Birden çok araştıran, endojen translasyonel modifikasyonlar hedef protein için son derece zor olabilir. Burada açıklanan teknikleri belirli PTM hedeflemede, benzeşim matrisler bir hedef için asetilasyon, ubiquitination, SUMOylation 2/3 ve tirozin fosforilasyon değişiklikleri algılamak için geliştirilen bir en iyi duruma getirilmiş lizis tampon ve filtre sistemi kullanmak protein tek ve akıcı bir sistem kullanarak.
Şimdi iyi takdir translasyonel modifikasyonlar (PTMs) protein yapısı ve fonksiyonu, hem fizyolojik ve patolojik olarak verilen protein rol için gerekli olabilir düzenlenmesinde önemli bir rol oynamak. Zenginlik PTMs kez gerekli olduğunu ne zaman bir hedef protein PTM durumunu araştıran, çünkü PTMs çoğu kez geçici ve bolluk içinde nispeten düşük. Birçok tuzaklar bir hedef protein PTM için zenginleştirici zaman karşılaşılan arabellek uyumsuzluk gibi hedef protein antikoru değil IP uyumlu, PTM sinyal kaybı ve diğerleri. Zorluk derecesi asetilasyon, ubiquitination, SUMOylation 2/3 ve tirozin fosforilasyon belirli hedef protein gibi birden çok PTMs soruşturma zaman büyütülmüş olduğunu. Bu PTMs bir arada eğitim-ebilmek var olmak gerekli, crosstalk PTMs arasında yaygın ve protein düzenlemesine yönelik kritik olduğu gibi. Çoğu zaman, bu PTMs farklı lizis arabelleklerindeki ve benzersiz inhibitörü besteleri ile devam etti. Basitleştirmek için benzersiz bir denaturing lizis sistemi bu etkili bir şekilde geliştirilmiştir yalıtır ve bu dört PTMs; korur Böylece, potansiyel crosstalk incelenmesi bir tek lizis sistemde etkinleştirme. Bir benzersiz filtre sistemi arabellekleri denaturing, sorunlu bir yan ürün olan genomik DNA’sı lysate, kirletici kaldırmak için geliştirilmiş. Her dört PTMs bir hedefleme sağlam benzeşme matrisler zenginleştirme ve algılama bu dört PTMs endojen durumlarında en üst düzeye çıkarmak için tampon sistemi ile uyum içinde geliştirilmiştir. Bu kapsamlı PTM algılama araç grubu bir protein bir veya daha fazla bu PTMs tarafından değiştirilir hakkında kritik bilgi alma işlemi basitleştirir.
Sayede değişiklik eklendiğinde veya kaldırıldığında belirli bir şekilde bir protein için son derece düzenlenmiş değişiklik translasyonel modifikasyonlar (PTMs) vardır. PTMs çoğu zaman önemli ölçüde değiştirme protein yapısı, en dinamik, geçici değişiklikler ortak proteinler ve kayma Yerelleştirme ve sonuçta farklı işlevler1,2 gerçekleştirmek protein etkinleştirme , 3 , 4. PTMs onlar yaklaşık 30.000 gen Urun bir milyondan fazla proteoforms5,–6benzersiz protein formları (veya proteoforms) sayısını artırmak bol. PTMs belirlenmesi ve bir hedef protein üzerindeki etkileri tanımlama protein’ın fizyolojik ve patolojik işlevleri7,8,9,10anlama doğru önemlidir, 11,12,13,14. Tübülin, p53 ve epidermal büyüme faktörü reseptörü (EGFR) PTMs15,16,17düzenleyici rol aydınlatılmamıştır gibi select proteinler üzerinde çalışır. Bu çalışmalar, düzenleme, bu proteinler tarafından birden çok PTMs oluşur ve birçok durumda bu değişiklikleri belirli bir işlevi tanıtmak için konserde çalışma Aslında ortaya çıkardı. Yeni çalışmalar bu kooperatif ve negatif PTM crosstalk birkaç farklı proteinler18,19,20,21,22, oluşabilir göstermiştir 23,24,25. Ancak, protein çoğunluğu PTM profilleri farklı modeller ve benzersiz koşulları-si olmak kullanılmış çeşitli çalışmalardan inşa edilir. Bir sistemde birden çok PTMs araştırmak için en iyi duruma getirilmiş bir sistemine sahip bir hedef protein için potansiyel PTM crosstalk anlayış kazanmak son derece faydalı olacaktır.
