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Method Article
* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Hier stellen wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für die Durchführung des Proximity-Labeling-Experiments (PL) in Gurken (Cucumis sativus L.) unter Verwendung AT4G18020 (APRR2)-AirID-Proteins als Modell vor. Die Methode beschreibt die Konstruktion eines Vektors, die Transformation eines Konstrukts durch Agroinfiltration, Biotininfiltration, Proteinextraktion und die Reinigung von Biotin-markierten Proteinen durch Affinitätsreinigungstechnik.
In Säugetierzellen und -pflanzen haben sich Proximity-Labeling-Ansätze (PL) mit modifizierter Ascorbatperoxidase (APEX) oder der Escherichia coli-Biotin-Ligase BirA (bekannt als BioID) als erfolgreich erwiesen, um Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) zu identifizieren. APEX, BioID und TurboID, eine überarbeitete Version von BioID, haben nicht nur wertvolle Technologien, sondern auch einige Einschränkungen. Die kürzlich entwickelte AirID, eine neuartige Version von BioID zur Proximity-Identifizierung in Protein-Protein-Interaktionen, hat diese Einschränkungen überwunden. Zuvor wurde AirID in Tiermodellen eingesetzt, während die aktuelle Studie die Verwendung von AirID in Pflanzen demonstriert, und die Ergebnisse bestätigten, dass AirID in pflanzlichen Systemen besser abschneidet als andere PL-Enzyme wie BioID und TurboID für die Proteinmarkierung, die sich proximal zu den Zielproteinen befinden. Hier finden Sie ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Identifizierung von Proteininteraktionspartnern unter Verwendung AT4G18020 (APRR2)-Proteins als Modell. Die Methoden beschreiben die Konstruktion von Vektoren, die Transformation von Konstrukten durch Agroinfiltration, die Umwandlung von Biotin, die Extraktion von Proteinen und die Anreicherung von Biotin-markierten Proteinen durch Affinitätsreinigungstechniken. Die Ergebnisse kommen zu dem Schluss, dass AirID ein neuartiges und ideales Enzym für die Analyse von PPIs in Pflanzen ist. Die Methode kann angewendet werden, um andere Proteine in Pflanzen zu untersuchen.
Verschiedene zelluläre Proteine arbeiten unter dem biologischen Regulationssystem, und Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) sind ein Teil dieses Systems und die Grundlage vieler zellulärer Prozesse. Neben PPIs wird die Funktion natürlicher Proteine durch verschiedene Modifikationen wie Komplexbildung, Ubiquitinierung und Phosphorylierung posttranslational gefördert. Daher ist die Untersuchung von PPIs wichtig, um die mögliche Funktion von Zielproteinen zu verstehen. PPIs wurden mit verschiedenen Technologien durchgeführt, wie z. B. Massenspektrometrie-Analyse nach Immunpräzipitation (IP-MS-Analyse)1, Hefe-Zwei-Hybrid-System (Y2H)2, auch zellfreie Arrays3. Diese Methoden untersuchten verschiedene wichtige Erkenntnisse im Bereich der Forschung. Diese Methoden haben jedoch einige Nachteile. Zum Beispiel ist Y2H eine zeitaufwändige, teure Strategie, die den Aufbau der Y2H-Bibliothek der Zielspezies erfordert.
Darüber hinaus verwendet die Y2H-Technik Hefe, einen heterologen einzelligen eukaryotischen Organismus, der den zellulären Zustand höherer eukaryotischer Zellen nicht genau widerspiegeln kann. Die IP-MS ist für Proteine mit hoher Hydrophobizität ungeeignet und zeigt eine geringe Effizienz bei der Erfassung schwacher PPIs. Verschiedene essentielle Proteine in Pflanzen, wie z. B. Nukleotid-bindende Domänen- und leucinreiche Repeat-enthaltende (NLR) Proteine und rezeptorähnliche Kinasen (RLKs), werden auf niedrigem Niveau exprimiert und interagieren meist vorübergehend mit anderen Proteinen. Daher ist die Verwendung dieser Methoden nicht ausreichend, um die Mechanismen zu verstehen, die der Regulation dieser Proteine zugrunde liegen3.
