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여기서, β-est AID 시스템을 사용하여 효모 사카로마이세스 세레비시아에 관심 있는 단백질을 효과적이고 구체적으로 고갈시키기 위한 프로토콜을 제시한다.
식물 보조 인 결합 수용체, TIR1, 오신의 존재에 특정 보조 유도 성 degron (AID) 모티프를 포함하는 단백질을 인식, 분해를 대상으로. 이 시스템은 많은 비 식물 진핵생물에서 악용되며, 따라서 AID 모티브로 태그된 표적 단백질이 auxin 첨가시 저하된다. TIR1 표현식의 수준은 매우 중요합니다. 과도한 발현은 보조가 없는 경우에도 AID 태그가 지정된 단백질의 분해를 유도하는 반면, 낮은 발현은 느린 고갈로 이어집니다. β-estradiol 유도성 AID 시스템은 β-estradiol 유도성 프로모터의 제어 하에 TIR1의 발현과 함께 생성되었다. TIR1의 수준은 보조 추가하기 전에 β-estradiol로 배양 시간을 변경하여 튜닝할 수 있습니다. 이 프로토콜은 AID 시스템을 사용하여 표적 단백질을 빠르게 고갈하는 방법을 설명합니다. 적절한 β-estradiol 인큐베이션 시간은 표적 단백질의 풍부에 달려 있다. 따라서 효율적인 고갈은 보조 와 독립적 인 고갈을 최소화하는 최적의 타이밍에 달려 있습니다.
온도에 민감한 돌연변이와 같은 조건부 돌연변이는 필수 단백질 연구를 위한 강력한 도구로, 허용되는 조건하에서 세포 성장을 허용하지만 비관적 조건하에서 기능 의 손실을 일으킵니다. 그러나, 세포 대사는 결함을 유도하는 데 필요한 성장 조건의 변화에 의해 심각하게 교란 될 수 있으며 또한 오프 타겟 효과를 만들 수 있습니다. 관심 있는 단백질이 조건부 1또는 그 발현이 작은 분자의 첨가에 의해2,3조절되는 여러 가지 방법이 개발되었다. 이 프로토콜은 보조 및 보조 유도성 다그론(AID) 시스템을 사용하여 표적 단백질을 효율적으로 고갈시킵니다.
AID 시스템은 식물에서 기원을 가지고 있는데, 여기서 보조(이 프로토콜인돌-3-아세트산(IAA)가 사용됨)은 SCF U3 유비퀴틴 리가제 복합체의 일원인 TIR1과 보조/IAA 단백질의 상호작용을 자극한다4. SCF 복합 상호 작용은 aux/IAA 패밀리 단백질의 폴리유비퀴틴화를 일으켜 프로테아좀5,6에의한 분해를 초래합니다.
이 시스템은 이전에 효모 세포에서 오리자 사티바 (osTIR)에서 TIR1 단백질을 발현하여 효모 사카로마이스 세레비시아7,8에 사용하기 위해 적응되었으며, 여기서 내인성 효모와 상호 작용할 수 있습니다. SCF 복합체. 관심 있는 단백질은 Aux/IAA 단백질 IAA17의 모티브로 태그가 지정되어 분해를 목표로 합니다. IAA17의 기능성 잘림은 나중에 개발되었다,와 같은 AID * 8,9,10,애기장대에서 43 아미노산 auxin 에민감한 모티프를 포함 탈리아절 IAA17, 에피토프 태그를 가능하게 검색.
이 시스템은 초기에 효모7,8에 사용하기 위해 효모 GAL 프로모터로부터 osTIR1 단백질을 발현시켰다. 발현은 단독 탄소 공급원으로 갈락토제와 함께 성장 배지로 이동해야 하며, 이는 불행히도 세포 대사에 대한 광범위한 변화와 함께 디오틱 한 변화를 초래한다11. 한편, TIR1의 구성발현은 발현 수준이 높은 경우 보조/IAA12가 없는 상태에서 표적 단백질의 분해를 유발할 수 있는 반면, 낮은 TIR1 발현은 비효율적인 고갈을 야기하는 것으로 보고되었다. β-est AID라는 개선된 AID 시스템은 osTIR이 세포 대사에 최소한의 영향을 미치면서 표적 단백질에 맞게 조정할 수 있는 유도성 프로모터의 통제하에 있는 개발되었습니다. 이를 달성하기 위해, VP16 바이러스 전사 활성제가 에스트로겐 수용체 및 4개의 Zn 핑거 DNA 결합 도메인(DBD)에 융합되는 인공 전사 인자(ATF)가 구성되었다. β-estradiol(에스트로겐)이 존재할 때, ATF는 핵에 진입하여 프로모터(Z4EVpr)에 결합하여 osTIR 전사를 유도할 수 있다(Z4EVpr)13,12.
osTIR 발현은 일반적으로 β-estradiol12를첨가한 후 약 20분 후에 검출할 수 있다. 그러나, auxin첨가 전에 고갈을 피하면서, 태그된 단백질의 효율적인 고갈을 달성하기 위해 osTIR 발현의 최적 지속 기간은 각 표적 단백질에 대해 경험적으로 결정될 필요가 있다. 이 사전 인큐베이션에 대한 대략적인 시간은 사카로마이세스 게놈 데이터베이스(SGD https://www.yeastgenome.org/)의 풍부한 값으로부터 추정될 수 있다. 도1에서 볼 수 있듯이, 풍부한 단백질인 Dcp1(2880 내지 4189 분자/세포)은 β-estradiol을 사용하여 40분 동안 사전 배양이 필요하며, 보조-독립적인 고갈이 관찰되지 않는다. 훨씬 덜 풍부한 단백질, Prp2 (172 받는 사람 211 분자/세포), 강하게 사전 배양의 단지 20 분 후 고갈. 이 초기 예상 시간 전후10~20분 후의 두 개의 추가 사전 배양 시간을 테스트하는 것이 좋습니다(20분은 권장되는 최소 시간임). 최적의 사전 인큐베이션 시간은 보조를 첨가하기 전에 표적 단백질이 고갈되지 않은 시간이며, 일단 auxin이 첨가되면 고갈이 허용가능하거나 단백질 수준이 가능한 최소에 근접하는 시간입니다. 그래서, 도1b에서, Prp22에 대한 사전 배양의 30 분, 수준은 auxin 추가 후 많은 10 분 감소하지 않았습니다. 추가 고갈이 거의 없는 IAA로 40분 간 배양하고 15분 동안 배양하는 경우, 특히 비보조물의 증거가 있기 때문에 10분 이상 인큐베이션하거나 30분 이상 사전 인큐베이션하는 데 아무런 이점이 없습니다. 40 분에서 의존 고갈. 사전 배양 40분(단백질 수준이 auxin 첨가 전에 약 100%인 마지막 지점)이 있는 Dcp1의 경우, 15-20분의 고갈이 허용됩니다. 세포 대사에 대한 이차적 효과를 줄이기 위해 고갈 시간을 가능한 한 짧게 유지하는 것이 좋습니다14.
이 논문은 auxin을 추가하기 전에 고갈없이 IAA 첨가 시 빠른 표적 단백질 고갈을 달성하기 위해 osTIR 발현을 위한 β-estradiol 인큐베이션의 타이밍을 최적화하여 β-est AID 시스템을 사용하는 방법을 보여줍니다.
참고: 그래픽 요약은 그림 2를 참조하십시오.
1. 변형 준비
2. 고갈에 대한 일반적인 절차
효모 추출물 | 10g |
펩톤 (것)과 같은 | 20 g |
포도 당 | 20 g |
아데닌 황산염 | 40 mg |
H2O ~ | 1L |
고갈의 대표적인 예는 그림1에 표시됩니다. 이 그림에 제시된 3개의 실험은 Prp2, Prp22 및 Dcp1 단백질의 고갈을 위한 최적화 실험이었다. 낮은 풍부도, 스플리케소말 Prp2 및 Prp22 단백질은 β-estradiol을 가진 40 분 사전 배양 후에 20% 이하로 고갈되고 15 분 auxin으로. 배양 전 시간이 길수록 더 빠른 고갈을 초래할 뿐만 아니라 보조를 첨가하기 전에 바람직하지 않은 단백질 고갈을 보일 수도 있습니다. 이에 비해, 더 풍부한 Dcp1은 동일한 치료로 약 30%로 고갈되었지만, 60분의 사전 배양으로 인해 동일한 보조제 처리로 13%까지 고갈되었고, 보조제가 첨가되기 전에 고갈되는 대가를 치렀다. β-estradiol을 가진 사전 배양의 50 분 및 auxin를 가진 15 분은 더 짧은 시점에서 유사한 결과를 달성했을 것이고 그래서 더 최적이었을 것입니다.
도 1: 고갈속도는 β-estradiol 사전 배양 의 지속 시간을 조절하여 조정할 수 있다. 대상 단백질의 서쪽 얼룩18: (a 및 b)Prp22-AID*-6FLAG, (c 및 d)Prp2-AID*-6FLAG, 및 (e 및 f)Dcp1-AID*-6HA, β-est(β-est)로 미리 배양된 배양물에서 20, 30, 40 또는 60 분 전에 auxin 추가12. 동일한 양의 총 단백질을 각 레인에 적재하했습니다. Pgk1은 Pgk1 및 Dcp1이 공동 마이그레이션하는 패널 e를 제외하고 시각적 로딩 컨트롤로 감지됩니다. 패널에서단백질 밴드의 정량화 a, c 및 e는 각각 패널 b, d및 f에 도시된다. 고갈률의 척도로서, 경사(m)는 각 곡선의 선형 단면(초기 값의 100%에서 30%까지)에 대해 계산되었습니다. 최적의 사전 배양 시간은 단백질 수준이 여전히 유도되지 않은 수준 (100%)에 가까운 시간입니다. 그리고 고갈의 후속 속도는 빠릅니다. Dcp1 (f)의 경우, 단백질이 보조제의 부재에서 분해되기 시작했기 때문에 사전 배양 60 분은 너무 길고, 단백질이이 시간 과정에서 현저하게 고갈되지 않기 때문에 20 분은 너무 짧습니다. 40분 간 배양 후, 15분 동안 단백질이 약 70% 고갈되어 사용할 수 있으며, 20분은 추가 고갈을 초래할 수 있지만, 이차 효과도 발생할 수 있습니다. 오차 막대는 두 생물학적 복제물의 표준 편차를 나타냅니다. 각 실험에 대해 하나의 대표적인 얼룩이 도시됩니다. 이 그림은 이전 발행물9에서 파생됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 그래픽 요약. 사전 배양을 시작하기 위해 풍부한 배지와 필요한 온도에서 성장하는 충분한 배양물에 β-estradiol을 추가합니다. 고갈을 시작하기 위해 IAA (보조)를 추가하기 전에 필요한 사전 배양 시간 동안 성장을 계속하십시오. 사전 배양 및 고갈 시간은 고갈되는 단백질에 따라 달라지지만, 사전 배양 시간은 종종 20-60 분의 범위이며 고갈 시간은 일반적으로 10 내지 20 분의 순서로 진행됩니다. g 고갈. 이 견본은 펠릿하고 저장하기 전에 차가운 메탄올에서 급속하게 고정됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: B-est 시스템의 스트레인 생성. (a) AID* 시스템으로 효모 균주를 생성하기 위해, pZTRL(LEU2) 또는 pZTRK(카나마이신(G418) 저항성) 중 하나, 플라스미드가 균주에 도입되어야 하거나, 대안적으로, ATF 및 osTIR을 게놈내로 삽입할 수 있다. 3엔드 프라이머에서 PCR에 의해 생성된 단편의 상동 재조합(그림 3b 및 표 1참조). (b) 표적 단백질의 C 말단 태깅은 플라스미드 pURA3-AID*-6FLAG(pURA3_AID*-6HA는 태그에서만 다르며 정확히 동일한 방식으로 취급될 수 있음)의 적절한 부위의 PCR 증폭에 의해 달성되며, 롱틴 프라이머 S3-F및 S2-R은 표적 단백질의 3' 말단까지 3' 확장이 상동한다. 정방향 프라이머 확장은 AID* 태그가 시작되는 프레임에 마지막 아미노산 코돈이 포함되어야 하며 정지 코동을 포함해서는 안 됩니다. 역방향 프라이머 확장은 코딩 영역의 다운스트림 영역이어야 합니다. 일단 게놈으로 삽입되면, URA3 마커를 분실한 세포 (마커의 양 단부에서 발견되는 동일한 영역 사이 상동 재조합에 의해)는 5-FOA로 성장에 의해 선택될 수 있으며, 이는 URA3 세포를 반대선택한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
a. 프라이머 시퀀스 | |||||||
대상 | 위치 | 뇌관 | 이름 | 시퀀스 | Tm(°C) | ||
pZTRL | 516 | F | pZTRL_F | <-지역 ->GCGACAGCATCACCGACTTCG | 61.23 | ||
7897년 | R | pZTR_R | CGCCGCCTACCTTGCAGA & 상동성의 지역 (RC)-> | 61.30 | |||
pZTRK | 9154 | F | pZTRK_F | <-지역 ->ACGTTGAGATATTATTGCTTGCACC | 59.40 | ||
5897년 | R | pZTR_R | CGCCGCCTACCTTGCAGA & 상동성의 지역 (RC)-> | 61.30 | |||
pURA3-AID*-6FLAG 또는 pURA3_AID*-6HA | F | S3-F | 상동성의 지역 ->CGTACGCTGCAggTCGAC | 59.21 | |||
R | S2-R | ATCGATATTCGAGCTCG & 상동성의 지역 (RC)-> | 52.76 | ||||
pZRTL/K는 β-est AID 시스템을 증폭시키는 것입니다. | |||||||
대상 단백질에 태그를 지정하는 HD3-AID*-6FLAG/6HA로 AID*와 에피토프 태그를 증폭합니다(론틴 시술) | |||||||
상동성의 지역 -> | 시스템을 삽입할 측면 영역과 상동 영역입니다. 이 영역이 길수록 수정이 성공할 가능성이 높습니다. 50 - 100 염기 권장. | ||||||
상동성 (RC)->> | 시스템이 삽입될 측면 영역과 상동영역은 역보수를 사용해야 합니다. 위와 같이 이 영역이 길수록 좋습니다. | ||||||
Tm(°C) | 50 mM NaCl을 가진 %GC 방법을 사용하여 Tm | ||||||
b. PCR 믹스 | |||||||
구성 요소 | 볼륨(μl) | ||||||
템플릿 | <10 | ||||||
NEB 푸시온 HF 버퍼 (5x)* | 100개 | ||||||
포워드 프라이머 100 μM | 2.5 | ||||||
리버스 프라이머 100 μM | 2.5 | ||||||
dNTPs 각 10 mM | 10개 | ||||||
H2O | 최대 500 | ||||||
* NEB 푸시온 GC 버퍼 (5x)도 사용할 수 있지만 바람직하지 않습니다. | |||||||
이 혼합물을 50 μl의 10 튜브로 나누어 각각 혼합하고 표 1 c로 PCR을 수행합니다. | |||||||
아가로즈 젤을 실행하여 PCR이 작동했는지 확인 | |||||||
모든 성공적인 반응을 하나의 튜브와 에탄올 침전물로 결합 | |||||||
PCR에서 생산한 모든 재료로 효모를 변형시킵니다. | |||||||
c. PCR 조건 | |||||||
단계 | 온도(°C) | 시간 | |||||
초기 변성 | 98세 | 30s | |||||
25-35 사이클 | 변성 | 98세 | 10s | ||||
어닐 (것)과 같은 | 45-60 | 20s | |||||
확장 | 72세 | 30 s/kb | |||||
최종 확장 | 72세 | 약 10분 | |||||
개최 | 8개 | ||||||
론틴 프라이머 세트(S3-F 및 S2-R)의 경우 45°C에서 어닐및 pZTRL/K 프라이머의 경우 60°C | |||||||
론틴 PCR의 경우 3분, pZTRL/K의 경우 3분 연장 |
표 1: 프라이머 서열, PCR 혼합 및 PCR 조건.
잘 최적화된 프로토콜은 표적 단백질의 신속하고 효율적인 고갈을 생성할 수 있다. β-estradiol을 가진 대략적인 사전 배양 시간을 결정하는 것은 중요합니다, 이것은 고갈의 재현성을 증가하기 때문에, 그러나 사전 배양 시간에 있는 작은 변이는 허용될 수 있습니다. 다른 한편으로는, 단백질 수준이 아주 급속하게 감소하기 때문에, 주의는 auxin 추가 후에 타이밍으로 주의해야 합니다.
