A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
Simple methods to detect the selective activation of G proteins by G protein-coupled receptors remain an outstanding challenge in cell signaling. Here, Fӧrster resonance energy transfer (FRET) biosensors have been developed by pairwise tethering a GPCR to G protein peptides to probe conformational changes at controlled concentrations in live cells.
Fӧrster نقل الطاقة الرنين (الحنق) المستندة أصبحت الدراسات شائعا بشكل متزايد في التحقيق في هذه العملية من الإشارات. وضعت مجموعة بحثنا جهاز استشعار الحنق داخل الجزيئية للكشف عن التفاعل بين مفارز Gα وGPCRs في الخلايا الحية بعد التحفيز ناهض. هنا، ونحن بالتفصيل بروتوكول للكشف عن تغيرات في الحنق بين مستقبلات الأدرينالية β 2 وGαs C-محطة الببتيد على العلاج مع 100 ميكرومتر ايزوبروتيرينول هيدروكلوريد كما تتميز سابقا 1. استشعار الحنق لدينا هو ببتيد واحد يتألف بشكل متسلسل لهذه العملية من طول كامل، fluorophore الحنق متقبل (mCitrine)، وهو ER / K نوبة (منهجية البروتين تقارب قوة التحوير) الربط، وهو fluorophore الحنق المانحة (mCerulean)، وGα C الببتيد -terminal. هذا البروتوكول سوف إعداد خلية التفاصيل والظروف ترنسفكأيشن، وإعداد المعدات، وتنفيذ فحص وتحليل البيانات. هذا التصميم التجريبي بالكشف عن الفصل صغيرفي نفس الفئة في الحنق يدل على تفاعلات البروتين البروتين، ويمكن أن تستخدم أيضا لمقارنة قوة التفاعل عبر بروابط وهذه العملية من الجميع حدودا البروتين. لتعزيز الإشارات إلى الضجيج في قياساتنا، هذا البروتوكول يتطلب الدقة المتزايدة في جميع الخطوات، ويرد هنا لتمكين تنفيذ استنساخه.
مستقبلات جانب G-بروتين (GPCRs) هي مستقبلات سبعة الغشاء. الجينوم البشري يحتوي على وحده ما يقرب من 800 الجينات الترميز لGPCRs، والتي يتم تفعيلها من خلال مجموعة متنوعة من بروابط بما في ذلك الضوء، عطر، والهرمونات، والببتيدات، والمخدرات، وغيرها من الجزيئات الصغيرة. ما يقرب من 30٪ من جميع الأدوية الموجودة حاليا في GPCRs السوق المستهدفة لأنها تلعب دورا كبيرا في العديد من الحالات المرضية 2. وعلى الرغم من عقود من العمل المكثفة التي بذلت على هذه العائلة المستقبلة، لا تزال هناك أسئلة معلقة كبيرة في هذا المجال، خاصة فيما يتعلق الآليات الجزيئية التي تدفع التفاعلات النوع من الاختزال المستجيب. حتى الآن، تم نشر واحدة فقط التركيب البلوري عالية الدقة، وتوفير نظرة ثاقبة على التفاعل بين مستقبلات β 2 الأدرينالية (β 2 -AR) والبروتين غس 3. جنبا إلى جنب مع بحوث واسعة النطاق في العقود الثلاثة الأخيرة، وتكرر العنصر الهيكلي معين واحد هو أن حاسمة في هذاالتفاعل: وGα فرعية محطة سي. هذا الهيكل هو مهم لكلا تنشيط بروتين G من قبل هذه العملية من 4 و G اختيار البروتين 5-6. وبالتالي، توفر Gα سي صول رابط حيوي بين التحفيز يجند لهذه العملية من وانتقائية تنشيط بروتين G.
الأبحاث على مدى العقد الماضي تشير إلى أن GPCRs ملء المشهد بتكوين واسع، مع يجند ملزمة استقرار مجموعات فرعية من التشكل النوع من الاختزال. في حين أن العديد من التقنيات، بما في ذلك البلورات، NMR ومضان الطيفي، وقياس الطيف الكتلي المتاحة لدراسة المشهد بتكوين النوع من الاختزال، هناك قلة من النهج لتوضيح أهمية وظيفية في اختيار المستجيب 7. هنا، ونحن الخطوط العريضة لنهج المستندة Fӧrster نقل الطاقة الرنين (الحنق) للكشف عن G-بروتين انتقائية التشكل النوع من الاختزال. تعتمد الحنق على القرب والتوجه الموازي اثنين fluorophores مع تداخل الانبعاثات (المانحة) لالثانية الإثارة (متقبل) الأطياف 8. كما تأتي المانحة ومتقبل fluorophores أقرب معا نتيجة إما تغيير متعلق بتكوين في البروتين أو تفاعل البروتين البروتين، والحنق بينهما يزيد، ويمكن قياسها باستخدام مجموعة من الأساليب 8. وقد استخدمت أجهزة الاستشعار القائم على الحنق على نطاق واسع في مجال النوع من الاختزال 9. تم استخدامها لتحقيق التغييرات التشكل في هذه العملية من خلال إدخال المانحة ومتقبل في حلقة الخلايا الثالثة وهذه العملية من محطة سي. وقد تم تصميم أجهزة استشعار للتحقيق في هذه العملية من والتفاعلات المستجيب من وصفها بشكل منفصل النوع من الاختزال والمستجيب (بروتين G مفارز / arrestins) مع زوج الحنق 10؛ بعض أجهزة الاستشعار أيضا اكتشاف التغيرات متعلق بتكوين في بروتين G 11. وقد مكنت هذه الحساسات مجال لطرح العديد من الأسئلة العالقة بما في ذلك التغيرات متعلق بتكوين في هذه العملية من والمستجيب، هذه العملية من المستجيب حركية التفاعل، وبروابط تفارغي 12. مجموعتناكان مهتما بشكل خاص في خلق جهاز الاستشعار البيولوجي والتي قد كشف G-بروتين معين التشكل النوع من الاختزال في ظل ظروف يحركها ناهض. ويعتمد هذا جهاز الاستشعار البيولوجي على التكنولوجيا التي تم تطويرها مؤخرا اسمه نوبة (منهجية البروتين تقارب قوة التحوير) 13. ويشمل التشنج الربط التفاعل المجالات البروتين باستخدام ER / ك رابط، التي تسيطر على تركيزات على نحو فعال. المرافقة رابط مع زوج الحنق من fluorophores يخلق الأداة التي يمكن أن يقدم تقريرا عن حالة التفاعل بين البروتينات 12. قبل 1 تم استخدام وحدة التشنج إلى حبل على Gα C-محطة لالنوع من الاختزال ورصد تفاعلاتها مع fluorophores الحنق، mCitrine (المشار إليها في هذا البروتوكول من قبل البديل في المعروف، البروتين أصفر نيون (YFP)، الإثارة / ذروة الانبعاثات في 490/525 نانومتر) وmCerulean (المشار إليها في هذا البروتوكول من قبل والذي يعرف عادة البديل البروتين سماوي نيون (CFP)، الإثارة / ذروة الانبعاثات 430/475 نانومتر). من N- لمحطة سي، تيله المشفرة وراثيا ببتيد واحد يحتوي على: كامل طول النوع من الاختزال، الحنق متقبل (mCitrine / YFP)، و 10 نانومتر ER / ك رابط، الحنق المانحة (mCerulean / CFP)، والببتيد Gα محطة سي. في هذه الدراسة، ويختصر أجهزة الاستشعار التي النوع من الاختزال-رابط طول Gα الببتيد. يتم فصل جميع المكونات من قبل غير منظم (الغليسين-سر-الغليسين) 4 رابط والتي تمكن دوران حر من كل مجال. توصيف مفصل لهذه المجسات وقد سبق القيام بها باستخدام اثنين GPCRs نموذجية: β 2 -AR وأوبسين 1.
وtransfected هذا الاستشعار عابر في الخلايا كلوة-293T والقائم على التألق يعيش تجارب الخلايا قياس مضان أطياف الزوج الحنق في وحدات التعسفي من التهم في الثانية (CPS) في وجود أو عدم وجود يجند. وتستخدم هذه القياسات لحساب نسبة الحنق بين fluorophores (YFP ماكس / CFP كحد أقصى). ثم يتم احتساب أي تغيير في الحنق (ΔFRET) بطرح متوسط نسبة الحنقالعينات غير المعالجة من نسبة الحنق من عينات يجند المعالجة. ΔFRET يمكن مقارنتها عبر بنيات (β 2 -AR 10 نانومتر Gαs الببتيد مقابل بيتا 2 -AR 10 نانومتر أي الببتيد). هنا، ونحن بالتفصيل بروتوكول للتعبير عن هذه المجسات في الخلايا كلوة-293T الحية، ورصد التعبير عنها، وإعداد وتنفيذ وتحليل الخلية الحية القائمة على التألق الحنق قياس دون علاج مقابل شروط المخدرات المعالجة. في حين أن هذا البروتوكول هو محدد لنانومتر Gαs استشعار الببتيد β 2 -AR 10 تعامل مع 100 بيطرطرات ميكرومتر ايزوبروتيرينول، فإنه يمكن أن يكون الأمثل لمختلف أزواج النوع من الاختزال-Gα وبروابط.
1. إعداد الحمض النووي
2. خلية التحضير الثقافة
3. شروط ترنسفكأيشن
4. الكاشف وإعداد المعدات
الشكل 2. microcentrifuge لأنبوب إعداد والمرجعي الوظيفة في حرارة كتلة كوفيت للعينات غير المعالجة في الموضع 1؛ أنابيب الخلايا قسامة هي في مناصب 2 - 6. كوفيت لعينات المخدرات المعالجة هي في موقف 7؛ أنابيب الخلايا قسامة هي في مواقف 8 - 12. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
5. تجربة وجمع البيانات
الشكل 3. التجريبية التخطيطي. دليل مفصل خطوة حكيمة لالتجريبية إعداد والتنفيذ. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
تحليل 6. البيانات
التخطيطي المعمم من التجربة انشاء ومفصلة التنفيذ في الشكل (3).
من أجل الكشف عن تغيير الحنق في النطاق الديناميكي الضيق من أجهزة الاستشعار، فمن الأهمية بمكان أن تلتزم الفروق الدقيقة في النظام يجب الالتزام بها. جودة خلية أمر ...
النطاق الديناميكي ضيق قياسات الحنق في هذا النظام يعزز ضرورة مراقبة الجودة الحساسة في كل خطوة من هذا البروتوكول. أهم الخطوات لضمان تجربة الحنق الناجحة هي 1) خلية زراعة، 2) ترنسفكأيشن 3) التعبير بروتين و 4) في الوقت المناسب، والتنسيق الدقيق أثناء تنفيذ الفحص.
الكتاب تعلن أنه ليس لديهم المصالح المتنافسة.
وقد تم تمويل رم من قبل زمالة الجمعية الأمريكية للقلب ما قبل الدكتوراه (14PRE18560010). وقد تم تمويل البحث من قبل جمعية القلب الأمريكية للتنمية عالم غرانت (13SDG14270009) والمعاهد الوطنية للصحة (1DP2 CA186752-01 و1-R01-GM-105646-01-A1) إلى SS
Name | Company | Catalog Number | Comments |
B2-AR-10 nm-Gas peptide sensor | Addgene | 47438 | https://www.addgene.org/Sivaraj_Sivaramakrishnan/ |
GeneJET Plasmid Miniprep Kit | Fermentas/Fisher Sci | FERK0503 | Elute in 2 mM Tris elution buffer |
HEK-293T-Flp-n cells | Life Technologies | R78007 | |
Trypsin (0.25%) | Life Technologies | 25200056 | |
DMEM- high glucose | Life Technologies | 11960-044 | Warm in 37 °C water bath before use |
FBS, certified, Heat inactivated, US origin | Life Technologies | 10082147 | |
Glutamax I 100x | Life Technologies | 35050061 | |
HEPES | Corning | MT25060CL | |
Opti-MEM | Life Technologies | 31985-070 | Reduced serum media; Bring to RT before use |
XtremeGene HP transfection reagenet | Roche | 6366236001 | Highly recommended for its consistency. Bring to RT before use |
FluoroMax 4 | Horiba | Use with FluorEssence V3.8 software | |
3-mm path length quartz cuvette | Starna | NC9729944(16.45F-Q-3/z8.5) | May require cuvette holder/adaptor for use in Fluorometer, available from Starna |
Sc100-S3 Heated Circulating water bath pump | Fisher Scientific | 13-874-826 | Warm to 37 °C before use |
Thermomixer Heat Block | Eppendorf | 22670000 | Warm to 37 °C before use |
Ultrapure DNA/RNAse free water | Life Technologies | 10977015 | Use at RT |
D(+)-glucose, anhydrous | Sigma | G5767 | |
aprotinin from bovine lung | Sigma | A1153 | |
leupeptin hemisulfate | EMD | 10-897 | |
L-ascorbic acid, reagent grade | Sigma | A0278 | |
(-)-isoproterenol (+)-bitartrate | Sigma | I2760 | Use fresh aliquot each experiment |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved