A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול שלב אחר שלב לביצוע ניסוי סימון קרבה (PL) במלפפון (Cucumis sativus L.) באמצעות חלבון AT4G18020 (APRR2)-AirID כמודל. השיטה מתארת בניית וקטור, טרנספורמציה של מבנה באמצעות חדירת אגרו-אין, חדירת ביוטין, מיצוי חלבונים וטיהור חלבונים המסומנים בביוטין באמצעות טכניקת טיהור זיקה.
בתאים ובצמחים של יונקים, גישות סימון קרבה (PL) המשתמשות באסקורבט פרוקסידאז מעובד (APEX) או Escherichia coli biotin ligase BirA (הידוע בשם BioID) הוכיחו הצלחה בזיהוי אינטראקציות חלבון-חלבון (PPIs). APEX, BioID ו- TurboID, גרסה מתוקנת של BioID יש כמה מגבלות בנוסף להיותן טכנולוגיות יקרות ערך. AirID שפותח לאחרונה, גרסה חדשה של BioID לזיהוי קרבה באינטראקציות חלבון-חלבון, התגבר על מגבלות אלה. בעבר, AirID שימש במודלים של בעלי חיים, ואילו המחקר הנוכחי מדגים את השימוש ב- AirID בצמחים, והתוצאות אישרו כי AirID מתפקד טוב יותר במערכות צמחיות בהשוואה לאנזימי PL אחרים כגון BioID ו- TurboID לסימון חלבונים הקרובים לחלבוני המטרה. להלן פרוטוקול שלב אחר שלב לזיהוי שותפים לאינטראקציה עם חלבונים באמצעות חלבון AT4G18020 (APRR2) כמודל. השיטות מתארות בניית וקטור, טרנספורמציה של מבנה באמצעות חדירה חקלאית, טרנספורמציה של ביוטין, מיצוי חלבונים, והעשרה של חלבונים המסומנים בביוטין באמצעות טכניקת טיהור זיקה. התוצאות מסיקות כי AirID הוא אנזים חדשני ואידיאלי לניתוח PPIs בצמחים. השיטה יכולה להיות מיושמת לחקר חלבונים אחרים בצמחים.
חלבונים תאיים שונים פועלים תחת מערכת הבקרה הביולוגית, ואינטראקציות חלבון-חלבון (PPIs) הן חלק ממערכת זו והבסיס לתהליכים תאיים רבים. מלבד PPIs, הפונקציה של חלבונים טבעיים מקודמת לאחר התרגום באמצעות שינויים שונים כגון היווצרות של מורכבות, ubiquitination, ו phosphorylation. לכן, חקר PPIs הוא משמעותי להבנת הפונקציה האפשרית של חלבוני מטרה. PPIs בוצעו באמצעות טכנולוגיות שונות כגון ניתוח ספקטרומטריית מסה לאחר משקעים חיסוניים (ניתוח IP-MS)1, מערכת שמרים דו-היברידית (Y2H)2, גם מערכים מבוססי תאים3. שיטות אלה בחנו ממצאים חיוניים שונים בתחום המחקר. עם זאת, שיטות אלה יש כמה חסרונות; לדוגמה, Y2H היא אסטרטגיה יקרה שגוזלת זמן רב ומחייבת בניית ספריית Y2H של זן היעד.
בנוסף, טכניקת Y2H משתמשת בשמרים, אורגניזם אאוקריוטי חד-תאי הטרולוגי, שלא יכול היה לשקף במדויק את המצב התאי של תאים איקריוטים גבוהים יותר. ה- IP-MS אינו מתאים לחלבונים הידרופוביים גבוהים ומראה יעילות נמוכה בלכידת PPI חלש. חלבונים חיוניים שונים בצמחים כגון תחום קשירת נוקלאוטידים וחלבונים עשירים בלאוצין המכילים חזרה (NLR) וקינאזות דמויות קולטן (RLKs) באים לידי ביטוי ברמה נמוכה ולרוב מתקשרים עם חלבונים אחרים באופן ארעי; לכן, השימוש בשיטות אלה אינו מספיק להבנת המנגנונים העומדים בבסיס הבקרה של חלבונים אלה3.
