Method Article
여기에서는 효소 변형 분석을 위해 효모 표면 표시 기질을 사용하기 위한 프로토콜을 소개합니다. 이 플랫폼은 대표적인 효소 변형 분석법으로 기질 중 하나에 대한 티로신 인산가수분해효소 SHP-2의 탈인산화 활성 분석을 사용하여 시연되었습니다.
효모 표면 디스플레이는 단백질 기능에 대한 고처리량 스크리닝을 가능하게 하는 유전자형-표현형 연결 전략입니다. 전통적으로 효모 표면 디스플레이는 새로운 결합 단백질의 진화에 적용되었으며, 결합 강도 수준별로 평가하고 분류하는 데 사용되는 유세포 분석법이 사용되었습니다. 최근에는 유세포 분석으로 판독할 수 있는 표현형을 제공하는 첨가제(예: 인산화) 또는 감산(예: 단백질 분해) 변형을 사용하여 기질 변형체의 효소 변형을 스크리닝하기 위해 효모 표면 디스플레이를 적용하는 것에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이러한 변형은 세포 내 공동 국소화(intracellular co-localization)를 사용하여 정기적으로 적용되지만, 표시된 기질의 세포 외 효소 변형을 달성할 수 있는 능력은 조사에 더 많은 반응을 일으킬 수 있습니다. 여기에서는 효모 표면에 표시된 후보 기질에 대한 세포 외 효소 변형을 위한 스크리닝 분석을 설계 및 적용하고 유세포 분석을 사용하여 후속 평가를 수행하는 기술에 대해 설명합니다. 당사는 인산화효소(phosphatase), 탈인산화(dephosphorylating), 효모, 인산화된 티로신 잔기를 함유한 기질(lumine)의 맥락에서 이러한 프로토콜을 제공하며, 이 적용된 프레임워크가 다른 효소-기질 쌍에 대한 스크리닝 분석을 개발하는 데 어떻게 적용될 수 있는지에 대해 설명합니다.
효소와 효소 표적 간의 상호 작용에 대한 이해는 세포 항상성 및 질병 발병을 제어하는 경로의 생물학적 특성화의 필요성으로 인해 점점 더 흥미로운 연구 분야가 되었습니다 1,2. 효소는 생물학적 생명을 유지하는 많은 반응의 촉매 작용을 담당하며, 세포 대사 3,4,신호 전달5과 같은 필요한 경로를 제어하고, 심지어 게놈 복구6,7와 같은 기본 과정도 조절합니다. 이러한 과정에서의 역할로 인해, 이들의 상호작용은 많은 질병의 발병에도 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 암세포의 활성이 이탈하면 세포 활동의 심각한 조절 장애를 일으켜 세포사멸 또는 해로운 암세포의 증식을 유발할 수 있기 때문입니다2. 효소 활성에 대한 연구는 새로운 치료제 개발에 중요한 응용을 가졌으며 8,9 각 특정 효소-기질 상호 작용10에 맞춤화된 분석이 필요했습니다. 여러 효소 분석법은 이러한 상호 작용의 평가 및 특성화를 위한 표준 프로토콜로 확립되었습니다. 효소 상호작용을 분석하기 위해 개발된 분석법은 활성화/억제11에 대한 결합을 모니터링하는 검출 분석법 또는 효소12에 의한 기질 변형을 모니터링하는 분석법으로 분류됩니다.
효소의 주요 역할 중 하나는 세포의 행동을 조절하는 것입니다. 신호 전달(Signal transduction)은 세포외 유발인자(extracellular trigger) 13에 대한 세포의 세포 내 반응으로, 세포의 생존과 기능에 영향을 미칩니다. 세포 증식, 분화 및 기타 많은 기능적 과정은 모두 이를 관장하는 효소 상호 작용과 함께 신호 경로를 포함합니다14,15. 효소는 번역 후 변형(post-translational modification)을 촉매하는데, 이는 종종 세포외 메시지의 올바른 전달을 담당하는 대규모 신호 전달 네트워크를 조절합니다16. 단백질 인산화(protein phosphorylation)는 가장 일반적인 번역 후 변형(post-translational modification)으로, 세포 신호 전달 및 기타 여러 세포 경로에서 흔히 볼 수 있습니다. 결과적으로, 단백질 키나아제는 중요한 조절 역할로 인해 잠재적인 치료 표적의 중요한 부분으로 부상했습니다17. 인산염 효소는 인산염 기반 세포 신호 복합체18,19에 대한 천연 조절 분자로, 표적 단백질20에서 인산염 잔류물을 제거할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 지난 10년 동안 인산가수분해효소는 여러 세포 유형에서 다운스트림 신호 전달 경로의 조절에 관여하는 암 치료21 및 염증성 질환22의 주요 치료 표적이 되었습니다. 단백질 키나아제(protein kinase)와 인산가수분해효소(phosphatase)는 함께 광범위한 상호작용을 제공하며, 이는 특정 효소 분석 프로토콜의 개발을 통해 연구할 수 있습니다.
효모 표면 디스플레이는 효소 활성의 특성화 및 평가를 위한 도구로 사용되어 왔습니다23,24. 이는 소포체 격리 전략과 결합할 때 번역 후 변형 과정의 스크리닝을 위한 고처리량 플랫폼을 제공합니다25,26. 이를 통해 kinase-substrate pair는 KDEL 수용체27에 대한 결합을 통해 소포체에서 공동 국소화되고 유지될 수 있으며, 여기서 기질의 인산화는 kinase와 그 표적 사이의 근접성으로 인해 증가된 속도로 발생할 수 있습니다. KDEL 수용체 결합은 다른 HDEL 서열25,28보다 더 강한 보유 능력을 갖는 것으로 나타난 C-말단 FEHDEL 소포체 보유 서열에 의해 매개됩니다. 그런 다음 인산화된 기질은 유세포 분석29를 통한 후속 평가를 위해 효모 표면에 고정됩니다. 현재로서는 효모 표면에 표시되는 기질의 효소 변형을 위해 확립된 일반화 가능한 프로토콜은 없습니다. 우리는 세포 외에서 발현된 인산화된 기질 변이체를 활용하고 알려진 인산가수분해효소에 의한 탈인산화를 통해 변형함으로써 효모 표면 디스플레이의 용량을 확장합니다. 그런 다음 유세포 분석 분석은 알려진 인산가수분해효소(phosphatase)를 사용한 배양의 결과로 인한 인산화 중앙값의 변경 측정을 통해 앞서 언급한 기질의 표현형 평가를 위한 플랫폼을 제공합니다. 이는 표면 표시 단백질의 번역 후 변형을 위한 적응 가능한 방법을 제공하는 동시에 효모 표면 디스플레이 플랫폼을 사용할 때 상호 작용의 효소 변형 분석을 위한 방법을 제공합니다.
효모 표면 디스플레이 플랫폼에 kinase-substrate 상호 작용의 도입, 발현된 인산화 기질과 재조합 phosphatase의 공동 배양 및 유세포 분석을 통한 탈인산화 활성의 후속 분석을 설명하는 효소 변형 분석의 개발 및 적용을 위한 기술을 제시합니다. 이 보고서에서 이는 효모 소포체에서 CD28의 세포질 도메인과 림프구 키나아제(LCK)를 공동 국소화한 후 효모 표면에 인산화된 CD28을 표시하고 Src 상동성 영역 2 도메인 함유 인산가수분해효소-2(SHP-2)에 의한 탈인산화를 통해 수행됩니다. 다양한 펩타이드 서열에서 인산화된 티로신 잔기를 검출하는 팬 항인산화티로신 항체(본 연구에서는 4G10)가 인산가수분해효소 처리의 함수로 인산화량 수준의 정량화에 사용됩니다. 상세한 프로세스는 효소-기질 상호 작용을 조사하기 위한 일반화 가능한 접근 방식을 제공합니다. 정제된 방식으로 효소와 기질을 연구하는 전향적 방법.
1. 플라스미드를 품고 있는 효모의 세포 성장과 단백질 발현 유도
2. 4G10 항 포스포티로신 항체의 비오틴닐화
3. 효모 세포 표면에 발현된 기질의 탈인산화
4. 탈인산화된 기질의 세포 라벨링 및 유세포 분석
1,000nM SHP-2 없이(그림 1A) 및 (그림 1B) 2시간 동안 배양된 모델 시스템의 개별 복제에서 유세포 분석 결과, 63.6%의 인산화 차이 중앙값이 63.6%로 나타났으며, 이는 모든 표면 표시 이벤트의 Y축 중앙값(인산화)에서 기준선 인산화 신호를 뺀 값으로 정의되며, 이는 방정식에 설명된 대로 처리된 샘플과 처리되지 않은 대조군 사이의 표시되지 않은 이벤트의 Y축 중앙값으로 정의되었습니다 프로토콜 단계 4.12에 정의되어 있습니다. 중앙값을 분석하기 전에 샘플은 건강한 세포 그룹을 포함하기 위해 크기(Forward Scatter)와 복잡성(Side Scatter)에 따라 게이트를 지정했습니다. 정의된 조건에서 시료 탈인산화는 눈에 잘 띄지 않게 구별할 수 있어야 합니다(그림 1C).
분석은 4가지 주요 방법으로 구성된 간단한 절차로 정의됩니다(그림 2A). 우리가 사용하고 이전에 발표한 효모 표면 디스플레이 시스템은 CD28의 세포질 꼬리와 티로신 키나아제 LCK로 구성된 키나아제-기질 쌍의 동시 유도 발현 능력을 가진 양방향 프로모터를 포함하는 플라스미드를 기반으로 합니다(그림 2B)29. 번역된 단백질의 공동 국소화는 신호 펩타이드를 표적으로 하는 소포체와 C-말단 ER 보유 서열로 인한 체류 시간 증가에 의해 강제되는 번역 후 변형에 의해 지시됩니다. Aga2p에 융합된 인산화된 기질의 분비는 표면 발현을 유도합니다(그림 2C). 기질은 두 개의 에피토프 태그(epitope tag)가 측면에 배치되도록 설계되어 있어 성공적인 번역 및 후속 표면 발현에 대한 세포 외 확인을 할 수 있습니다. 관심 있는 인산가수분해효소(이 경우 티로신 인산가수분해효소 SHP-2)가 포함된 효모 세포를 표시하는 기질을 배양하면 기질 결합 인산염의 감소를 통한 효소 변형을 분석할 수 있습니다(그림 2D).
제시된 모델 시스템에 대해 최적의 조건이 정의되었음에도 불구하고 분석의 일반화 가능성으로 인해 단백질의 다양화를 분석할 수 있습니다. 분석을 위한 최적의 조건은 일련의 적정을 통해 정의되었으며, 여기서 인산가수분해효소의 시간과 농도의 다양한 조합이 4배로 평가되었습니다(그림 3). 분석된 데이터는 복제를 동반한 양방향 ANOVA(p < 0.05)를 통해 통계적 유의성을 보여주었습니다. 2시간 및 1,000nM(48.8% ± 10%)의 선택된 조건은 불균등 분산을 가진 t-테스트 분석을 기반으로 2시간(p < 0.05)에서 750nM의 조건과 비교할 때 통계적 유의성을 유지하면서 약 50%의 중앙값 인산화 차이를 제공했습니다. t-테스트는 또한 대략적인 중앙값 인산화 차이 퍼센트(3h에서 500nM, 750nM 및 1,000nM의 경우 p > 0.05)를 제공하는 농도 중 하나에서 시간을 1시간 증가시킴으로써 2시간 및 1,000nM 결과와 유의미한 차이가 없음을 보여주었습니다.
Tukey HSD 사후 분석에 따르면 모든 농도에서 잠복 기간 간의 모든 평균 비교는 1시간에서 2시간을 제외하고는 유의하게 다릅니다. 테스트된 여러 농도를 비교할 때 250nM을 다른 모든 농도와 비교할 때 통계적으로 유의한 평균 차이만 관찰했으며, 이는 250nM을 제외하고 그룹 내에서 유사한 수준의 인산가수분해효소 활성이 예상됨을 나타냅니다. 샘플을 4시간 및 1,000nM SHP-2에서 처리했을 때 최적 조건(±t-test, p < 0.05)과 비교하여 20%의 차이를 관찰했음에도 불구하고 DTT를 사용한 긴 배양으로 인한 표면 발현 감소 및 효모 건강 저하로 인해 이 조합을 추구하지 않기로 결정했습니다. 우리는 이것이 적절한 SHP-2 인산가수분해효소 기능에 필요한 작동 완충액의 감소 조건에 의해 발생한다는 가설을 세웠습니다.
그림 1: 모델 시스템의 유세포 분석 전방 산란(X축) 대 측면 산란 게이팅(Y축)(왼쪽)을 보여주는 밀도 플롯 및 2시간 동안 배양된 CD28 세포질 도메인의 기질 C-말단 에피토프 태그 라벨링(X축) 대 기질 인산화(Y축)(가운데)를 보여주는 점도표(A) SHP-2 없이 (B) 최적 농도가 1,000nM로 정의됨. Y-Median은 표면 발현 세포(녹색)를 포함하는 정의된 게이트 내에서 상대적 인산화 측정으로만 측정되었습니다. 표시되지 않는 신호 이벤트는 배경 Y-Median 측정(회색)을 정의하기 위해 게이트되었습니다. (C) Y-중앙값에서 명백한 시야 차이를 보여주는 샘플의 점도표 오버레이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 효모 표면의 효소 변형은 단백질을 표시했습니다. (A) 설명된 4가지 방법 내에서 중요한 단계를 보여주는 분석 개략도: 효소 분석을 위한 phosphatase(tan)를 사용한 샘플 준비, 원하는 효소 활성을 위한 배양, 활성 검출을 위한 세포 세척 및 라벨링, 유세포 분석 및 데이터 수집. (B) 효소-기질 쌍의 소포체 격리 및 기질의 표면 발현에 사용되는 카세트의 일반적인 구조를 나타내는 유전자 개략도. (C) 소포체의 그래픽 표현, 키나아제-기질 쌍의 공동 국소화(왼쪽), 효모 표면에 표시되고 표면 발현을 확인하기 위해 항인산성 항체(파란색) 및 항항원결부 태그 항체(분홍색)로 라벨링된 번역 후 변형된 기질의 분비(오른쪽). (D) phosphatase(tan)를 사용한 효모 세포의 배양은 표시된 기질에서 인산기를 제거하여 anti-phosphotyrosine 항체 표지를 방해하고 유세포 분석을 통한 효소 변형 분석을 용이하게 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 인산가수분해효소 활성도 및 시간 적정. 효모 세포는 시간과 인산가수분해효소 농도의 여러 조합에 노출된 후 유세포 분석 분석을 수행했습니다. 처리된 모든 샘플은 SHP-2 없이 동일한 시간 길이 및 완충액 조건에서 배양된 대조군과 비교되었습니다. 퍼센트 중앙값 인산화 차이는 표면 표시 이벤트의 Y-중앙값에서 샘플을 포함하는 SHP-2의 비표시 이벤트에서 Y-중앙값이 제공하는 기준선 노이즈 신호를 뺀 비율로 정의되었으며, 이를 해당 대조군에서 동일한 관계로 나눈 값으로 정의되었습니다. 귀무 가설은 이원 분산 분석(p < 0.05)을 사용하여 시간과 농도 그룹 간의 변화를 비교할 때 유의한 차이가 관찰되면 기각됩니다. 백분율 중앙값 인산화 차이에 대해 설명된 변수의 효과는 서로 독립적입니다(교호작용 p > 0.05). 전체 배양 시간 및 농도 그룹 간의 차이 유의성에 대한 추가 정보를 얻기 위해 사후 분석을 위해 Tukey의 HSD 테스트를 수행했으며, 지정된 시간 및 농도에서 개별 그룹의 통계적 유의성을 정의하기 위해 불균등 분산을 가정하는 일련의 t-테스트를 사용했습니다. 데이터는 4회 반복의 평균 ± 표준 편차로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 효모 성장 및 단백질 유도 배지 준비 지침. 1 L의 선택적 효모 성장 배지, 선택적 효모 단백질 유도 배지 및 효모 추출물 펩톤 덱스트로스 배지를 공식화하기 위해 각 화학 성분에서 필요한 질량에 대한 표 형식의 설명입니다. 설명된 매체가 적절하게 혼합되면 사용하기 전에 필터 멸균하십시오. 선택적 효모 성장 배지 플레이트를 만들기 위한 추가 지침이 포함되어 있습니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 2: 기질 탈인산화 및 항체 라벨링 전략을 위한 권장 시료 준비. 효모 표면에 표시된 인산화된 기질의 효소 변형을 측정하는 데 필요한 샘플에 대한 표 형식의 설명입니다. 샘플 준비 및 다음 항체 라벨링 전략은 라벨링 시약의 해당 희석을 포함하여 필요한 대조군과 분석할 각 샘플 모두에 대해 지정됩니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 3: 항체 대 단백질 과잉 비율 계산. 효모 세포 표면에서 발현되는 단백질당 사용할 수 있는 항체의 이론적 수에 대한 표 형식의 설명이며 유세포 분석을 위해 표지됩니다. 표현된 이론적 수치는 효모 세포의 100%가 항체 과잉을 보장하기 위해 표면에 10,000개의 단백질을 발현한다고 가정하며, 초과 비율 계산은 표에 표시된 시약 재고 농도를 기반으로 하고 공급자로부터 획득합니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 S1: 구성물 카세트의 아미노산 서열. Gal 1-10 프로모터의 양쪽에 위치한 구조체 카세트에 대한 아미노산 서열의 표 표현. 강조 표시된 시퀀스는 색상으로 구분된 설명에 해당합니다. 플라스미드의 Gal-10 측은 이해를 돕기 위해 역 아미노산 서열 번역으로 표시됩니다. 검은색으로 표시된 모든 문자는 구조체에 모듈성을 제공하는 데 사용되는 제한 효소 분해 부위의 아미노산 번역에 해당합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
제시된 프로토콜은 효모 표면에서 단백질의 세포 외 표시를 사용하여 효소 상호 작용을 분석할 수 있도록 합니다. 사용된 표면 디스플레이 플라스미드에 소포체 격리를 통합하면 발생하도록 설계할 수 있는 세포 내 상호 작용으로 인해 효소와 번역 후 변형된 기질 간의 특정 상호 작용을 세포 외에서 분석할 수 있는 능력이 도입됩니다27,29. 효모 표면 표시를 사용하여 이전에 확립된 효소 상호 작용 분석은 관심 단백질의 세포 내 발현을 포함하며, 표면 표시는 표적 단백질 23,25,29 사이에서 발생하는 세포 내 상호 작용을 검출하기 위한 도구일 뿐입니다.
이 프로토콜은 표적 효소 상호 작용을 세포 외 환경으로 이동시켜 해당 플랫폼을 기반으로 하며, 이는 연구할 수 있는 효소와 효소의 활성을 모니터링하는 환경 모두에 추가적인 유연성을 도입합니다. 세포 밖에서 발생하는 연구된 상호 작용은 연구자들에게 효소 활성에 더 최적화되도록 배양 환경을 조정할 수 있는 기회를 제공하며, 심하게 산화되는 환경인 효모 소포체에서 활성을 방해하는 연구를 할 수 있는 효소를 확장할 수 있습니다37. 또한, 주어진 기질에 대한 효소의 농도를 적정하는 능력은 격리 중 가설된 반응 속도 포화로 인해 세포 내에서 수행할 수 없는 특정 효소 활성 분석을 가능하게 합니다.
프로토콜 내에는 원하는 결과를 관찰하기 위해 주목해야 할 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 연구된 구조체를 효모로 성공적으로 변환하는 것은 다음 단계에서 최적의 결과를 얻는 데 필수적입니다. 배양물의 건강한 성장을 추적하고 단백질 유도 또는 시료 전처리 전에 과도하게 증식하지 않도록 하기 위해 광학 밀도를 정확하게 모니터링해야 합니다. 효모 세포 성장의 로그 단계는 단백질 생산이 가장 높은 기간을 포함하는 반면, 정지 단계에서는 단백질 생산을 담당하는 메커니즘이 정지됩니다38. 이 점을 염두에 두고 광학 밀도 측정은 효모 배양이 있는 성장 단계를 정확하게 측정하며, 단백질 유도 및 분석 준비와 같은 단계는 고정상 밖에서 또는 배양이 과도하게 자랄 때(OD600nm < 6) 수행해야 합니다.
효소 변형 분석의 경우, 설명된 배양 환경은 연구된 효소인 SHP-2 및 수행되고 있는 효소 활성인 탈인산화에 특이적이었습니다. DTT는 SHP-234로 배양하는 동안 제공하는 환원 환경을 위해 사용되었습니다. 따라서 샘플과 실험 간의 일관된 효소 활성을 보장하기 위해 효소 분석에서 배양 환경을 수정하는 데 사용되는 화학 물질의 정확한 농도를 측정하는 것이 중요합니다. SHP-2는 재조합 단백질로 사용되었으며, 효소를 처리하는 여러 단계에서 온도를 조절하는 것이 중요합니다. 성공적인 분석을 위해서는 효소가 두 번 이상의 동결-해동 주기를 거치지 않아야 하며 각 샘플을 준비하는 동안 얼음 위에 있어야 합니다. 그런 다음 재조합 효소를 분석 요구 사항을 충족하기에 충분한 부피로 분취해야 합니다. 실제 배양 중에는 효소에 대한 최적의 온도(이 경우 37°C)에서 온도를 엄격하게 제어해야 하며, 배양 혼합물의 균질성을 보장하기 위해 로터에서 지속적으로 움직여야 합니다.
재조합 효소를 사용한 분석을 위한 전반적인 방법은 SHP-2와 표면에 표시된 인산화 기질 사이의 상호 작용에 특이적인 변형이 필요했습니다. 프로토콜을 다른 세포외 효소-기질 상호 작용에 적용하려면 사용된 염기서열, 활성 완충액 환경 및 검출에 사용되는 시약의 수정이 포함됩니다. 다른 kinase-substrate-phosphatase 상호작용을 분석하기 위해, adaptation은 kinase-substrate pair에 대한 단백질 서열을 보충 표 S1에 기술된 construct cassette의 해당 위치로 대체하는 것을 포함합니다. 적어도 관심있는 키나아제의 키나아제 도메인과 함께 기질의 단백질 서열은 플라스미드에 포함되어야 하며, 생성된 인산화기질을 표적으로 하는 인산가수분해효소는 재조합 단백질의 형태여야 합니다. LCK, CD28 및 SHP-2 간의 대표적인 상호 작용은 표적 효소로 세포 외에서 조사할 번역 후 변형 단백질을 생산하기 위한 도구로 구성 카세트에서 설계된 소포체 격리를 사용하는 예를 제공합니다. post-translational modification을 거칠 필요가 없는 관심 기질(예: 추가된 키나아제를 사용하여 세포 외에서 인산화될 수 있는 기질)은 구조체 카세트 내에서 쌍을 이루는 효소 없이 효모 표면에서 발현될 수 있습니다. 이 경우에, 보충표 S1 에 기재된 키나아제에 대한 단백질 서열은 구축물 카세트에 포함되는 기질의 서열만을 가지고 제거될 것이다. 우리는 이전 경험에 비추어 볼 때, 알려진 기질과 세린-트레오닌 키나아제의 공동 국소화로 인해 인산화되지 않은 기질이 표시되었으므로(Ezagui and Stern, 미발표 데이터), 세포외 포스파타아제를 적용하기 전에 성공적인 효소 변형에 대한 엄격한 테스트를 수행해야 합니다. 당사는 이전에 이 적격화 단계39에 도움이 될 수 있는 kinase-substrate co-localization에 대한 프로토콜을 발표했습니다.
