A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
* These authors contributed equally
هنا ، نقدم بروتوكولا خطوة بخطوة لإجراء تجربة وضع العلامات على القرب (PL) في الخيار (Cucumis sativus L.) باستخدام بروتين AT4G18020 (APRR2) -AirID كنموذج. تصف الطريقة بناء ناقل ، وتحويل بنية من خلال التسلل الزراعي ، وتسلل البيوتين ، واستخراج البروتين ، وتنقية البروتينات التي تحمل علامة البيوتين من خلال تقنية تنقية التقارب.
في خلايا ونباتات الثدييات ، أثبتت مناهج وضع العلامات على القرب (PL) باستخدام بيروكسيديز الأسكوربات المعدل (APEX) أو Escherichia coli biotin ligase BirA (المعروف باسم BioID) نجاحها في تحديد تفاعلات البروتين والبروتين (PPIs). APEX و BioID و TurboID ، نسخة منقحة من BioID لها بعض القيود بالإضافة إلى كونها تقنيات قيمة. وقد تغلبت AirID التي تم تطويرها مؤخرا، وهي نسخة جديدة من BioID لتحديد القرب في تفاعلات البروتين والبروتين، على هذه القيود. في السابق ، تم استخدام AirID في النماذج الحيوانية ، بينما توضح الدراسة الحالية استخدام AirID في النباتات ، وأكدت النتائج أن AirID يعمل بشكل أفضل في أنظمة النبات مقارنة بإنزيمات PL الأخرى مثل BioID و TurboID لوضع العلامات على البروتين القريبة من البروتينات المستهدفة. فيما يلي بروتوكول خطوة بخطوة لتحديد شركاء تفاعل البروتين باستخدام بروتين AT4G18020 (APRR2) كنموذج. تصف الطرق بناء الناقل ، وتحويل البناء من خلال التسلل الزراعي ، وتحويل البيوتين ، واستخراج البروتينات ، وإثراء البروتينات التي تحمل علامة البيوتين من خلال تقنية تنقية التقارب. وخلصت النتائج إلى أن AirID هو إنزيم جديد ومثالي لتحليل مثبطات مضخة البروتون في النباتات. يمكن تطبيق هذه الطريقة لدراسة البروتينات الأخرى في النباتات.
تعمل البروتينات الخلوية المختلفة في إطار النظام التنظيمي بيولوجيا ، وتفاعلات البروتين والبروتين (PPIs) هي جزء من هذا النظام وأساس العديد من العمليات الخلوية. إلى جانب PPIs ، يتم تعزيز وظيفة البروتينات الطبيعية بعد الترجمة من خلال تعديلات مختلفة مثل تكوين المعقد ، والوجود في كل مكان ، والفسفرة. لذلك ، فإن دراسة مثبطات مضخة البروتون مهمة لفهم الوظيفة المحتملة للبروتينات المستهدفة. تم تنفيذ PPIs باستخدام تقنيات مختلفة مثل تحليل قياس الطيف الكتلي بعد الترسيب المناعي (تحليل IP-MS) 1 ، ونظام الخميرة ثنائي الهجين (Y2H) 2 ، وكذلك المصفوفات القائمة على الخلاياالخالية من الخلايا 3. استكشفت هذه الأساليب العديد من النتائج الحيوية في مجال البحث. ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب لها بعض العيوب. على سبيل المثال ، Y2H هي استراتيجية تستغرق وقتا طويلا ومكلفة وتتطلب بناء مكتبة Y2H للأنواع المستهدفة.
بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم تقنية Y2H الخميرة ، وهي كائن حقيقي النواة أحادي الخلية غير متجانس ، والذي لا يمكن أن يعكس بدقة الحالة الخلوية للخلايا حقيقية النواة العليا. IP-MS غير مناسب للبروتينات عالية الكارهة للماء ويظهر كفاءة منخفضة في التقاط PPIs الضعيفة. يتم التعبير عن البروتينات الأساسية المختلفة في النباتات مثل مجال ربط النيوكليوتيدات والبروتينات الغنية بالليوسين المحتوية على التكرار (NLR) والكينازات الشبيهة بالمستقبلات (RLKs) على مستوى منخفض وتتفاعل في الغالب مع البروتينات الأخرى بشكل عابر ؛ لذلك ، فإن استخدام هذه الطرق غير كاف لفهم الآليات الكامنة وراء تنظيم هذه البروتينات3.
تساعد تقنية جديدة تسمى البيوتينيل القريب (PB) الباحثين على تحديد مثبطات مضخة البروتون. يعتمد PB على إنزيمات PL ، التي ترتبط بالبروتين محل الاهتمام (POI) ، وعندما يقترب بروتين الشريك من POI ، يعلق PL علامة البيوتين الكيميائية على البروتين الشريك. علاوة على ذلك ، يمكن تحديد البروتين الموسوم ويمكنه معرفة البروتين الشريك الذي يرتبط بالبروتين المستهدف5 بسرعة. أثبتت الدراسات السابقة أن BioID و TurboID هما أداتان ناجحتان ل PPIs ، خاصة في النباتات ، لكن لهما قيود معينة4. يحتاج BioID إلى مستوى عال من البيوتين لوضع العلامات على البروتينات الشريكة ، والتي تستغرق أكثر من 16 ساعة. بالمقارنة مع BioID ، فإن TurboID أكثر فائدة لأنه يقوم بتسمية البروتين في 10 دقائق ويمكنه تسمية البروتين الشريك في درجة حرارة الغرفة (RT). كما أنه سام للخلايا في ظروف معينة ويضع علامات على تلك البروتينات التي لا تظهر تفاعلا مع البروتين محل الاهتمام.