PTMs tek bir sistemde soruşturma ile bir özel PTMs ayrı lizis arabellekleri kullanarak incelenmiştir mücadeledir. Örneğin, fosforilasyon veya ubiquitination araştırmalar için yaygın olarak kullanılan arabellekleri RIPA-NP-40 gibi kullanımı küçük Ubikuitin benzeri değiştirici (SUMO) ylation26gibi bir değişken PTM eğitimi için yetersiz olabilir. Ayrıca, Sigara denaturing arabellekleri protein etkileşimleri dissociating için yetersiz ve yanlış pozitif PTM kimlik27için yol açabilir. Proteinler tüm hücresel kompartmanlarda28üzerinden yalıtma önemli ölçüde daha iyi, çoğu protein etkileşimleri ayırmak ve PTM Birleşik, gibi alter proteaz yapılmasını engeller olarak PTMs bir denaturing lizis arabellekte soruşturma tercih edilen, olabilir deSUMOylases 26; Ancak, arabellek denaturing belirli benzeşme reaktifler Ubikuitin etki alanı tabanlı araçları27bağlama gibi bütünlüğünü tehlikeye atabilir. Bir benzeşme reaktif uyumlu sisteme birden çok PTMs bir protein çalışmaya denaturing benzeri lizis sistemi geliştirme PTM crosstalk araştırmalar için son derece faydalı olacaktır.
Denaturing arabellek PTMs soruşturma için arabellekleri sigara denaturing anahtar avantajları olmasına rağmen onlar daha az yaygın olarak geleneksel protein deneyleri, önemli uyumsuzluk gibi onların önemli sakıncaları nedeniyle kullanılan genomik Deoksiribonükleik asit (DNA) kirlenme ve bozulma immunoprecipitation (IP) reaktifler29. Bu sakıncaları genişletilmiş hazırlama süresi ve potansiyel hasar hedef proteinler için genomik DNA kesme zaman neden olabilir. DNA yamultmak için iki yaygın olarak kullanılan yöntem şırınga lizis ve sonication29içerir. Her iki yöntem geniş optimizasyonu gerektirir ve genellikle hassas tekrarlanabilirlik eksikliği. Genomik DNA kaldırmak için alternatif yöntemler DNAses ilavesi içerir; Ancak, bu ek iyileştirme ve arabellek oluşturma değişiklikler gerektirebilir. Sonuçta, ne zaman lizis arabellekleri PTM araştırmalar için denaturing ile çalışma genomik DNA kirlenme kaldırmak için basit ve tekrarlanabilir bir yöntem faydalı olacaktır.
Bu teknik yalıtmak ve daha iyi bir hedef protein için PTM crosstalk araştırmak için tek bir sistem içinde ubiquitination (Ub), tirozin fosforilasyon (pY), SUMOylation 2/3 (SUMO 2/3) ve asetilasyon (Ac) PTMs araştırmak için bir sistem geliştirmek için hedeftir. Bu PTM algılama sistemi hızla tek bir sistemde endojen PTM profil birkaç hedef proteinlerin araştırmak için kullanılmıştır. Yeni potansiyel crosstalk içgörü tanımlanmış30,31oldu. Genel olarak, burada açıklanan tekniği PTMs ve PTM araştırmak için mevcut yöntemler geliştirir üç farklı şekilde crosstalk: 1) benzersiz bir denaturing arabellek hala ile uyumlu olurken proteinler üzerinden tüm hücresel kompartmanlarda, yalıtan geliştirilmiştir PTM benzeşme reaktifler, 2) benzersiz filtre sistemi hızla genomik DNA kirlenme denatüre lysates ile yüksek tekrarlanabilirlik kaldırır ve hiçbir özel ekipman ve 3 gerektirir geliştirilmiştir) sağlam benzeşme boncuk, lizis sistemi ve inhibitör reaktifler uyumludur; Böylece, PTM zenginleştirme en üst düzeye çıkarmak ve verimli bir şekilde potansiyel crosstalk incelemek için bu dört PTMs bir hedef protein için yalıtım basitleştirme.