이 접근법의 장점은 β-estradiol 및 IAA 인큐베이션 시간과 사전 배양 시간의 다양한 조합에 의해 조정된 고갈이 달성될 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 원하는 경우, 표적 단백질은 배양 전 시간을 감소시킴으로써 더 느리게 고갈될 수 있다.
β-est AID 시스템은 OsTIR이 구성적으로 표현되는 시스템에 비해 특정 한 이점을 제공합니다. 예를 들어, 표적 단백질이 생존에 필수적인 경우, osTIR의 조절된 발현은 표적 단백질의 조기 고갈을 피할 수 있다. 더욱이, osTIR의 발현은 표적 단백질의 풍부성과 그 저화에 대한 감수성에 맞게 조정될 수 있으며, 고갈은 빠르거나 느릴 수 있다. 두 개의 작은 분자 이펙터, β-estradiol 및 auxin, 여기에 사용되는 조건하에서 효모 대사를 교란하지 않으며, 라파마이신과는 달리, 앵커 어웨이 시스템에 사용되는1.
일부 단백질을 태그하면 기능이 저하되며, 이는 표적 고갈 시스템에 문제가 됩니다. 이 경우 C-터미널 태그가 작동하지 않을 때 N-터미널 태그가 작동할 수 있습니다. 또한, 모든 단백질이 효율적으로 고갈되는 것은 아닙니다. 예를 들어, 표적 단백질에 대한 AID 태그는 osTIR 단백질에 접근할 수 없을 수 있다. 따라서, AID 태깅 후, 각 표적 단백질은 성장에 대한 태그의 임의의 영향에 대해 시험되어야 하며, 고갈이 효과적인지 여부를 결정하기 위해, β-estradiol 사전 배양 및 보조치료의 타이밍이 최적화되기 전에.
이 AID* 시스템은 매우 간단하며 단백질, DNA 또는 RNA 분석 또는 현미경 검사법과 같은 추가 성장을 수반하지 않는 후속 실험 절차와 호환됩니다. 또한, 시스템은 초기 RNA20을정화하기 위해 티오라벨링과 결합될 때 잘 작동한다.
이 시스템은 효모 세포의 대사에 영향을 미치지 않으면서 단백질을 고갈시키는 신속하고 구체적이며 재현 가능한 수단을 제공합니다.
저자는 공개 할 것이 없다.
이 프로그램을 시작하고, 개발을위한 바바라 Terlouw, "우라 루퍼"구조에 대한 바히드 아슬란자데와 많은 유용한 토론을위한 수사나 드 루카스 덕분에. 이 작품은 Consejo Nacional 드 Ciencia y Tecnología, 멕시코 (CONACYT) 및 에든버러 생물 과학 대학, IEM에 웰컴 박사 과정 학생학 [105256]과 웰컴 자금 [104648]에서 GIMO에 장학금에 의해 지원되었다 [104648] JD 베그에 . 세포 생물학을 위한 웰컴 센터에서 일은 Wellcome 코어 자금 조달 [092076]에 의해 지원됩니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adenine sulphate | Formedium | DOC0230 | |
Agar | Formedium | AGA03 | |
Β-estradiol | Sigma Aldrich | E2758-1G | 10 mM solution in ethanol. Store at -20 °C |
DMSO | Alfa Aesar | 42780 | DMSO should be solid at 4 °C |
Glucose | Fisher Scientific | G/0500/60 | |
IAA 1H-Indole-3-acetic acid | Across Orgainics | 122150100 | Auxin analogue. 1.5 M in DMSO. The solution will be a russet colour and darken as time goes on; a deep red solution should be discarded and a new one made. Store at -20 °C. |
Methanol | Fisher Scientific | M/4000/PC17 | CAUTION Toxic and flammable |
Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | NEB | M0530 | |
Peptone | Formedium | PEP03 | |
SCSM single drop-out –ura | Formedium | DSCS101 | |
Yeast Extract | Formedium | YEA03 | |
Yeast nitrogen base without amino acids with amonium sulphate | Formedium | CYN0410 |
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