שיטה חדשה הנקראת ביוטינילציה של קרבה (PB) מסייעת לחוקרים לזהות PPIs. PB תלוי באנזימי PL, אשר נצמדים לחלבון המעניין (POI), וכאשר חלבון שותף מתקרב לנקודת עניין, PL מצמיד תג ביוטין כימי לחלבון השותף. יתר על כן, ניתן לזהות את החלבון המתויג ויכול לדעת במהירות איזה חלבון שותף מתחבר לחלבון היעד5. מחקרים קודמים הוכיחו כי BioID ו- TurboID הם כלים מוצלחים עבור PPIs, במיוחד בצמחים, אך יש להם מגבלות מסוימות4. BioID זקוק לרמה גבוהה של ביוטין לתיוג חלבונים שותפים, תהליך שלוקח יותר מ-16 שעות. בהשוואה ל- BioID, TurboID מועיל יותר מכיוון שהוא מסמן חלבון תוך 10 דקות ויכול לתייג את החלבון השותף בטמפרטורת החדר (RT). זה גם רעיל לתאים בתנאים מסוימים ותיוג אלה חלבונים שאינם מראים אינטראקציה עם החלבון של עניין.
כדי להתגבר על בעיות אלה, AirID, שפותח על ידי Kido et al., יעיל יותר משאר אנזימי התיוג, אם כי דמיון הרצף הוא 82% בין BioID ו- AirID5. כדי לבדוק את היעילות של AirID, ערכנו ניסוי באמצעות POI עם שותפים ידועים. ניסוי זה אישר כי AirID יכול ללא ספק לתייג חלבונים הקשורים בתאי צמחים. AirID הוא אנזים רב ערך לניתוח PPIs במבחנה ובתאים. זה יוצר פחות רעילות והוא פחות שגוי בתהליכים שלוקח זמן מאשר TurboID לתייג שאינם שותפים, מה שמוביל להרג התא. הוא מדגים כי AirID תחרותי יותר מאנזימי תיוג אחרים עבור ביוטינילציה של קרבה. הוא מדויק יותר, בעל פוטנציאל רב יותר בתהליכי גזילת זמן, ופחות רעיל במבחנה ובתאים חיים. הפרוטוקול הנוכחי מתאר זיהוי חלבונים באינטראקציה של APRR2 באמצעות AirID כאנזים PL; יתר על כן, השיטה יכולה להיות מיושמת על חלבונים אחרים כדי לחקור PPIs במיני צמחים.
1. הכנת חומר צמחי
2. ביצוע בניית AirID
3. הכנת תאים מוסמכים
4. חדירה חקלאית
5. איסוף דוגמאות
הערה: כל החומרים לאיסוף דגימות צריכים להיות סטריליים כדי למנוע זיהום קרטין, וכל שלבי הפרוטוקול צריכים להתבצע בסביבה נטולת זיהום.
6. מיצוי חלבון כולל מהעלה
7. איזון עמודת ההתפלה
8. שטיפת חרוזים מגנטיים
9. העשרה של חלבונים biotinylated
על פי מחקרים קודמים, גן המלפפון APRR2 הוא הגן המועמד השולט בצבע פרי לבן לא בוגר8. כאן, פותח פרוטוקול באמצעות AirID כאנזים סימון קרבה כדי למצוא את חלבון השותף של APRR2 במלפפון. המבנה הועבר לעלי המלפפון, ולאחר 36 שעות לאחר החדירה, הועבר ביוטין. לאחר 48 שעות נלקחו הדגימות לניתוח כתמ...
בניסוי הנוכחי, AirID שימש לתיוג קרבה, ש-Kido ועמיתיו פיתחו באמצעות אלגוריתם של שחזור אנזימים קדמונים באמצעות מערך נתונים גנומי גדול וחמישהאנזימי BirA 5 קונבנציונליים. מוטציות אקראיות שימשו בהנדסת חלבונים אבולוציונית מסורתית כדי לשפר את פעילות 9,10 מכ?...
המחברים לא הצהירו על ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '32000197 ל- X.H.), המענק הכספי המיוחד מהקרן הסינית למדע פוסט-דוקטורט (מענק מס '2019T120467 ל- 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