Kinase 및 phosphatase는 종종 산화될 때 단백질 내부 또는 단백질 전체에 걸쳐 이황화 결합을 형성하는 짝을 이루지 않은 시스테인 잔기를 함유하고 있으며, 이는 구조적 변화로 인해 단백질의 촉매 활성을 방해할 수 있습니다40,41. 이 단백질 생화학에 대한 이해는 효소 변형을 위한 적절한 반응 환경을 결정하는 데 필수적입니다. 결과적으로, 사용된 재조합 단백질이 활성 상태를 유지하도록 하기 위해 환원제를 배양 환경에 보충해야 합니다. DTT는 이러한 목적으로 사용되는 일반적인 환원제이지만 분석의 농도를 최적화해야 합니다. 너무 높은 DTT 농도를 사용하면 Aga1p 및 Aga2p 앵커가 DTT42의 존재 하에서 감소하는 이황화 결합을 통해 서로 유지되기 때문에 효모 표면에 기판이 표시되는 것을 방해합니다. DTT의 농도는 기질의 표면 디스플레이에 해로운 영향을 미치지 않으면서 상대적인 최대 인산가수분해효소 활성을 허용하는 최소 농도로 조정되었습니다(42). 분석되는 효소에 대한 배양 환경은 이 분석에 사용될 때 효소 활성의 유지를 보장하기 위해 최적화되어야 합니다. 효소가 이 분석에 사용된 0.5mM DTT보다 상당히 강한 환원 환경을 필요로 하는 경우, 플랫폼은 표면 디스플레이의 감소로 인해 제한되며 원하는 특정 효소 분석에 최적이 아닐 수 있습니다. 유사하게, 이 프로토콜의 배양 단계 동안 사용된 2x 완충액은 SHP-2 활성을 촉진하는 허용 가능한 완충액에 대한 선행 연구로부터 포함되었으며, 이 분석에 사용되는 임의의 다른 효소에 대한 배양 완충액을 공식화하기 위해 유사한 연구가 수행되어야 한다34. 이러한 완충액을 만들기 위한 출발점에는 관심 효소의 성공적인 in vitro 적용을 위한 문헌 검색 또는 활성 완충액에 대한 효소 제조업체의 권장 사항이 포함될 수 있습니다. 사용 중인 재조합 효소는 허용 가능한 농도 및 배양 시간을 식별하기 위해 이 분석을 위해 특별히 적정되어야 하며, 이를 통해 데이터 수집 전에 표적 효소 활성이 발생할 수 있습니다.
이 프로토콜을 다른 유형의 효소-기질 상호 작용에 적용하려면 새로운 형광 검출 시약을 선택하고 감도를 위해 적정해야 합니다. 다른 연구에서는 프로테아제 처리 후 펩타이드 기질의 존재 또는 부재를 감지하기 위해 에피토프 태그 표적 항체를 사용하는 것23,25 및 히스톤 단백질에 대한 변형을 감지하기 위해 아세틸화에 민감한 항체를 사용하는 것을 포함하여 이에 대한 예를 입증했습니다43. 이러한 시약을 검증하려면 positive control(관심의 변형을 입증할 수 있는 것)과 negative control(관심의 modification이 없음을 입증할 수 있는 것)을 설정해야 합니다. 이는 이전에 관심 변형을 입증한 구조체의 효모 표면 표시를 통해 수행될 수 있으며, 경우에 따라 재조합 단백질 또는 펩티드의 고정화를 통해 확립될 수 있습니다. 예를 들어, 인산화(및 관심있는 다른 많은 번역 후 변형)의 경우, 알려진 서열의 펩타이드는 포스포티로신(양성 대조군) 또는 변형되지 않은 티로신(음성 대조군) 및 스트렙타비딘 코팅 비드에서 펩타이드의 고정화를 가능하게 하는 C-말단 비오틴과 합성할 수 있습니다. 펩타이드로 코팅된 비드는 변형 특이적 항체로 라벨링할 수 있으며 섹션 4에 설명된 것과 유사한 방법으로 유세포 분석을 사용하여 검출의 특이성 및 민감도를 평가할 수 있습니다. 항체의 다양한 희석액을 사용하여 양성 대조군의 최대 신호, 음성 대조군의 최소 신호를 제공하고 변형된 단백질당 충분한 항체 폴드 과잉(4.1단계의 메모에 있는 방정식 사용)과 얻은 항체 분취액당 수행할 실험 수에 대한 경제적 고려 사항의 균형을 유지하는 농도를 찾아야 합니다.
세포 외 효소 활성 분석을 위해 효모 표면 디스플레이 플랫폼의 용이성을 조정하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다. 이 방법은 배양 중 재조합 SHP-2에 의해 탈인산화되도록 효모 표면에 표시된 인산화된 CD28을 사용하여 시연되지만 사용되는 작업 완충액 및 효소-기질 쌍의 변형을 통해 많은 유형의 효소 변형에 대해 일반화할 수 있습니다.
저자는 이 작업과 관련하여 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 작업은 L.A.S.(CBET - 2339172)에 대한 NSF CAREER 상과 사우스 플로리다 대학교의 스타트업 펀드의 지원을 받았습니다.