Eine neue Technik namens Proximity-Biotinylation (PB) hilft Forschern, PPIs zu identifizieren. PB hängt von PL-Enzymen ab, die an das Protein of Interest (POI) binden, und wenn das Partnerprotein in die Nähe von POI kommt, hängt das PL eine chemische Biotin-Markierung an das Partnerprotein an. Ferner kann das markierte Protein identifiziert werden und kann schnell wissen, welches Partnerprotein an das Zielprotein5 bindet. Frühere Studien haben gezeigt, dass BioID und TurboID erfolgreiche Werkzeuge für PPIs sind, insbesondere in Pflanzen, aber sie haben bestimmte Einschränkungen4. BioID benötigt für die Markierung von Partnerproteinen, die mehr als 16 h dauert, einen hohen Biotingehalt. Im Vergleich zu BioID ist der TurboID vorteilhafter, da er das Protein in 10 Minuten markiert und das Partnerprotein bei Raumtemperatur (RT) markieren kann. Es ist auch unter bestimmten Bedingungen toxisch für Zellen und markiert diejenigen Proteine, die keine Wechselwirkung mit dem interessierenden Protein zeigen.
Um diese Probleme zu überwinden, ist AirID, das von Kido et al. entwickelt wurde, effizienter als die anderen Markierungsenzyme, obwohl die Sequenzähnlichkeit zwischen BioID und AirID5 82 % beträgt. Um die Effizienz von AirID zu überprüfen, haben wir ein Experiment mit einem POI mit bekannten Partnern durchgeführt. Dieses Experiment bestätigte, dass AirID zweifellos assoziierte Proteine in Pflanzenzellen markieren kann. AirID ist ein wertvolles Enzym für die Analyse von PPIs in vitro und in Zellen. Es erzeugt weniger Toxizität und ist weniger fehlerhaft in zeitaufwändigen Prozessen als TurboID, um Nicht-Partner zu markieren, was zum Abtöten der Zelle führt. Es zeigt, dass AirID für die Proximity-Biotinylierung wettbewerbsfähiger ist als andere Markierungsenzyme. Es ist genauer, hat mehr Potenzial für zeitraubende Prozesse und ist in vitro und in lebenden Zellen weniger toxisch. Das aktuelle Protokoll beschreibt die Identifizierung von interagierenden Proteinen von APRR2 unter Verwendung von AirID als PL-Enzym; Darüber hinaus kann die Methode auf andere Proteine angewendet werden, um PPIs in Pflanzenarten zu untersuchen.
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1. Aufbereitung des Pflanzenmaterials
2. AirID-Konstrukt erstellen
3. Aufbereitung kompetenter Zellen
4. Agroinfiltration
5. Entnahme von Proben
HINWEIS: Alle Materialien für die Probenentnahme sollten steril sein, um eine Kontamination mit Keratin zu vermeiden, und alle Protokollschritte sollten in einer kontaminationsfreien Umgebung durchgeführt werden.
6. Gesamtproteinextraktion aus dem Blatt
7. Entsalzungskolonne ausgleichen
8. Waschen von magnetischen Perlen
9. Anreicherung von biotinylierten Proteinen
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Nach bisherigen Forschungen ist das Gurkengen APRR2 das Kandidatengen, das die Farbe weißer, unreifer Früchte steuert8. Hier wurde ein Protokoll entwickelt, das AirID als Proximity-Markierungsenzym verwendet, um das interagierende Partnerprotein von APRR2 in Gurken zu finden. Das Konstrukt wurde auf die Gurkenblätter übertragen, und 36 Stunden nach der Infiltration wurde Biotin übertragen. Nach 48 h wurden die Proben für die Western-Blot-Analyse entnommen, um die erfolgreic...
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Im aktuellen Experiment wurde AirID für die Proximity-Markierung verwendet, die Kido et al. durch einen Algorithmus zur Rekonstruktion von Ahnenenzymen unter Verwendung eines großen Genomdatensatzes und fünf konventioneller BirA-Enzyme entwickelt haben5. Zufällige Mutationen wurden im traditionellen evolutionären Protein-Engineering verwendet, um die Aktivitätzu erhöhen 9,10, da zufällige Mutationen keine dynamischen Sequenzänderu...
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Die Autoren erklärten, dass keine Interessenkonflikte vorlägen.
Diese Arbeit wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Grant No. 32000197 to X.H.), dem Special Financial Grant der China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2019T120467 to X.H.)
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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 |
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