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Summary

As interações proteína-proteína são importantes para elucidar a função das proteínas-alvo, e a co-imunoprecipitação (co-IP) pode facilmente confirmar os IBPs. Transfectamos transitoriamente um plasmídeo que codifica uma proteína marcada com epítopo em células HEK-293 e desenvolvemos um método de imunoprecipitação para confirmar facilmente a ligação de duas proteínas-alvo.

Abstract

As interações proteína-proteína (PPIs) desempenham um papel fundamental em fenômenos biológicos, como organização celular, transdução de sinal intracelular e regulação transcricional. Portanto, entender os IBPs é um ponto de partida importante para uma investigação mais aprofundada da função da proteína-alvo. Neste estudo, propomos um método simples para determinar a ligação de duas proteínas-alvo, introduzindo vetores de expressão de mamíferos em células HEK-293 usando o método de polietileminina, lisando as células em tampão de lise de proteína caseiro e puxando para baixo as proteínas-alvo em um gel de afinidade de etiqueta de epítopo. Além disso, o PPI entre as várias proteínas fundidas da etiqueta de epítopo pode ser confirmado usando anticorpos de afinidade contra cada etiqueta em vez do gel de afinidade da etiqueta de epítopo. Este protocolo também pode ser usado para verificar vários PPIs, incluindo extratos nucleares, de outras linhagens celulares. Portanto, pode ser usado como um método básico em uma variedade de experimentos de PPI. As proteínas se degradam por um longo curso de tempo e ciclos repetidos de congelamento e descongelamento. Portanto, a lise celular, a imunoprecipitação e o immunoblotting devem ser realizados da forma mais perfeita possível.

Introduction

As proteínas desempenham um papel importante em todas as funções celulares, incluindo processamento de informações, metabolismo, transporte, tomada de decisão e organização estrutural. As proteínas medeiam suas funções interagindo fisicamente com outras moléculas. As interações proteína-proteína (PPIs) são importantes para mediar as funções celulares, como mediar a transdução de sinal, detectar o ambiente, converter energia em movimento físico, regular a atividade de enzimas metabólicas e de sinalização e manter a organização celular1. Assim, os IBPs podem ser usados para elucidar funções desconhecidas2. Os métodos de detecção de IBPs podem ser classificados em três tipos: in vitro, in vivo e in silico. Co-imunoprecipitação (co-IP), cromatografia de afinidade, purificação de afinidade em tandem, matrizes de proteínas, exibição de fagos, complementação de fragmentos de proteínas, cristalografia de raios-X e espectroscopia de ressonância magnética nuclear têm sido usadas para detecção in vitro de IBP3. Dentre esses métodos, o co-IP é amplamente utilizado devido à sua simplicidade.

A tag de fusão FLAG consiste em oito aminoácidos (AspTyrLysAspAspAspAspAspLys: DYKDDDDK), incluindo um local de clivagem da enteroquinase, e foi projetada especificamente para cromatografia de imunoafinidade4. As proteínas marcadas com DYKDDDDK são reconhecidas e capturadas usando um anticorpo anti-DYKDDDDK. Portanto, eles são eficientemente puxados para baixo usando grânulos de agarose de ligação DYKDDDDK5 para confirmar sua ligação a proteínas específicas de maneira simples. A imunoprecipitação pode ser realizada em uma variedade de células, e uma ampla gama de IBPs pode ser confirmada usando anticorpos contra a proteína de interesse. Imunoprecipitação e eluição de peptídeos com grânulos de agarose anti-DYKDDDDK foram relatados anteriormente5.

Aqui, fornecemos um método simples de imunoprecipitação no qual um plasmídeo que codifica uma proteína marcada com DYKDDDDK é introduzido transitoriamente em células HEK-293 para confirmar a associação de duas proteínas de interesse. Certos anticorpos DYKDDDDK podem se ligar ao terminal N e ao terminal C das proteínas de fusão, mas não a outros6. Portanto, para evitar confusão, o anticorpo que reconhece a etiqueta fundida aos terminais N e C deve ser escolhido. Ao inserir uma etiqueta de epítopo, pode ser possível evitar mudanças conformacionais na proteína inserindo de 3 a 12 pares de bases entre a etiqueta de epítopo e a proteína alvo. No entanto, a sequência inserida deve ser um par de bases em múltiplos de 3 para evitar o deslocamento de quadros.

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Protocol

A Figura 1 apresenta uma visão geral do protocolo.

1. Preparação de soluções e tampões

  1. Tampão de lise de proteínas: Prepare o tampão de lise de proteínas seguindo um relatório publicado anteriormente7 (Tabela 1).
  2. Tampão de lise de proteína + inibidor de protease (PI): Adicione o inibidor de protease (consulte a Tabela de Materiais) ao tampão preparado acima (etapa 1.1). Conservar a -20 °C.
  3. Tampão de amostra: Misture 900 μL de tampão de amostra 4x Laemmli (consulte a Tabela de Materiais) e 100 μL de 2-mercaptoetanol. Conservar a -20 °C.
  4. Solução salina tamponada com fosfato (PBS) com monolaurato de polioxietileno (20) sorbitano (PBS-P): Misture 1,998 L de PBS e 2 mL de monolaurato de polioxietileno (20) sorbitano (ver Tabela de Materiais). Armazene em temperatura ambiente.
  5. 1x tampão Tris/Glicina/SDS: Misture 450 mL de DDW e 50 mL de 10x Tris/Glicina/SDS. Prepare em temperatura ambiente no dia do uso.