그림 2A에서 Servier https://smart.servier.com/ 의 microtube-open-translucent 아이콘은 CC-BY 3.0 Unported https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ 에 따라 라이선스가 부여됩니다. 변형에는 완충액과 효모 세포의 추가(왼쪽)와 항체의 추가(가운데-오른쪽)가 포함됩니다.
그림 2A의 시험관, 인큐베이터 및 유세포 분석기는 개방형 액세스의 www.bioicons.com 통해 제공되었습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 L Media Bottles | Corning | 06-414-1D | |
1.7/2.0 mL Microtubes | Axygen | MCT-175-C | |
10 µL SureOne Pipet Tips | Fisher Scientific | 02-707-438 | |
1000 µL SureOne Pipet Tips | Fisher Scientific | 02-707-408 | |
12 mL Polystyrene Round-Bottom Tubes | Greiner | 07-000-212 | |
3 mL platic Cuvettes | BRAND | 759076D | |
300 µL SureOne Pipet Tips | Fisher Scientific | 02-707-411 | |
5 mL Serological Pipettes | Fisher Scientific | 13-678-11D | |
Acid Casein (Casamino Acids) | Fisher Scientific | BP-1424-500 | |
Analytical Balance | Mettler Toledo | 30243397 | |
Bacteriological Petri Dish | Corning | Falcon 351008 | |
Biosafety Cabinets | Labconco | Logic Class II, Type A2 302310102 | |
Biospectrometer | Eppendorf | Kinetic 6136000010 | |
Bovine Serum Albumin | Fisher bioreagents | BP1600-100 | |
Citric Acid | Fisher Scientific | A940-500 | |
CytoFLEX Flow Cytometry Analyzer | Beckam Coulter | Cytoflex C09745 | CytExpert software |
Dextrose | Fisher Scientific | D16-1 | |
Dithiothreitol | Fisher bioreagents | BP172-5 | |
Donkey anti-goat FITC | Invitrogen | A16000 | |
EDTA | Alfa Aesar | H56165.30 | |
Ez-Link PEG4-NHS-Biotin | Thermo Scientific | A39259 | |
Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit | Zymo Research | T2001 | |
Galactose | Fisher Scientific | BP656-500 | |
General Purpose Refrigerator | Marvel Scientific | MS24RAS4RW | |
Goat anti-myc tag antibody | Bethyl | A190-104A | |
Mictrotube Centrifuge | Eppendorf | 5425 R 5406000313 | |
Mini Low Temperature Refrigerated Incubator | Fisher Scientific | 15-015-2632 | |
Mouse anti-phosphotyrosine antibody 4G10 | BioXcell | BE0194 | |
Parafilm M | Bemis | M PM999 | |
Phosphate Buffered Saline | Fisher bioreagents | BP399-500 | |
Pipette Controller | Eppendorf | easypet 3 4430000018 | |
Raffinose | Thermo Scientific | J21060-36 | |
Recombinant human Active SHP-2 Protein | R&D Systems | 1894-SH | |
Refrigerated Centrifuge | Eppendorf | 5910 R | |
Saccharomyces cerevisiae yeast surface display strain EBY 100 | ATCC | MYA-4941 | |
Shaker Incubator | Eppendorf | M1335-0002 New Brunswick Innova 42 | |
Single Channel Pipette Set | Eppendorf | 05-403-151 | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S671-500 | |
Sodium Citrate Dihydrate | Fisher Scientific | S279-500 | |
Sodium Phosphate Dibasic Heptahydrate | Fisher Scientific | S373-500 | |
Sodium Phosphate Monobasic Monohydrate | Fisher Scientific | S468-500 | |
Streptavidin Alexa Fluor 647 | Invitrogen | S32357 | |
Top Loading Balance | Mettler Toledo | ||
Tris hydrochloride | EMD Millipore | 648317-100GM | |
Tube revolver rotator | Fisher Scientific | 11-676-341 | |
Weighing Paper | Fisher Scientific | 09-898-12B | |
Yeast Nitrogen Base | BD Difco | 291940 | |
Zeba Spin Desalting Columns | Thermo Scientific | 89883 |
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