Bir hedef protein PTM tarafından değiştirilip belirlemek için kullanılan ilk yaklaşımlar PTM antikor ile Batı leke ve ardından IP için hedef protein spesifik antikor kullanılarak yapılabilir (örn., Anti-asetil lizin), veya IP için PTM antikor kullanarak Hedef protein spesifik antikor30,31,33ile Batı leke izledi. Her iki yaklaşımın teorik olarak çalışırken, bir hedef protein özel antikor kullanan daha fazla potansiyel tuzaklar, antikor IP uyumlu olmayabilir veya büyük PTM değişiklikler hedef protein34 antikor tanıma ücreti engelleyebilir gibi vardır ,35. PTM benzeşme boncuk avantajı antikor veya bağlayıcı etki alanında özellikle ilgi PTM tanımak olduğunu; Böylece, hedef protein değişiklikler tanıma benzeşme boncuk tarafından değiştirmek gerekir değil. Örnek olarak, PD-L1 Ub burada açıklanan tekniği ile tespit edildi ve her iki endojen mono – ve poli-Ub görülmektedir (şekil 4). Son bir yayın tarafından Lim ve ark. vitro Ub teknikleri PD-L1 Ub araştırmak için kullanılmaktadır ve sonucu şekil 436sonuçlar çok benzer. İlginçtir ki, onlar da IP PD nerede Ub overexpressed ve MG-132 sinyal artırmak için eklendi L1 lysate, hücreden zenginleştirmek için PD-L1 antikor ile seslendirdi. Ub desen değil sağlam ve vitro Ub desen çok farklıdır. Hücre kültür modellerinde endojen PD-L1 Ub incelenmesi Lim ve arkgerçekleştirilmedi. onların hücre kültür ve vitro veri arasındaki farkı açıklamak için raporu.
Bir protein PTM tarafından değiştirilip soruşturma, düşük bereket ve geçici doğa37,38, nedeniyle zor olabilir ve genellikle IP üzerinden zenginleştirme gerektirir. PTMs etkili IP birkaç önemli adımlar ve Kimyasalları, lizis arabellekleri ve benzeşme Kimyasalları gibi duruma getirilmesi gerekir. Birden çok PTMs bir hedef protein araştıran, gerekli optimizasyonu olasılığı artar. Sağlam IP yeteneği, tek bir sistemde PTM algılama pY, SUMO 2/3, Ub ve Ac PTMs etkinleştirilirken tutar gibi blastR lizis sistemi kullanan bir kritik bu protokolü adımdır. Bu teknik zaman ve belirli hedef protein bu dört PTMs tarafından değiştirilir ve potansiyel olarak PTM çapraz karışma birden fazla lizis sistemi kullanılarak gerçekleştirilen PTM sonuçları karşılaştırarak göre daha iyi bir görüntü sağlar eğer belirlemek için gerekli kaynakları en iyi duruma getirir. Glikozilasyon gibi alternatif PTMs uyumlu blastR lizis sisteminin incelenmesi gerçekleştirildi; Ancak, bunu etraflıca PTMs tüm türleri için inceledi değil.
