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Method Article
Simple methods to detect the selective activation of G proteins by G protein-coupled receptors remain an outstanding challenge in cell signaling. Here, Fӧrster resonance energy transfer (FRET) biosensors have been developed by pairwise tethering a GPCR to G protein peptides to probe conformational changes at controlled concentrations in live cells.
Fӧrster 공명 에너지 전달 (FRET)을 연구 GPCR 시그널링 조사 점차 일반화되고있다 기반. 우리의 연구 그룹 Gα 서브 유닛과 아고 니스트 자극 다음 생균의 GPCR의 상호 작용을 검출하기위한 분자 내 FRET 센서를 개발했다. 여기서는 상세히 100 μM의 이소 염산염으로 처리시 β 2 아드레날린 수용체 및 Gαs C 말단 펩티드 사이의 FRET의 변화를 검출하기위한 프로토콜은 이전에 하나의 특징으로서. 우리의 FRET 센서는 전체 길이 GPCR하는 FRET 수용체 형광 (mCitrine)의 직렬로 구성된 하나의 폴리펩티드이며, 응급실 / K 경련 (체계적인 단백질 친 화성 강도 변조) 링커하는 FRET 기증자 형광 (mCerulean) 및 Gα C 말단 펩티드. 이 프로토콜 것이다 상세 세포 준비, 형질 전환 조건, 장비 설치, 분석 실행 및 데이터 분석. 이 실험 설계는 작은 채널을 검출FRET Anges의 단백질 - 단백질 상호 작용을 나타내는, 또한 리간드 GPCR-G 단백질 쌍들에 걸쳐 상호 작용의 세기를 비교하기 위해 사용될 수있다. 신호대 우리의 측정을 향상시키기 위해,이 프로토콜은 모든 단계에서 높아진 정확도를 요구하고, 재현성이 실행 가능하도록 여기에 제시된다.
G 단백질 결합 수용체 (GPCR에)는 일곱 횡단 수용체이다. 인간 게놈 혼자 빛, 냄새 물질, 호르몬, 펩티드, 약물 및 다른 작은 분자를 포함하는 리간드의 다양한에 의해 활성화 된 GPCR, 코딩 약 800 유전자를 포함하고 있습니다. 시장 대상의 GPCR에 현재 모든 의약품의 약 30 %가 많은 질병 상태 2에서 큰 역할을하기 때문이다. 이 수용체 가족에서 수행 광범위한 작업의 수십 년에도 불구하고, 특히 GPCR 이펙터 상호 작용을 유도 분자 메커니즘에 관해서, 분야에서 상당한 뛰어난 질문이 남아있다. 지금까지 단 하나의 고해상도 결정 구조가 β 2 아드레날린 수용체 (β 2-AR)과 G 단백질 (3) 사이의 상호 작용에 대한 통찰력을 제공 간행되었다. 함께 지난 30 년의 광범위한 연구와 함께,이에 중요한 하나의 특정 구성 요소를 반복한다상호 다음 Gα 서브 유닛 C 말단. 이 구조는 GPCR 4 G 단백질 선택 5-6 모두에 의해 G 단백질의 활성화를 위해 중요하다. 따라서, Gα C 말단은 GPCR의 리간드 자극에 선택적 G 단백질의 활성화 사이의 중요한 링크를 제공합니다.