للتغلب على هذه المشكلات ، يعد AirID ، الذي طوره Kido et al. ، أكثر كفاءة من بقية إنزيمات الملصقات ، على الرغم من أن تشابه التسلسل هو 82٪ بين BioID و AirID5. للتحقق من كفاءة AirID ، أجرينا تجربة باستخدام POI مع شركاء معروفين. أكدت هذه التجربة أن AirID يمكنه بلا شك تسمية البروتينات المرتبطة في الخلايا النباتية. AirID هو إنزيم قيم لتحليل مثبطات مضخة البروتون في المختبر وفي الخلايا. إنه يخلق سمية أقل وأقل خطأ في العمليات الزمنية المستغرقة من TurboID لوضع علامة على غير الشركاء ، مما يؤدي إلى قتل الخلية. يوضح أن AirID أكثر قدرة على المنافسة من إنزيمات وضع العلامات الأخرى للبتقريب من البيوتينيل. إنه أكثر دقة ، ولديه إمكانات أكبر في عمليات أخذ الوقت ، وأقل سمية في المختبر وفي الخلايا الحية. يصف البروتوكول الحالي تحديد البروتينات المتفاعلة ل APRR2 باستخدام AirID كإنزيم PL. علاوة على ذلك ، يمكن تطبيق الطريقة على البروتينات الأخرى للتحقيق في مثبطات مضخة البروتون في الأنواع النباتية.
1. تحضير المواد النباتية
2. جعل بناء AirID
3. إعداد الخلايا المختصة
4. التسلل الزراعي
5. جمع العينات
ملاحظة: يجب أن تكون جميع المواد اللازمة لجمع العينات معقمة لتجنب تلوث الكيراتين ، ويجب تنفيذ جميع خطوات البروتوكول في بيئة خالية من التلوث.
6. استخراج البروتين الكلي من الأوراق
7. موازنة عمود التحلية
8. غسل الخرز المغناطيسي
9. إثراء البروتينات البيوتينيلية
وفقا لبحث سابق ، فإن جين الخيار APRR2 هو الجين المرشح الذي يتحكم في لون الفاكهة الأبيض غير الناضج8. هنا ، تم تطوير بروتوكول باستخدام AirID كإنزيم لتسمية القرب للعثور على البروتين الشريك المتفاعل ل APRR2 في الخيار. تم نقل البناء إلى أوراق الخيار ، وبعد 36 ساعة من التسلل ، تم نقل...
في التجربة الحالية ، تم استخدام AirID لوضع علامات القرب ، والتي طورها Kido et al. من خلال خوارزمية لإعادة بناء إنزيم الأجداد باستخدام مجموعة بيانات جينوم كبيرة وخمسة إنزيمات BirA تقليدية5. تم استخدام الطفرات العشوائية في هندسة البروتين التطورية التقليدية لتعزيز النشاط
ولم يعلن أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح.
تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 32000197 إلى X.H.) ، والمنحة المالية الخاصة من مؤسسة علوم ما بعد الدكتوراه الصينية (المنحة رقم 2019T120467 إلى X.H.)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetosyringone | Beijing solaribo science and technology Co.Ltd | S1519 | |
Acryl/Bis 30% solution | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | 1510KA4528 | |
Agar | BioFroxx GmbH | D64683 | |
Agarose | tsingke (Shanghai) Co.Ltd | TSJ001 | |
Ammonium bicarbonate | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | G313BA0018 | |
Biotin | BBI life Sciences | G908BA0012 | |
CaCl2 | BBI life Sciences | E209BA0008 | |
Competent cells GV3101 | Made in the current experiment | ||
Desalting column | Thermo scientific | WC321753 | |
Deoxycholic acid | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | G818BA0029 | |
DH5α competent cells | Made in the current experiment | E.coli DH5α | |
β-D-maltoside | Beijing Scolario Science and Tech Co.Ltd | S818 | |
EDTA | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | E104BA0029 | |
Glycine | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | 161BA0031 | |
HEPES | Beijing solaribo science and technology Co.Ltd | H8090 | |
LiCl | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | H209BA0003 | |
MES | Beijing solaribo science and technology Co.Ltd | M8019 | |
MiraCloth | EMD Milipore Corp/MERCK kgAa Darmstadt, Germenay | 3429963 | Quick filtration material filter |
MgCl2 | Beijing solaribo science and technology Co.Ltd | 20200819 | |
NaCl | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | H324BA0003 | |
NP40 | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | N8030 | |
Protein inhibitor cocktail | Beijing Scolario Science and Tech Co.Ltd | S3450 | |
PVDF | BIO-RAD | 5820172 | |
SDS | Beijing Scolario Science and Tech Co.Ltd | S1015 | |
Silwet | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | S9430 | |
Streptavidin-C1-conjugated magnetic beads | Enriching Biotechnology | 7E511E1 | Magnetic beads |
TEMED | Servicebio | G2056 | |
Triton X-100 | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | GB03BA007 | |
Tris-HCl | Sangon Biotech (Shanghai) Co.Ltd | F828BA0020 | |
Tryptone | Thermo scientific | LP0042 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved