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Le proteine Cognate J-domain cooperano con l'accompagnatore Hsp70 per assistere in una miriade di processi biologici che vanno dal ripiegamento proteico alla degradazione. Qui, descriviamo un analisi di legatura di prossimità in situ, che consente il monitoraggio di questi macchinari chaperone tradotti transitoriamente in cellule batteriche, lieviti e umane.
Le proteine J-domain (JDP) formano la famiglia di co-chaperone più grande e diversificata nelle cellule eucariotiche. Recenti scoperte mostrano che specifici membri della famiglia JDP potrebbero formare eterocomplessi transitori negli eucarioti per perfezionare la selezione del substrato per la proteina da shock termico da 70 kDa (Hsp70) a base di proteine a base di chaperone. I complessi JDP si rivolgono a proteine aggregate indotte da stress acuto/cronico e presumibilmente aiutano ad assemblare i disaggregas reclutando più Hsp70 sulla superficie degli aggregati proteici. L'estensione della rete di controllo della qualità delle proteine (PQC) formata da questi JDP fisicamente interagenti rimane in gran parte non caratterizzata in vivo. Qui, descriviamo un saggio di interazione delle proteine in situ basato sulla microscopia chiamato il saggio di legatura di prossimità (PLA), che è in grado di catturare in modo robusto questi complessi chaperone formati in modo transitorio in compartimenti cellulari distinti di cellule eucariotiche. Il nostro lavoro amplia l'impiego di PLA dalle cellule umane al lievito (Saccharomyces cerevisiae) e ai batteri (Escherichia coli), rendendo così uno strumento importante per monitorare la dinamica degli assiemi proteici formati transitori in entrambi i cellule procariotiche ed eucariotiche.
Una grande quantità di informazioni genomiche rimane incomprensibile a causa della nostra comprensione incompleta degli interactomi cellulari. Le tradizionali metodologie di rilevamento dell'interazione proteina-proteina, come la co-immunoprecipitazioni proteica con/senza il collegamento incrociato chimico e la co-localizzazione delle proteine, sebbene ampiamente utilizzate, rappresentano una serie di svantaggi. Alcuni dei principali svantaggi includono una scarsa quantificazione delle interazioni e la potenziale introduzione di eventi vincolanti non nativi. In confronto, le tecniche emergenti basate sulla prossimità forniscono un approccio alternativo e potente per catturare le interazioni proteiche nelle cellule. Il saggio di legatura di prossimità (PLA)1, ora disponibile come kit proprietario, impiega anticorpi per indirizzare specificamente i complessi proteici in base alla vicinanza delle sottounità interagenti.
Il PLA viene avviato dalla formazione di uno scaffold costituito da anticorpi primari e secondari con piccoli tag di DNA (sonde PLA) sulla superficie del complesso proteico mirato (Figura1, passaggi 1-3). Successivamente, determinata dalla vicinanza dei tag del DNA, una molecola circolare del DNA viene generata tramite ibridazione con oligonucleotidi del connettore (Figura 1, passo 4). La formazione del DNA circolare è completata da una fase di legatura del DNA. Il nuovo pezzo circolare di DNA serve come modello per la successiva reazione a catena di polimerasi (PCR) basata su cerchio rotante (RCA) innescata da uno dei tag oligonucleotidi coniugati. Questo genera una molecola di DNA concatemerica a filamento collegata al complesso proteico tramite lo scaffold degli anticorpi (Figura 1, passo 6). La molecola di DNA concatemerico viene visualizzata utilizzando oligonucleotidi etichettati fluorescentmente che si ibridano a più sequenze uniche sparse nel DNA amplificato (Figura 1, passo 7)2. Il segnale PLA generato, che appare come un punto fluorescente (Figura 1, passaggio 7), corrisponde alla posizione del complesso proteico mirato nella cellula. Di conseguenza, il saggio è stato in grado di rilevare complessi proteici con elevata precisione spaziale. La tecnica non si limita a catturare semplicemente le interazioni proteiche, ma potrebbe anche essere utilizzata per rilevare singole molecole o modifiche proteiche sulle proteine con alta sensibilità1,2.
Hsp70 forma un sistema chaperone altamente versatile fondamentalmente importante per mantenere l'omeostasi cellulare delle proteine partecipando a una serie di puli' e funzioni associate allo stress. Le attività di pulizia del sistema chaperone Hsp70 includono il ripiegamento delle proteine de novo, la traslocazione delle proteine tra le membrane cellulari, l'assemblaggio e lo smontaggio dei complessi proteici, la regolazione dell'attività proteica e il collegamento di diverse proteine che ripiegano/ macchine di controllo qualità3. Lo stesso sistema chaperone ripiega anche proteine misfolded /unfolded, previene l'aggregazione delle proteine, favorisce la disaggregazione delle proteine e collabora con le proteasi cellulari per degradare le proteine piegate in modo errato/danneggiato terminale per facilitare la riparazione cellulare dopo stress proteotossici4,5. Per ottenere questa diversità funzionale, lo chaperone Hsp70 si basa sulla collaborazione con co-chaperones della famiglia JDP e dei fattori di scambio nucleotide (NEF) che perfezionano il controllo allostrico dipendente dall'ATP dell'Hsp70 dell'associazione altrice e del rilascio3, 6. Inoltre, i co-chaperones JDP svolgono un ruolo fondamentale nella selezione di substrati per questo versatile sistema chaperone. I membri di questa famiglia sono suddivisi in tre classi (A, B e C) in base alla loro omologia strutturale al prototipo JDP, l'E. coli DnaJ. I JDP di classe A contengono un N-terminal J-domain, che interagisce con Hsp70, una regione ricca di glicine-fenilalana, una regione di legame del substrato costituito da una regione simile a un dito di zinco (FLR) e due domini a botte z, e un dominio di dimerazione C-terminale. JDP con un N-terminal J-dominio e una regione ricca di glicine-fenilalana, ma mancando la .FLR, rientrano nella classe B. In generale, i membri di queste due classi sono coinvolti nelle funzioni di chaperoning. I membri che rientrano nella classe catchall C, che contiene JDP che condividono solo il dominio J4, reclutare Hsp70 per eseguire una varietà di funzioni non accompagnate. L'importante ruolo dei JDP come "adattatori" di riconoscimento substrato intercambiabile del sistema Hsp70 è riflesso da un'espansione dei membri della famiglia durante l'evoluzione. Ad esempio, gli esseri umani hanno oltre 42 membri JDP distinti4. Questi JDP funzionano come monomeri, omodimeri e/o oligomeri omo/etero4,5. Recentemente, una cooperazione funzionale attraverso la formazione complessa transitoria tra la classe A (ad esempio, H. sapiens DNAJA2; S. cerevisiae Ydj1) e la classe B (ad esempio, H. sapiens DNAJB1; S. cerevisiae Sis1) JDP eucarioti è stato segnalato per promuovere il riconoscimento efficiente degli aggregati di proteine amorfe in vitro7,8. Questi complessi misti di JDP di classe mista si assemblano presumibilmente sulla superficie delle proteine aggregate per facilitare la formazione di proteinea base di Hsp70 e Hsp70-Hsp100 10. Le prove critiche a sostegno dell'esistenza di questi complessi misti jDP di classe transitoria sono state fornite con PLA8.
Il PLA è sempre più impiegato nella valutazione delle interazioni proteiche nei metazoi, principalmente nelle cellule dei mammiferi. Qui, segnaliamo la riuscita espansione di questa tecnica per monitorare i complessi chaperone formati transitori in organismi unicellulari eucarioti e procariotici come il lievito in erba S. cerevisiae e il batterio E. coli. È importante sottolineare che questa espansione evidenzia il potenziale utilizzo di PLA per rilevare e analizzare i microbi che infettano le cellule umane e animali.
1. Preparazione della cella HeLa
2. S. cerevisiae Preparazione cellulare
3. E. coli Preparazione cellulare
4. Saggio di ligazione di prossimità
5. Rilevamento
I nostri precedenti studi in vitro che utilizzano proteine purificate hanno rivelato che un sottoinsieme della classe umana A e dei JDP di classe B formano complessi JDP di classe mista transitori per indirizzare in modo efficiente un'ampia gamma di proteine aggregate e possibilmente facilitare l'assemblaggio di Hsp70-based proteine disaggregases7. Abbiamo impiegato il PLA per determinare se i complessi JDP di classe mista (A-B) si verificano nelle cellule tumorali cervicali umane (HeLa). I JDp um...
Approcci basati sulla co-immunoprecipitazioni e la co-localizzazione sono stati utilizzati come metodi di lunga data per caratterizzare gli assemblamenti proteici. L'individuazione di complessi di chaperone specifici formati in modo transitorio è una grande sfida con tali metodi convenzionali e, di conseguenza, i risultati precedenti sono in gran parte limitati a interpretazioni qualitative. Le tecniche di co-immunoprecipitazionazione basate sulla lisi a base di lisi spesso richiedono il collegamento incrociato per stab...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
NBN è supportato da uno speciale sussidio di reclutamento della Facoltà di Medicina della Monash University infermieristica e scienze della salute con il finanziamento del governo statale di Victoria e del governo australiano. Ringraziamo Bernd Bukau (Università di Heidelberg, Germania) e Harm H. Kampinga (Dipartimento di Scienze Biomediche delle Cellule & Sistemi, Università di Groningen, Paesi Bassi) per il loro inestimabile sostegno e condivisione di reagenti, Holger Lorenz Imaging Facility, Università di Heidelberg, Germania) per il suo sostegno con microscopia confocale ed elaborazione delle immagini, e Claire Hirst (ARMI, Monash University, Australia) per la lettura critica del manoscritto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
37% Formaldehyde | Merck | 103999 | |
Acetone | Sigma-Aldrich | 32201 | |
anti-DNAJA2 antibody | Abcam | ab157216 | |
anti-DNAJB1 Antibody | Enzo Life Sciences | ADI-SPA-450 | |
anti-DnaK antibody | In house | ||
anti-mCherry antibody | Abcam | ab125096 | |
anti-Sis1 Antibody | Cosmo Bio Corp | COP-080051 | |
anti-Ydj1 antibody | StressMarq Biosciences | SMC-150, | |
anti-YFP antibody | In house | ||
Coplin slide-staining jar | Sigma-Aldrich | S5516 | |
Diagnostic slides | Marienfeld | 1216530 | |
DMEM | Thermo-Fischer | 31966021 | |
DuoLink In Situ Detection Reagents Orange | Sigma-Aldrich | DUO92007 | |
DuoLink In Situ Mounting Medium + DAPI | Sigma-Aldrich | DUO82040 | |
DuoLink In Situ PLA Probe Anti-Mouse MINUS | Sigma-Aldrich | DUO92004 | |
DuoLink In Situ PLA Probe Anti-Rabbit PLUS | Sigma-Aldrich | DUO92002 | |
DuoLink In Situ Wash Buffers, Fluorescence | Sigma-Aldrich | DUO82049 | |
Fetal Calf Serum | Thermo-Fischer | 10082147 | |
Lysozyme | Sigma-Aldrich | 62971 | |
Methanol | Sigma-Aldrich | 32213 | |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo-Fischer | 15070063 | |
Poly-L-Lysine | Sigma-Aldrich | P47-07 | |
Sorbitol | Sigma-Aldrich | S7547 | |
Triton-X100 | Merck | 108643 | |
Trypsin | Thermo-Fischer | 25300096 | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
Zymolase 100T / / Lyticase | United States Biological | Z1004 |
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