지난 10 년간 연구 된 GPCR은 GPCR의 입체의 하위 집합을 안정화 리간드가 결합하여, 광범위한 구조적인 풍경을 채우는 것이 좋습니다. 결정학, NMR 및 형광 분광법 및 질량 분석법을 포함한 여러 기술은 GPCR 구조적 프리를 조사 할 수 있지만, 이펙터 선택 7의 기능적 의미를 명료하게하기 위해 소수의 방법이있다. 여기서는 G 단백질의 입체 선택적 GPCR을 검출하기 Fӧrster 공명 에너지 전달 (FRET) - 기반 방식을 설명합니다. FRET는 방출 (기증자)이 겹치는 두 형광의 근접 평행 방향에 의존차 여기 (수용체) 스펙트럼 (8). 도너 및 억 셉터는 형광 단백질 구조적 변화 또는 단백질 - 단백질 상호 작용 중 하나의 결과로 서로 가까이 올 때, 그들 사이의 FRET은 증가하고, 방법 (8)의 범위를 이용하여 측정 할 수있다. FRET 기반의 바이오 센서는 GPCR 필드 9에서 널리 사용되어왔다. 이들은 세포 세번째 루프 GPCR C 말단에 도너와 억 셉터를 삽입하여 GPCR의 형태 변화를 조사하기 위해 사용되었다; 센서는 별도로 FRET 쌍 (10)과 GPCR 및 이펙터 (G 단백질 서브 유닛 / arrestins)를 라벨에 의해 GPCR 및 이펙터 상호 작용을 조사하기 위해 설계되었습니다; 일부 센서는 G 단백질 (11)의 구조적인 변화를 감지. 이 바이오 센서는 구조적인 GPCR의 변화와 이펙터, GPCR 이펙터 상호 작용 동력학 및 알로 스테 릭 리간드 (12)를 포함하여 뛰어난 질문의 군중을 요청하기 위해 필드를 사용할 수있다. 우리 그룹작용제 구동 조건에서 G 단백질 특정 GPCR의 입체를 검출 할 수있는 바이오 센서를 만드는 데 관심이 있었다. 이 바이오 센서 (체계적인 단백질 친 화성 강도 변조) (13) 경련라는 최근에 개발 된 기술을 사용합니다. 경련은 유효 농도를 제어하는 ER / K 링커를 사용하여 테 더링 작용하는 단백질 도메인을 포함한다. 형광의 FRET 쌍으로 링커 측면은 단백질 (12) 사이의 상호 작용의 상태를보고 할 수있는 도구를 만듭니다. 이전 1 경련 모듈은 GPCR에 Gα C 말단을 밧줄과 FRET의 형광 물질과의 상호 작용을 모니터링하는 데 사용되었다 mCitrine는 (은 일반적으로 알려진 변형, 노란색 형광 단백질 (YFP), 여기 / 발광 피크에 의해이 프로토콜에서 언급 , 여기 / 발광 피크 475분의 430 ㎚) (은 일반적으로 알려진 변형 시안 형광 단백질 (CFP에 의해이 프로토콜에서 언급) 525분의 490 ㎚) 및 mCerulean. N-에서 C- 말단에, t자신의 유전자 인코딩 된 하나의 폴리펩티드가 포함 전체 길이 GPCR은 수용체 (mCitrine / YFP)를 FRET, 10 나노 ER / K 링커, FRET 도너 (mCerulean / CFP) 및 Gα C 말단 펩티드. 본 연구에서는 센서는 GPCR-링커 길이 Gα 펩타이드로 축약된다. 모든 구성 요소는 각 도메인의 자유 회전을 가능하게하는 구조화 (의 Gly-빼앗아-의 Gly) 4 링커에 의해 분리된다. 이러한 센서의 상세한 특성화는 이전 두 개의 원형의 GPCR을 사용하여 수행 하였다 : 2-AR과 옵신 한 β.
이 센서는 일시적 HEK-293T 세포 존재 또는 리간드의 부재하에 초 (CPS) 당 카운트 임의 단위 FRET 쌍의 형광 계 생균 실험 측정 형광 스펙트럼으로 형질 감염된다. 이러한 측정은 형광 (YFP 최대 / CFP 최대) 사이의 FRET의 비율을 계산하는 데 사용된다. FRET (ΔFRET)의 변화 후 평균 FRET 비율을 감산하여 계산된다리간드 처리 된 샘플의 FRET 비율에서의 치료 샘플. ΔFRET는 (β 2-AR-10 nm의 Gαs 펩티드 2-AR-10 nm의 노 펩타이드를 β없는 대) 구조를 통해 비교할 수 있습니다. 여기서는 상세히 프로토콜은, 실시간 HEK-293T 세포에서 이들 센서를 표현 발현을 모니터링하고, 형광 기반 생균의 설정, 실행 및 분석은 약물 처리 된 조건 대 미처리의 측정을 안달. 이 프로토콜은 100 μM 이소 타르트 레이트로 처리 된 β-AR이 10 nm의 Gαs 펩티드 센서 특정이지만, 서로 다른 GPCR-Gα 쌍과 리간드에 대해 최적화 될 수있다.
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1. DNA 준비
2. 세포 배양 준비
3. 형질 조건
4. 시약 및 장비 준비
그림 2. microcentrifuge 관은 설정 및 치료 샘플에 대한 열 블록 큐벳에 위치 참조 위치 1에 있습니다.; 셀 나누어지는 튜브 2 위치에 있습니다 - 약물 치료 샘플 6. 큐벳 위치 7에; 셀 나누어지는 튜브 위치에있는 8 - 12 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 실험 및 데이터 수집
그림 3. 실험 회로도. 실험에 대한 상세한 단계별 가이드는 최대 및 실행 설정합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
6. 데이터 분석
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실험의 일반화 된 도식 설정 및 실행은 그림 3에 자세히 설명되어 있습니다.
센서의 좁은 다이나믹 레인지의 FRET의 변화를 검출하기 위해, 부착되는 시스템의 뉘앙스에 부착하는 것이 중요하다. 셀 품질이 샘플링에서 단백질 발현뿐만 아니라 일관성에 필수적입니다. 최적 일관성 단층 (10X)에서 성장 배양 된 세포의 1 기능의 이미지를 그림
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이 시스템 FRET 측정 타이트 동적 범위는이 프로토콜의 모든 단계에서 중요한 품질 관리의 필요성을 강화한다. 성공적인 FRET 실험을 보장하기 위해 가장 중요한 단계는 분석을 실행하는 동안 1) 세포 배양, 2) 형질 3) 단백 발현 및 4) 적시 정밀한 조정한다.
셀 건강 관리 / 도금 품질이 불가능 FRET 어떤 일관된 변화를 검출 할 수있는 실험 시스템 불량 셀 건강의 신호 - 대 - 잡음에...
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저자는 더 경쟁 관심이 없음을 선언합니다.
RUM은 미국 심장 협회 (American Heart Association) 전 박사 원정대 (14PRE18560010)에 의해 투자되었다. 연구는 미국 심장 협회 (American Heart Association) 과학자 개발 그랜트 (13SDG14270009) SS에 NIH (1DP2 CA186752-01 및 1-R01-GM-105646-01-A1)에 의해 투자되었다
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
B2-AR-10 nm-Gas peptide sensor | Addgene | 47438 | https://www.addgene.org/Sivaraj_Sivaramakrishnan/ |
GeneJET Plasmid Miniprep Kit | Fermentas/Fisher Sci | FERK0503 | Elute in 2 mM Tris elution buffer |
HEK-293T-Flp-n cells | Life Technologies | R78007 | |
Trypsin (0.25%) | Life Technologies | 25200056 | |
DMEM- high glucose | Life Technologies | 11960-044 | Warm in 37 °C water bath before use |
FBS, certified, Heat inactivated, US origin | Life Technologies | 10082147 | |
Glutamax I 100x | Life Technologies | 35050061 | |
HEPES | Corning | MT25060CL | |
Opti-MEM | Life Technologies | 31985-070 | Reduced serum media; Bring to RT before use |
XtremeGene HP transfection reagenet | Roche | 6366236001 | Highly recommended for its consistency. Bring to RT before use |
FluoroMax 4 | Horiba | Use with FluorEssence V3.8 software | |
3-mm path length quartz cuvette | Starna | NC9729944(16.45F-Q-3/z8.5) | May require cuvette holder/adaptor for use in Fluorometer, available from Starna |
Sc100-S3 Heated Circulating water bath pump | Fisher Scientific | 13-874-826 | Warm to 37 °C before use |
Thermomixer Heat Block | Eppendorf | 22670000 | Warm to 37 °C before use |
Ultrapure DNA/RNAse free water | Life Technologies | 10977015 | Use at RT |
D(+)-glucose, anhydrous | Sigma | G5767 | |
aprotinin from bovine lung | Sigma | A1153 | |
leupeptin hemisulfate | EMD | 10-897 | |
L-ascorbic acid, reagent grade | Sigma | A0278 | |
(-)-isoproterenol (+)-bitartrate | Sigma | I2760 | Use fresh aliquot each experiment |
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