Bol genomik DNA kullanarak protein ölçümleri ile müdahale Renkölçer veya nanodrop yöntemleri, SDS Akrilamid jel proteinlerin geçiş etkiler ve protein ve benzeşme matris etkileşim IP deneyleri sırasında önlemek. Burada açıklanan yöntemi etkili başka bir kritik adım bu protokol genomik DNA kirlenme kaldırmak için özel bir filtre kullanır. Bu noktada vurgulamak için viskozite testleri blastR filtre işlemden önce ve sonra gerçekleştirilen ve yüksek viskozite su (veri gösterilmez) azalma viskozite için sonuçlar gösterdi. Bu değişikliği viskozite, neredeyse tüm genomik DNA çıkarmıştı gösterilen şekil 3, sonuçlarında tarafından desteklenmiştir. Yamultulmuş DNA (veri gösterilmez) filtre tarafından yakalanan değil gibi önemlisi, DNA bu yöntemle güdülmesini değil. Çünkü hiçbir özel ekipman gerektirir, son derece tekrarlanabilir ve bu kesme yerine DNA kaldırır Bu sonication veya şırınga-DNA-kesme, gibi geleneksel yöntemler daha üstün bir araçtır. Ayrıca, geleneksel yöntemlerle29kullanarak ortaya çıkan protein lysate, aşağılamak değil. Filtre kullanan nerede etkili DNA dağılımı (Yani, Yamultma şırınga) birkaç dakika sürebilir ve DNA kirletici lysate içinde kalması gibi örnek heterojenite neden olabilir alternatif yöntemlere göre örnek başına 5-30 saniye sürer. Lysate öncesi ve sonrası blastR filtreleme geniş analizi gerçekleştirilmiş ve protein profil gözlemlenebilir hiçbir fark Coomassie, hedef özel Batı, veya toplam ve hedef özel PTM analizleri gözlenmiştir; Böylece, protein profil bütünlüğünü genomik DNA süzerek etkilenmiş olabileceğini değil. Sonuçta, bu filtre sistemi herhangi bir Batı veya nerede genomik DNA var ve protein analizi yorumu etkileyebilir IP uygulama için faydalıdır.
Yanlış negatif algılama kısmen benzeşme boncuk doygunluk, bağlama sitesi girişim veya PTM maskeleme için bağlı olabilir bu tekniği kullanmak için potansiyel olduğunu unutmamak gerekir. Örneğin, belirli hedef protein Ac çok düşük seviyelerde değiştirilebilir; Böylece, bu daha bol Ac-modified hedef proteinler tarafından doymuş pan-asetil lizin benzeşme boncuk tarafından izole değil. Devam eden çalışmalar bu protokol için kullanılan benzeşme reaktifler algılama sınırları değerlendirmek için gerçekleştirilir, ancak son yayınına bir çok sağlam algılama sınırı önerir. Verileri bu teknik teşhis edebilir 17 acetylated hedef protein molekülleri hücre31ücret olarak az gösterdi. Yine de, hücre gibi belirli koşullar özgüllük, belirli uyaranlara yanıt geçici PTMs yazın veya PTMs maskeleme protein etkileşim nedeniyle yanlış negatif sonuçlar tüm sonucu olabilir. Bu potansiyel tuzaklar bu tekniği yanı sıra çoğu PTM IP yöntemleri vardır. Böylece, birden fazla yaklaşımları kullanarak sonuçları onaylamak için tavsiye edilir.
Glikozilasyon ve fosforilasyon gibi değişiklikler benzer amino asitler39,40ve protein düzenleyen sırayla çalışmak gösterilmiştir ubiquitination ve fosforilasyon gibi diğer PTMs için rekabet gösterilmiştir 17,41işlev. Neuropathological protein Tau son iş PTM crosstalk, nereye gelişmiş Tau hiper-fosforilasyon ve Tau SUMOylation birbirimizi42önemi vurgulanır. Ayrıca, bu grup Tau SUMOylation Poli-Ub ve sonraki Tau bozulması, muhtemelen toplama için önde gelen engelledi olduğunu gösterdi. Bu da pek çok örnek düzenleyici PTM crosstalk biridir ve belgili tanımlık yarar bu tekniğin PTMs ve sağlık ve hastalığında anahtar protein düzenlenmesinde onların crosstalk önemini aydınlatmak için yardımcı olacaktır.
The authors have nothing to disclose.
Biz sitoiskeleti A.ş. araştırma bilim adamları ve Drs. Brian Hoover ve Ashley Davis onların eleştiri, düzenleme ve el yazması üzerine verimli tartışmalar için teşekkür ederim. Ayrıca, biz Dr Robert Hom video el yazması üretimi sırasında yaptığı katkı için teşekkür ederim. Bu eser sitoiskeleti Inc. tarafından fon tarafından desteklenmiştir
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 |