A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ניתוחים הביוכימי ומבניים של חלבונים glycosylated דורשים כמויות גדולות יחסית של דגימות הומוגנית. כאן, אנו מציגים שיטה כימית יעילה עבור גליקוזילציה בייעודי לאתר של חומרים מטוהרים של חיידקים על ידי מיקוד תיולים Cys תגובתי.
האינטראקציה סטרומה מולקולה-1 (STIM1) הוא סוג-אני טראנסממברנלי הממוקם על רשתית תוך-פלזמית (ER), ממברנות פלזמה (PM). ER-תושב STIM1 מווסת את הפעילות של ערוצי PM Orai1 בתהליך המכונה תאחסן המופעלים סידן (Ca2 +) זהו המנהל Ca2 + איתות התהליך שמניע את התגובה החיסונית. STIM1 עובר post-translational N- גליקוזילציה בשני אתרים Asn luminal בתוך Ca2 + חישה תחום של המולקולה. עם זאת, הביוכימי, biophysical, מבנה השפעות ביולוגיות של N- glycosylated STIM1 היו ממעטים להבין עד לאחרונה עקב חוסר יכולת להשיג בקלות רמות גבוהות של חלבון - glycosylated Nהומוגנית. כאן, אנו מתארים מימוש במבחנה כימית גישה שמתחבר גלוקוז moieties לאתרים חלבון ספציפי, החלים על הבנת ההשפעות הבסיסית של N- גליקוזילציה על מבנה החלבון ואת מנגנון. באמצעות פתרון תהודה מגנטית גרעינית ספקטרוסקופיה לנו להעריך הן יעילות של השינוי, כמו גם את ההשלכות מבנית של הקובץ המצורף גלוקוז עם דוגמה אחת. גישה זו ניתן להתאים בקלות ללמוד את החלבונים glycosylated הרבות המצויים בטבע.
לאחסן המופעלים סידן (Ca2 +) כניסה (SOCE) הוא מסלול מרכזי שבו תאים חיסוניים לקחת את2 + Ca מן המרחב חוץ-תאית לתוך ציטוזול. בלימפוציטים מסוג T, T cell קולטנים הממוקמים על קרום פלזמה (PM) לאגד אנטיגנים אשר להפעיל חלבון טירוזין kinases (נבדקה 1,2,3). מפל זרחון שמוביל ההפעלה של phospholipase-γ (PLCγ) אשר לאחר מכן שמתווכת של הידרוליזה של הממברנה phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate (פיפ2) לתוך diacylglycerol, אינוזיטול 1,4,5-טריפוספט (IP3 ). IP3 הוא שליח diffusible קטן אשר נקשר לקולטנים IP3 (IP3R) על תוך-פלזמית (ER) ובכך לפתוח ערוץ קולטן זה ואישורים Ca2 + לזרום במורד מעבר הצבע ריכוז מחדר המיון לומן ל ציטוזול (נבדקה ב 4). קולטן למנהיגנו לבין חלבון G בשילוב קולטני טירוזין קינאז במגוון של עופרת סוגים אחרים על טמפרמנט רב ועל אי-טמפרמנט תא ייצור זהה של IP3 והפעלה של IP3ר'.
עקב גבולית קה2 + קיבולת האחסון של חדר המיון, ה-IP3-שחרור בתיווך, שנפתח על ידי עלייה Ca cytosolic2 + היא רק ארעי; עם זאת, זו דלדול ER luminal Ca2 + עמוקות אפקטים אינטראקציה סטרומה מולקולה-1 (STIM1), סוג-אני transmembrane (TM) חלבון נמצאו בעיקר על6,7 5,ממברנה ER. STIM1 מכיל מונחה לומן Ca2 + חישה תחום מורכב, זוג EF-יד ו α-מוטיב סטרילי (EFSAM). שלושה תחומים של סליל מפותל cytosolic מונחה מופרדים EFSAM על-ידי קבוצת המחשבים TM יחיד (נבדקה ב 8). בעת מיון luminal Ca2 + התרוקנות, עובר EFSAM 7,oligomerization מצמידים הקשורה9 הגורמת rearrangements מבנית של TM ואת סליל מפותל תחומים 10. שינויים מבניים אלה מסתיימים השמנה של STIM1 ב ER-PM צמתי 11,12,13,14 דרך אינטראקציות עם PM phosphoinositides 15, 16 Orai1 subunits 17,18. Orai1 חלבונים הם subunits PM אשר להרכיב לטופס Ca2 + ערוצי 19,20,21,22. האינטראקציות STIM1-Orai1 ובצמתים ER-PM להקל על פתוח Ca2 + שחרור מופעל Ca2 + (CRAC) ערוץ קונפורמציה המאפשר את התנועה של Ca2 + לתוך ציטוזול מ ריכוזים גבוהים של מרחב חוץ-תאית. בתאי מערכת החיסון, מתמשכת cytosolic Ca2 + שינויי הגובה באמצעות ערוצים CRAC זירוז של Ca2 +- קלמודולין/calcineurin תלויים dephosphorylation של הגורם הגרעיני של תאי-T מופעל, אשר לאחר מכן נכנס לגרעין, מתחיל תעתיק ויסות גנים קידום T-cell הפעלה 1,3. התהליך של CRAC הפעלת הערוץ על ידי 23,STIM124 באמצעות אגוניסט-induced ER luminal Ca2 + הידלדלות שכבת שתיווצר מתמשכת cytosolic Ca2 + גובה קולקטיבי הנקרא SOCE 25. התפקיד החיוני של SOCE של תאי T-מתבטא על ידי מחקרים מדגימים כי מוטציות heritable הן STIM1 והן Orai1 יכול לגרום כשל חיסוני משולבים severe תסמונות 3,19,26, 27. EFSAM יוזם SOCE לאחר חישה Ca ER-luminal2 + דלדול דרך האובדן של Ca2 + תיאום הקנוני EF-היד, המוביל בסופו של דבר האגודה עצמית מצמידים הקשורה 7, 28,29.
