Concanavalin A-basierter Sedimentationsassay zur Messung der Substratbindung von Glucanphosphatasen

Zusammenfassung

Diese Methode beschreibt einen lektinbasierten in vitro Sedimentationsassay zur Quantifizierung der Bindungsaffinität von Glucanphosphatase und Amylopektin. Dieser Co-Sedimentations-Assay ist zuverlässig für die Messung der Glucan-Phosphatase-Substratbindung und kann auf verschiedene solubilisierte Glucan-Substrate angewendet werden.

Zusammenfassung

Glucan-Phosphatasen gehören zur größeren Familie der Dual-Spezifity-Phosphatasen (DSP), die Glucansubstrate wie Glykogen bei Tieren und Stärke bei Pflanzen dephosphorylieren. Die Kristallstrukturen der Glucan-Phosphatase mit Modell-Glucan-Substraten zeigen unterschiedliche Glucan-bindende Grenzflächen aus DSP- und Kohlenhydrat-bindenden Domänen. Quantitative Messungen von Glucan-Glucan-Phosphatase-Wechselwirkungen mit physiologisch relevanten Substraten sind jedoch grundlegend für das biologische Verständnis der Glucan-Phosphatase-Enzymfamilie und die Regulation des Energiestoffwechsels. Dieses Manuskript berichtet über einen Concanavalin A (ConA)-basierten in vitro Sedimentationsassay, der entwickelt wurde, um die Substratbindungsaffinität von Glucanphosphatasen gegen verschiedene Glucansubstrate nachzuweisen. Als Proof of Concept wurde die Dissoziationskonstante (K_D) der Glucanphosphatase Arabidopsis thaliana Starch Excess4 (SEX4) und Amylopektin bestimmt. Die Charakterisierung von SEX4-Mutanten und anderen Mitgliedern der Glucan-Phosphatase-Familie von Enzymen demonstriert die Nützlichkeit dieses Assays zur Beurteilung der differentiellen Bindung von Protein-Kohlenhydrat-Interaktionen. Diese Daten zeigen die Eignung dieses Assays zur Charakterisierung eines breiten Spektrums von Stärke- und Glykogen-interagierenden Proteinen.

Einleitung

Glucan-Phosphatasen sind Mitglieder einer funktionell vielfältigen Unterfamilie von Dual-Spezifitäts-Phosphatasen (DSPs) innerhalb der Protein-Tyrosin-Phosphatase (PTP)-Superfamilie¹. Sie wurden in den meisten Lebensformen gefunden, einschließlich sehr unterschiedlicher photosynthetischer Organismen, Menschen, Wirbeltieren und einigen wirbellosen Tieren und Protisten ^2,3,4. Pflanzen enthalten drei bekannte Glucan-Phosphatasen: Stärkeüberschuss4 (SEX4), Like Sex Four1 (LSF1) und Like Sex Four2 (LSF2)^5....

Protokoll

1. Herstellung von ConA-Sepharose-Kügelchen

1. Stellen Sie 250 ml eines Bindepuffers her, der 67 mM HEPES (pH 7,5), 10 mM_MgCl2 und 0,2 mM CaCl2_enthält. Stellen Sie den pH-Wert mit 1 M NaOH-Lösung ein.
2. Pipettieren Sie 250 μl ConA-Sepharose-Bead-Suspension in ein 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie den Inhalt bei 10.000 x g für 30 s bei 4 °C. Entsorgen Sie den Überstand.
   HINWEIS: Für jede für den Assay verwendete Amylopektinkonzentration werden 250 μl ConA-Sepharose-Beads in einem 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen benötigt.
3. Geben Sie 750 μl des Bindungspuffers in jedes Röhrchen,....

Ergebnisse

Eines der Hauptmerkmale der Glucan-Phosphatase-Proteinfamilie ist ihre Fähigkeit, an Glucansubstrate zu binden. Zunächst wurde die Bindungskapazität von SEX4 an ConA-Sepharose:Amylopektin-Beads mittels SDS-PAGE analysiert (Abbildung 2A). Rinderserumalbumin (BSA) diente als Negativkontrolle, um eine unspezifische Bindung von Proteinen an die ConA-Sepharose:Amylopektin-Kügelchen nachzuweisen. Die SDS-PAGE-Analyse von Proteinen zeigte das Vorhandensein von SEX4-Protein in der Pelletfraktion.......

Diskussion

Diese Arbeit demonstriert die erfolgreiche Entwicklung eines neuartigen in vitro Sedimentationsassays, der die Bestimmung der Bindungsaffinität von Glucan-Glucan-Phosphatase-Interaktionen ermöglicht. Das Assay-Design nutzt die spezifische Bindung von Lektin ConA an Glucane über die Hydroxylreste der Glukose, um gelöste Kohlenhydratsubstrate indirekt auf Sepharose-Beads einzufangen. Dies ermöglicht die Trennung von gebundenen und ungebundenen Proteinfraktionen durch Zentrifugation und Besti.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
6x-His Tag monoclonal antibody (HIS.H8), HRP	Therm Fisher Scientific	MA1-21315-HRP
Biorad gel electrophoresis and Western blot kit	Biorad	1703930
Calcium chloride	Sigma-Aldrich	208291
C-Digit blot scanner	LICOR	3600-00	Blot scanner
Complete protease inhibitor cocktail	Sigma-Aldrich	11836170001
Concanavalin A-sepharose beads	Sigma-Aldrich	C9017	This product contains  in 0.1 M acetate buffer, pH 6, containing 1 M NaCl, 1 mM CaCl2, 1 mM MnCl2, and 1 mM MgCl2 in 20% ethanol
Centrifuge	Eppendorf	5425R
Glycine	Fisher Scientific	BP381-5
GraphPad Prism 8.0 software	GraphPad	Version 8.0	Data analysis software
HEPES	Sigma-Aldrich	H8651
Image Studio	LICOR	3600-501	Acquisition Software
Magnesium chloride	Sigma-Aldrich	M2670
Methanol	Fisher Scientific	A452SK-4
Sodium dodecyl sulfate	Fisher Scientific	PI28312
Potato amylopectin	Sigma-Aldrich	A8515
Precast SDSPAGE Gels	Genscript	M00653S
Tris base	Fisher Scientific	BP154-1
Tween 20	Fisher Scientific	MP1TWEEN201
Westernsure premium chemiluminescence substrate	LI-COR	926-95000