستهدف غير المتوافقة مع الملكية الفكرية، وفقدان إشارة PTM وغيرها. درجة الصعوبة تتعاظم عند التحقيق بتمس متعددة مثل أسيتيليشن، أوبيكويتينيشن، سومويليشن 2/3، والتيروزين الفسفرة لبروتين هدف معين. دراسة تركيبة من هذه بتمس قد يكون ضروريا، كما الحديث المتبادل بين بتمس انتشارا وحاسمة بالنسبة للائحة البروتين. وغالباً ما يتم دراسة هذه بتمس في تحلل مختلف المخازن المؤقتة ومع تركيبة فريدة من نوعها المانع. لتبسيط هذه العملية، فريدة من نوعها يشوه تحلل وضع نظام أن فعالية يعزل ويحفظ هذه بتمس الأربعة؛ وبالتالي، تمكين التحقيق من الحديث المتبادل المحتملة في نظام تحلل واحدة. تم تصميم نظام تصفية فريدة من نوعها لإزالة تلويث الحمض النووي من، وهو منتج ثانوي إشكالية من يشوه المخازن المؤقتة. مصفوفات تقارب قوية تستهدف كل من بتمس أربعة وضعت بالتنسيق مع نظام المخزن المؤقت لتخصيب اليورانيوم والكشف عن الدول الذاتية في هذه بتمس الأربع إلى أقصى حد. أدوات الكشف عن PTM شاملة هذا يبسط عملية الحصول على معلومات هامة حول ما إذا كان تم تعديل بروتين بواحد أو أكثر من هذه بتمس.
تعديلات بوستترانسلاشونال (بتمس) هي تعديلات عالية التنظيم لبروتين، خلالها التعديل إضافة أو إزالتها بطريقة محددة. وغالباً ما بتمس التغييرات الديناميكية، عابرة أن يغير كثيرا من هيكل البروتين، والتفاعلات مع الشريك والبروتينات، والتعريب المكانية، وتمكن في نهاية المطاف البروتين لأداء مهام متميزة1،2 , 3 , 4-بتمس وفيرة حتى أنهم زيادة عدد أشكال البروتين فريدة من نوعها (أو بروتيوفورمس) من حوالي 30,000 الجينات المنتجات إلى ما يزيد على 1 مليون بروتيوفورمس5،6. تحديد بتمس وأثرها على بروتين المستهدف حاسم نحو فهم البروتين الوظائف الفسيولوجية والمرضية7،،من89،10، 11،12،،من1314. العمل على تحديد البروتينات مثل tubulin، p53، ومستقبلات عامل نمو البشرة (EGFR) توضيح أدوار تنظيمية بتمس15،،من1617. وكشفت هذه الدراسات أن تنظيم هذه البروتينات يحدث قبل بتمس متعددة، وفي كثير من الحالات هذه التعديلات العمل يدا واحدة لتعزيز وظيفة محددة. وقد أظهرت الدراسات الجديدة أن الحديث المتبادل PTM التعاونية وسلبية على السواء يمكن أن تحدث في عدة البروتينات المختلفة18،،من1920،،من2122، 2324،،25. ومع ذلك، ملامح PTM الأغلبية من البروتينات مبنية من العديد من الدراسات التي استخدمت نماذج مختلفة وظروف فريدة من نوعها. وجود نظام محسن للتحقيق بتمس متعددة في نظام واحد سيكون مفيداً للغاية للحصول على نظرة ثاقبة الحديث المتبادل PTM المحتملة لبروتين هدف.
واحد التحديات مع التحقيق بتمس في نظام واحد هو أن بتمس محددة يتم التحقيق في استخدام المخازن المؤقتة لتحلل متميزة. على سبيل المثال، قد يكون استخدام المخازن المؤقتة مثل المعهد الملكي أو NP-40 التي تستخدم عادة للتحقيقات الفسفرة أو أوبيكويتينيشن غير كافية لدراسة PTM مجا مثل يليشن الصغيرة مثل ubiquitin المعدل (سومو)26. بالإضافة إلى ذلك، غير يشوه المخازن المؤقتة غير كافية للنأي بتفاعلات البروتين، ويمكن أن يؤدي إلى تحديد هوية PTM إيجابية زائفة27. التحقيق بتمس في المخزن مؤقت الذي يشوه تحلل قد يكون من المفضل، كما هو أفضل بكثير في عزل البروتينات من جميع مقصورات الهاتف الخلوي28، سوف ننأى بمعظم تفاعلات البروتين، وسوف تحول دون البروتياز أن تغير الدول PTM، مثل ديسومويلاسيس 26؛ ومع ذلك، يشوه المخازن المؤقتة قد خرق سلامة الكواشف تقارب محددة مثل ubiquitin ملزمة الأدوات المستندة إلى المجال27. تطوير نظام يشوه الشبيهة بتحلل الدراسة بتمس متعددة من البروتين في نظام متوافق مع كاشف تقارب سيكون مفيداً للغاية للتحقيقات PTM الحديث المتبادل.
على الرغم من أن يشوه المخازن المؤقتة المزايا الرئيسية أكثر من المخازن المؤقتة غير يشوه للتحقيق بتمس، أنها تستخدم أقل شيوعاً بسبب سلبياتها كبيرة، مثل عدم التوافق مع فحوصات البروتين التقليدية، كبير الجينوم تلوث الحمض الخلوي الصبغي (DNA)، وتعطل الكواشف إيمونوبريسيبيتيشن (IP)29. يمكن أن يؤدي هذه العيوب في وقت إعداد الموسع والأضرار المحتملة للبروتينات المستهدفة عند قص الحمض النووي. وتشمل اثنين من الأساليب المستخدمة عادة لقص الحمض النووي حقنه تحلل و sonication29. كلا الأسلوبين تتطلب التحسين واسعة النطاق، وكثيراً ما تفتقر إلى إمكانية تكرار نتائج دقيقة. وتشمل أساليب بديلة لإزالة الحمض النووي إضافة دناسيس؛ ومع ذلك، قد يتطلب هذا التحسين الإضافية والتغييرات في تكوين المخزن المؤقت. وفي نهاية المطاف، طريقة بسيطة واستنساخه لإزالة التلوث الدنا الجينومي سيكون مفيداً عند العمل مع يشوه تحلل المخازن المؤقتة للتحقيقات PTM.
والهدف من هذا الأسلوب وضع نظام لعزل والتحقيق أوبيكويتينيشن (Ub)، التيروزين الفسفرة (pY)، سومويليشن 2/3 (سومو 2/3)، وبتمس acetylation (Ac) في نظام واحد للتحقيق أفضل PTM الحديث المتبادل لبروتين هدف. واستخدم هذا النظام كشف PTM لسرعة التحقيق الشخصية PTM الذاتية للعديد من البروتينات المستهدفة في نظام واحد. وكان ثاقبة جديدة الحديث المتبادل المحتملة المحددة30،31. وعموما، يحسن الأسلوب الموصوفة هنا في الأساليب الحالية للتحقيق في بتمس و PTM الحديث المتبادل بثلاث طرق مختلفة: 1) وضعت حاجزاً يشوه فريدة من نوعها بعزل البروتينات من جميع مقصورات الهاتف الخلوي، في حين لا يزال يجري متوافقة مع PTM تقارب الكواشف، 2) وضع نظام تصفية فريدة من نوعها بسرعة إزالة المجينية الحمض النووي التلوث من التشويه والتحريف ليساتيس مع إمكانية تكرار نتائج عالية ويتطلب أي معدات متخصصة، و 3) الخرز تقارب قوية، وتفسخ النظام، والمثبطة الكواشف متوافقة؛ وبالتالي، تبسيط عزلة هذه بتمس الأربعة لبروتين مستهدفة لزيادة إثراء PTM، ودراسة كفاءة الحديث المتبادل المحتملة.
يمكن تنفيذ النهج الأولية المستخدمة لتحديد إذا كان بروتين هدف هو تعديل بواسطة PTM باستخدام الأجسام المضادة المحددة البروتين المستهدف للملكية الفكرية، تليها لطخة غربية مع جسم PTM (مثلاً.، يسين أسيتيل المضادة)، أو باستخدام جسم PTM للملكية الفكرية، تليها لطخة غربية مع الهدف البروتين جسم معين30،،من3133. بينما يعمل كلا النهجين نظرياً، استخدام جسم محددة الهدف البروتين قد أكثر المزالق المحتملة، مثل الأجسام المضادة قد لا تكون الملكية الفكرية متوافقة، أو قد كتلة كبيرة PTM التعديلات على الموقع التعرف على جسم البروتين المستهدف34 ،35. وميزة الخرز تقارب PTM أن المجالات جسم أو ملزمة تعترف على وجه التحديد PTM الاهتمام؛ وهكذا، ينبغي أن لا تغير التعديلات للبروتين الهدف الاعتراف بالخرز تقارب. على سبيل مثال، قد حددت Ub PD-L1 مع الأسلوب الموصوفة هنا، ولوحظ كلا الذاتية مونو-وبولي-يو بي (الشكل 4). منشور صدر مؤخرا بيم وآخرون. تستخدم في المختبر Ub تقنيات التحقيق Ub PD-L1، وكانت النتيجة مشابهة جداً للنتائج هو موضح في الشكل 436. من المثير للاهتمام، أدوا أيضا الملكية الفكرية مع جسم PD-L1 لإثراء PD-L1 من الخلية، حيث كان أوفيريكسبريسيد Ub وأضيفت ملغ-132 لتعزيز الإشارات. نمط Ub لم تكن قوية ومتميزة للغاية من نمط Ub في المختبر . لم يتم إجراء التحقيق من Ub PD-L1 الذاتية في نماذج الثقافة الخلية في ليم وآخرون. التقرير لتوضيح الفرق بين البيانات خلية الثقافة و في المختبر .
التحقيق في ما إذا كان بروتين معدلة بواسطة PTM يمكن أن يكون تحديا، نظراً لوفرة منخفضة وطبيعة عابرة37،38، وغالباً ما يتطلب الإثراء من خلال الملكية الفكرية. الملكية الفكرية بتمس فعالة يتطلب الاستغلال الأمثل للعديد من الخطوات الرئيسية والكواشف، مثل المخازن المؤقتة لتحلل وتقارب الكواشف. عند التحقيق بتمس متعددة من البروتين المستهدف، يزيد من التحسين المطلوب عرضه. استخدام نظام تحلل بلاستر يعد خطوة حاسمة في هذا البروتوكول، كما أنها تحتفظ بقدرة الملكية الفكرية قوية، مع تمكين الكشف PTM pY وسومو 2/3، يو بي، و “التيار المتردد بتمس” في نظام واحد. يحسن هذا الأسلوب بالوقت والموارد اللازمة لتحديد إذا كان بروتين مستهدفة محددة يتم تعديلها بواسطة هذه بتمس أربعة، ويحتمل أن يقدم صورة أفضل عن PTM الحديث المتبادل بالنسبة لمقارنة النتائج PTM إجراء باستخدام العديد من أنظمة تحلل. وأجرى التحقيق في التوافق نظام تحلل بلاستر مع بتمس البديلة، مثل جليكوسيلاتيون،؛ ومع ذلك، لا قد درست مستفيض لجميع أنواع بتمس.
غزير الحمض النووي يمكن أن تتداخل مع البروتين القياسات باستخدام أما اللونية أو أساليب نانودروب، تؤثر هجرة البروتينات في هلام اكريلاميد الحزب الديمقراطي الصربي، ومنع التفاعل مصفوفة البروتين وتقارب خلال فحوصات الملكية الفكرية. ويستخدم الأسلوب الموصوفة هنا عامل تصفية متخصصة لفعالية إزالة التلوث الجينوم بالحمض النووي، الذي يعد خطوة حاسمة أخرى من هذا البروتوكول. لتسليط الضوء على هذه النقطة، أجريت اختبارات اللزوجة قبل وبعد العلاج تصفية بلاستر، وأظهرت النتائج انخفاضا من لزوجة عالية اللزوجة من المياه (البيانات لا تظهر). وأيد هذا التغير في اللزوجة النتائج في الشكل 3، تظهر كلها تقريبا الحمض النووي قد أزيلت. الأهم من ذلك، لا يتم المنفصمة الحمض النووي مع هذا الأسلوب، كما سوف يتم القبض على أي الحمض النووي المنفصمة لا بواسطة عامل تصفية (البيانات لا تظهر). هذه الأداة متفوقة على الأساليب التقليدية، مثل سونيكيشن أو حقنه-الحمض النووي القص، لأنه يتطلب أي معدات متخصصة، واستنساخه بدرجة عالية، ويزيل الحمض النووي بدلاً من قص عليه. وعلاوة على ذلك، فإنه سوف لا تتحلل البروتين في، الذي يمكن أن يحدث باستخدام الأساليب التقليدية في29. استخدام عامل التصفية يأخذ 5-30 ثانية كل عينة مقارنة بالأساليب البديلة حيث قد يستغرق عدة دقائق (أيحقنه القص) توزيع فعال للحمض النووي ويمكن أن يؤدي عدم تجانس عينة الملوثات الحمض النووي لا تزال في. تم إجراء تحليل مستفيض لتصفية بلاستر ليساتي ما قبل وما بعد، ولا يوجد فرق ملحوظ في التشكيل الجانبي للبروتين لوحظ بأخذ، محددة الهدف الغربي، أو مجموع ومحددة الهدف PTM التحليلات؛ وهكذا، تكامل الشخصية البروتين قد لا تأثرت بتصفية الحمض النووي. وفي نهاية المطاف، هذا النظام عامل تصفية مفيد لأي غربي أو تطبيق الملكية الفكرية فيها الحمض النووي الحالي وقد تؤثر على تفسير لتحليل البروتين.