גליקוזילציה הוא מצורף קוולנטיות עיבוד של פחמימה # מיון הפחמימות מבנים, הידוע גם בשם glycans, דרך השלבים השונים biosynthetic הוחלף נגזר ER, גולג'י (נבדקה ב 30,32,33). ישנם שני סוגי גליקוזילציה ב פרוקריוטים השולט: N-המקושר ו- O-מקושרים, בהתאם חומצת אמינו ספציפית אטום גישור ניגודים. ב- N- גליקוזילציה, glycans מחוברים את אמיד שרשרת הצד של Asn, ברוב המקרים, שלב החניכה מתרחשת בחדר המיון כמו מפוליפפטיד שרשרת נע לתוך לומן 34. הצעד הראשון גליקוזילציה - Nהוא ההעברה של מבנה ליבה 14-סוכר המורכב גלוקוז (Glc), מנוז (אדם) ו- N- acetylglucosamine (GlcNAc) (קרי Glc3איש9GlcNAc2) ממיון ממברנה השומנים על ידי 35,oligosaccharyltransferase36. צעדים נוספים, כגון מחשוף או העברה של גלוקוז משקעים, הן מזורז בחדר המיון glycosidases ספציפיות, glycosyltransferases. כמה חלבונים להשאיר בחדר המיון ולהעביר גולג'י יכול להיות עוד יותר מעובד 37. O- גליקוזילציה מתייחס התוספת של glycans, בדרך כלל אל קבוצת הידרוקסיל שרשרת הצד של שאריות Ser או חמישי, ומתרחשת שינוי זה לחלוטין ב 33,הגולגי34. ישנם מספר מבנים - glycan Oאשר יכול להיות מורכב של N- acetylglucosamine, fucose, גלקטוז, חומצה sialic עם כל חד-סוכר נוסף ברצף 33.
אמנם אין רצף מסוים זוהה תנאי הכרחי עבור סוגים רבים של O- גליקוזילציה, רצף קונצנזוס נפוצות נמצא קשור N-מקושרים השינוי: Asn-X-Ser/חמישי/Cys, שבו X יכול להיות כל חומצת אמינו רק Pro 33. STIM1 EFSAM מכיל את שני האתרים האלה - גליקוזילציה קונצנזוס N: Asn131-Trp132-Thr133 ו- Asn171-Thr172-Thr173. ואכן, מחקרים קודמים הראו כי EFSAM יכול להיות N- glycosylated בתרבית של תאים ב- Asn131 ו- Asn171 38,39,40,41. עם זאת, מחקרים קודמים ההשלכות של N- גליקוזילציה על SOCE היו incongruent, רומז מדוכא, potentiated או אין השפעה על ידי שינוי זה post-translational על SOCE ההפעלה 38,= "xref" >40,,3941. לפיכך, מחקר על ההשלכות biophysical, ביוכימי, מבניים הבסיסית של EFSAM N- גליקוזילציה חיוני כדי לגלות את ההשפעות הרגולציה של שינוי זה. עקב הדרישה לקבלת רמות גבוהות של חלבונים הומוגנית בניסויים אלה במבחנה , הוחל בגישה סלקטיבית באתר לצרף covalently גלוקוז moieties EFSAM. מעניין, Asn131 ו- Asn171 גליקוזילציה גרם לשינויים מבניים להתכנס בתוך תוכו EFSAM ולשפר את המאפיינים biophysical אשר לקדם בתיווך STIM1 SOCE 42.
הקובץ המצורף כימי של קבוצות glycosyl כדי Cys תיולים כבר ומבוססת על ידי עבודה הזרע אשר שהראו את התועלת של גישה זו ללא אנזים להבנת השפעת גליקוזילציה בייעודי לאתר על תפקוד החלבון 43 , 44. לאחרונה, ובעניין STIM1, משקעי Asn131 ו- Asn171 היו מוטציה כדי Cys ושימש glucose-5-(methanethiosulfonate) [glucose-5-(MTS)] כדי covalently לקישור גלוקוז חופשי תיולים 42. כאן, אנו מתארים גישה זו, אשר לא רק משתמשת מוטגנזה מכוונת לשלב באתר ספציפי Cys שאריות ולשנותן, אלא חל גם פתרון ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית גרעינית (NMR) להעריך במהירות יעילות שינויים מבניים לפליטת כתוצאה גליקוזילציה. ראוי לציין, מתודולוגיה כללית זו ניתנת להתאמה בקלות לחקור את ההשפעות של או O- או N- גליקוזילציה של כל recombinantly מיוצר חלבון.
1. תגובת שרשרת פולימראזית (PCR)-מתווכת מוטגנזה כהכנה לסיפוח Cys לתוך וקטור ביטוי חיידקי pET-28a.
2. מדים 15 ביטוי חלבון התווית על-ידי N BL21 ΔE3 Escherichia coli.
הערה: חומרים שונים דורשים תנאי ביטוי שונה. הבא הוא ההליך ממוטב עבור הביטוי של החלבון STIM1 EFSAM האנושי.
3. טיהור של חלבון רקומביננטי של e. coli.
הערה: חומרים שונים דורשים תהליכי טיהור ברורים. לפניכם הפרוטוקול עבור 6 & #215; מתויג שלו טיהור EFSAM מגופים הכללה הביע מ- pET-28a הבונה.
4. מצורף כימי של גלוקוז-5-MTS לחלבון על-ידי דיאליזה.
5. פתרון NMR הערכה של שנוילפליטת יעילות מבניים ication.
חלבוןהצעד הראשון של גישה זו מחייבת מוטגנזה מכוונת של שאריות גליקוזילציה המועמד אל שאריות Cys אשר ניתן לשינוי באמצעות EFSAM של גלוקוז-5-MTS. יש ללא שאריות Cys אנדוגני, אז אין שיקולים מיוחדים צריכים להיעשות לפני מוטגנזה מכוונת. עם זאת, שאריות Cys יליד חייב להיות מוטציה כדי משקעים שאינם לש...
גליקוזילציה חלבון הוא שינוי post-translational איפה סוכרים covalently מחוברים polypeptides בעיקר דרך קישורים לרשתות בצד חומצת אמינו. כ 50% של יונקים חלבונים הם glycosylated 54, שבו החלבונים glycosylated יכול לאחר מכן יש מגוון רחב של אפקטים מתוך שינוי זיקה מחייבת למערכות ביולוגיות, המשפיעים על חלבון קיפול, שינ?...
מחקר זה נתמך על ידי מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (05239 כדי נשדר), קרן קנדי קרן מחקרים חדשנות/אונטריו (כדי נשדר), קרן סרטן הערמונית להילחם - טילוס נסיעה עבור אבא (כדי נשדר), אונטריו מלגות לתואר שני (כדי Y.J.C. ונ. ס).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Phusion DNA Polymerase | Thermo Fisher Scientific | F530S | Use in step 1.3. |
Generuler 1kb DNA Ladder | Thermo Fisher Scientific | FERSM1163 | Use in step 1.6. |
DpnI Restriction Enzyme | New England Biolabs, Inc. | R0176 | Use in step 1.8. |
Presto Mini Plasmid Kit | GeneAid, Inc. | PDH300 | Use in step 1.16. |
BL21 DE3 codon (+) E. coli | Agilent Technologies, Inc. | 230280 | Use in step 2.1. |
DH5a E. coli | Invitrogen, Inc. | 18265017 | Use in step 1.9. |
0.22 mm Syringe Filter | Millipore, Inc. | SLGV033RS | Use in step 2.3. |
HisPur Ni2+-NTA Agarose Resin | Thermo Fisher Scientific | 88221 | Use in step 3.3. |
3,500 Da MWCO Dialysis Tubing | BioDesign, Inc. | D306 | Use in step 3.8, 3.16, 4.2, 4.5 and 4.6. |
Bovine Thrombin | BioPharm Laboratories, Inc. | SKU91-055 | Use in step 3.9. |
5 mL HiTrap Q FF Anion Exchange Column | GE Healthcare, Inc. | 17-5156-01 | Use in step 3.11. |
Glucose-5-MTS | Toronto Research Chemicals, Inc. | G441000 | Use in step 4.1. |
Vivaspin 20 Ultrafiltration Centrifugal Concentrators | Sartorius, Inc. | VS2001 | Use in step 3.11, 4.2, 4.5 and 4.6. |
PageRuler Unstained Broad Protein Ladder | Thermo Fisher Scientific | 26630 | Use in step 3.7, 3.10 and 3.15 |
HiTrap Q FF Anion Exchange Column | GE Healthcare, Inc. | 17-5053-01 | Use in step 3.12. |
AKTA Pure Fast Protein Liquid Chromatrography System | GE Healthcare, Inc. | 29018224 | Use in step 3.14. |
600 MHz Varian Inova NMR Spectrometer | Agilent Technologies, Inc. | Use in step 5.2 and 5.5. |
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