من المهم أن نلاحظ أن هناك إمكانية للكشف عن سلبية زائفة استخدام هذا الأسلوب، الذي قد يعود في جزء منه إلى تقارب حبة التشبع أو تدخل الموقع ملزمة، أو إخفاء PTM. على سبيل المثال، قد يتم تعديل بروتين هدف معين بالتيار المتردد عند مستويات منخفضة جداً؛ وهكذا، قد عزلت بعموم-أسيتيل يسين تقارب الخرز التي قد تم مشبعة بالبروتينات المستهدفة تعديل التيار المتردد أكثر وفرة لا. تنفذ الدراسات الجارية لتقييم حدود الكشف والكواشف النسب المستخدمة في هذا البروتوكول، ولكن منشور صدر مؤخرا يشير إلى حد كشف قوية جداً. وأظهرت البيانات أن هذه التقنية يمكن أن تحدد عدد قليل من الجزيئات البروتينية الهدف أسيتيلاتيد 17 كل خلية31. لا يزال، ظروف محددة مثل الخلية اكتب خصوصية، بتمس عابر في الاستجابة للمحفزات محددة، أو إخفاء بتمس بسبب التفاعل البروتين قد تؤدي جميع النتائج السلبية الكاذبة. هذه هي المزالق المحتملة لهذه التقنية، فضلا عن معظم PTM IP أساليب. وهكذا، من المستحسن لتأكيد النتائج باستخدام نهج متعددة.
أظهرت التعديلات مثل glycosylation والفسفره للتنافس على الأحماض الأمينية مماثلة39،40وبتمس الأخرى مثل أوبيكويتينيشن والفسفره قد ثبت أن العمل بالتتابع لتنظيم نسبة البروتين وظيفة17،41. وأبرز العمل مؤخرا على البروتين لاثيل تاو أهمية PTM الحديث المتبادل، حيث فرط تاو-الفسفرة و “سومويلاتيون تاو” تعزيز بعضها البعض42. وعلاوة على ذلك، أظهرت هذه المجموعة أن منع “سومويليشن تاو” بولي-يو بي واللاحقة Tau التدهور، مما قد يؤدي إلى التراكم. هذا مجرد واحدة من العديد من الأمثلة على الحديث المتبادل PTM التنظيمية، وفائدة هذا الأسلوب سيساعد على إلقاء الضوء على أهمية بتمس وعلى الحديث المتبادل في تنظيم البروتينات الأساسية في الصحة والمرض.
The authors have nothing to disclose.
ونشكر سيتوسكيليتون وشركة أبحاث العلماء والدكتور ريان هوفر واشلي ديفيس لاستعراض دقيق والتحرير، ومناقشات مثمرة حول المخطوطة. بالإضافة إلى ذلك، نشكر الدكتور روبرت هوم لمساهمته خلال إنتاج المخطوطة الفيديو. هذا العمل كانت مدعومة بتمويل من شركة سيتوسكيليتون
Cell lysis/genomic DNA removal and analysis | |||
1x phosphate buffered saline (PBS) | common buffer | Recipe: NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4 | |
BlastR lysis buffer | Cytoskeleton Inc. | BLST01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Radioimmunoprecipitation assay buffer (RIPA) | common buffer | Recipe: Tris-HCl, NaCl, SDS, Sodium Deoxycholate, Igepal | |
Mammalian protein extraction reagent (mPER) | Thermofisher | 78503 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Immunoprecipitation (IP) Lysis | Pierce | 87787 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
1% sodium dodecyl sulfate (SDS) denaturing buffer | common buffer | Recipe: PBS, SDS, EDTA, EGTA | |
Laemmli | common buffer | Recipe: Tris-HCl, SDS, glycerol, bromophenol blue | |
BlastR dilution buffer | Cytoskeleton Inc. | BDB01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Protease Inhibitor Cocktail | Cytoskeleton Inc. | PIC02 | |
N-Ethylmaleimide (NEM) & N,N,N′,N′-Tetrakis(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN) | Cytoskeleton Inc. | NEM09BB | |
Trichostatin A (TSA) & Nicotinamide | Cytoskeleton Inc. | TSA01 | |
Activated Sodium Orthovanadate (Na3VO4) | Cytoskeleton Inc. | PYI01 | |
cell scrapers | Costar | 3008 | |
BlastR Filter | Cytoskeleton Inc. | BLR02 | |
BD Insulin syringe needle | BD | 08290-3284-11 | |
sonicator (Branson Sonifier) | Branson | Sonifier 450 | |
Precision Red Advanced Protein Reagent | Cytoskeleton Inc. | ADV02 | |
1 mL cuvettes | Fisher | 14955127 | |
Spectrophotometer (Genesys20) | Thermofisher | 4001 | Other spectrophotomers can be used to measure protein concentration |
Agarose | Fisher | BP1356-500 | |
1kb Deoxyribonucleic acid (DNA) ladder | NEB | N3232L | |
DNA gel box | Thermofisher | 7312 B1A | |
Tris/Borate/EDTA (TBE) buffer | common buffer | Recipe: Tris-HCl, Boric Acid, EDTA | |
PTM Immunoprecipitation | |||
Phosphotyrosine beads | Cytoskeleton Inc. | APY03-beads | |
Ubiquitination beads | Cytoskeleton Inc. | UBA01-beads | |
SUMOylation 2/3 beads | Cytoskeleton Inc. | ASM24-beads | |
Acetylation beads | Cytoskeleton Inc. | AAC04-beads | |
Phosphotyrosine control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG01-beads | |
Ubiquitination control beads | Cytoskeleton Inc. | CUB02-beads | |
SUMOylation 2/3 control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG01-beads | |
Acetylation control beads | Cytoskeleton Inc. | CIG02-beads | |
BlastR wash buffer | Cytoskeleton Inc. | BWB02 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
Bead elution buffer | Cytoskeleton Inc. | BEB01 | Proprietary mixture of detergents, salts, and other buffer additives |
microcentrifuge | Eppendorf | 5417 | Other microcentrifuges can be used |
tube rotator | ATR | RKVSD | Other end-over-end tube rotators can be used |
protein loading tips | VWR | 37001-150 | |
spin columns | Cytoskeleton Inc. | SPN22 | |
heat block 95 °C | Benchmark | BSH1002 | |
SDS-PAGE/Transfer/Western analysis | |||
5x sample buffer | common buffer | recipe: Bromophenol blue, dithiothreitol (DTT), Glycerol, SDS, Tris-HCl | |
novex wedge well 4-20% Tris-gly gels | Invitrogen | XP04200BOX | The large wedgewells are excellent for loading large volumes |
1x Running buffer | common buffer | recipe: Tris-HCl , Glycine, SDS | |
seeblue protein ladder | Life Technologies | LC5625 | |
electrophoresis cell | Invitrogen | Xcell surelock electrophoresis cell | Other electrophoresis cells can be used, however these are compatible the novex wedgewell gels |
power supply | Biorad | PowerPac HC | Other power supplies can be used |
1x Transfer buffer | common buffer | recipe: Tris-HCl, glycine, methanol | |
Transfer cell | Biorad | mini trans-blot cell | Other transfer cells can be used |
Immobilon- P membranes (PVDF) | millipore | IPVH 304F0 | |
non-fat milk | thrive | 813503015095 | |
Tris buffered saline with tween (TBST) | common buffer | recipe: Tris-HCl, NaCl, Tween 20 | |
Chemiluminescent Detection Reagent | Cytoskeleton Inc. | CLRA/CLRB | |
Cell growth and treatment | |||
Dulbecco's Modified Eagle's medium | ATCC | 30-2002 | |
Fetal bovine serum | ATLAS | F-0500-A | |
Epidermal growth factor | Cytoskeleton Inc. | CN02-A | |
150 mm cell culture plates | Corning | 430599 |