2. Transfecção de plasmídeo

  1. Cultive células HEK-293 em um prato revestido de colágeno de 10 cm para subconfluência (80% -95%) usando meio de águia modificado de Dulbecco contendo 10% de soro fetal bovino e 1% de penicilina-estreptomicina (10.000 unidades / mL de penicilina G e 10.000 μg / mL de estreptomicina) (ver Tabela de Materiais).
  2. Prepare 1-10 μg de plasmídeo7 a ser transfectado por placa e faça uma mistura de transfecção. Adicionar 150 mM de NaCl a um volume final de 250 μL por placa. Vortex e gire a mistura.
  3. Adicione 60 μL de 1 mg / mL de polietilenimina (PEI, consulte a Tabela de Materiais) por prato, seguido de 150 mM de NaCl a um volume final de 250 μL de solução de PEI.
  4. Adicione a solução PEI à mistura de transfecção para fazer uma solução mista. Imediatamente vórtice (na velocidade máxima por 3-5 s, execute o mesmo depois disso) e gire para baixo.
  5. Incube em temperatura ambiente por 15-30 min. Durante esse tempo, mude o meio das células HEK-293.
  6. Polvilhe 500 μL / prato de solução misturada em todo o prato de células HEK-293 e incube durante a noite (13-14 h).
  7. Realize a troca média no dia seguinte.

3. Lise celular e preparação de amostras

NOTA: Para evitar a degradação da proteína, as etapas subsequentes devem ser realizadas sem preservação ou congelamento e descongelamento da amostra, tanto quanto possível.

  1. Aproximadamente 48 h após a transfecção, lave as células três vezes com PBS gelado, adicione 500 μL / prato de tampão de lise de proteína + PI e colete as células por raspador de células e uma pipeta em um tubo com baixa adsorção de proteínas no gelo.
  2. Vortex a cada 5 min e incubar as amostras no gelo por 10 min.
  3. Centrifugue a 16.400 x g por 10 min a 4 °C. Recolha o sobrenadante e transfira-o para um novo tubo de 1,5 ml com baixa adsorção de proteínas. As amostras podem ser armazenadas a -80 °C.
  4. Determine a concentração de proteína das amostras com um kit de medição de concentração de proteína de acordo com o protocolo do fabricante (consulte a Tabela de Materiais).
  5. Separe 200-1000 μg da mesma quantidade de proteína em cada amostra e, em seguida, adicione tampão de lise de proteína + PI para ajustar o volume total para 500-1000 μL.
    NOTA: As etapas a seguir são executadas no gelo.

4. Preparação da pasta

NOTA: Prepare uma pasta 1:1 de gel de proteína G e gel de afinidade de etiqueta de epítopo no dia anterior ou no dia da imunoprecipitação.

  1. Preparação de um gel de proteína G
    1. Usando uma ponta com a extremidade cortada, misture bem e separe o gel de proteína G (consulte a Tabela de Materiais) de modo que 20 μL de grânulos por amostra sejam preparados.
    2. Centrifugue a 12.000 x g por 20 s a 4 °C e coloque os grânulos no gelo por 1 min para permitir que os grânulos se nivelem. Descarte o sobrenadante usando uma pipeta.
    3. Adicione 1 mL de tampão de lise de proteína + PI ao gel de proteína G preparado na etapa 4.1.2 e misture batendo e invertendo. Centrifugue a 12.000 x g por 20 s a 4 °C, coloque os grânulos no gelo por 1 min para permitir que os grânulos se nivelem e descarte o sobrenadante.
    4. Repita a etapa 4.1.3 três vezes.
    5. Adicione um volume igual de tampão de lise de proteína ao gel de proteína G para fazer uma pasta de gel de proteína G 1:1. A pasta de gel de proteína G pode ser armazenada a 4 °C por aproximadamente 1 dia.
  2. Preparação de um gel de afinidade de etiqueta de epítopo
    1. Usando uma ponta com a extremidade cortada, agite bem e separe o gel de afinidade da etiqueta de epítopo (consulte a Tabela de Materiais) de modo que 10-15 μL de grânulos por amostra sejam preparados.
    2. Centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 °C e aguarde 1 min no gelo para permitir que os grânulos se nivelem. Descarte o sobrenadante usando uma pipeta.
    3. Adicione 1 mL de tampão de lise de proteína + PI ao gel de afinidade de tag de epítopo preparado na etapa 4.2.2 e misture batendo e invertendo. Centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 ° C, coloque os grânulos no gelo por 1 min para permitir que os grânulos se nivelem e descarte o sobrenadante com uma pipeta.
    4. Repita a etapa 4.2.3 duas vezes.
    5. Adicione 500 μL de glicina 0,1 M (pH 3,5) ao gel de afinidade da etiqueta de epítopo preparado na etapa 4.2.4 e misture batendo e invertendo. Esta etapa é realizada para remover anticorpos livres de marcação de epítopos. Dentro de 20 minutos após a adição de glicina, centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 ° C, coloque as esferas no gelo por 1 minuto para permitir que as esferas se nivelem e descarte o sobrenadante.
    6. Adicione 500 μL de tampão de lise de proteína + PI ao gel de afinidade de etiqueta de epítopo preparado na etapa 4.2.5 e misture batendo e invertendo. Centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 ° C, coloque os grânulos no gelo por 1 min para permitir que os grânulos se nivelem e descarte o sobrenadante.
    7. Repita a etapa 4.2.6 três vezes.
    8. Adicione um volume igual de tampão de lise de proteína ao gel de afinidade de etiqueta de epítopo para preparar uma pasta de gel de afinidade de etiqueta de epítopo 1:1. A pasta de gel de afinidade de etiqueta de epítopo pode ser armazenada a 4 °C por aproximadamente 1 dia.

5. Pré-limpeza com o gel de proteína G e captura de complexos proteicos com o gel de afinidade de etiqueta de epítopo

  1. Misturar a pasta de proteína G 1:1 (preparada no passo 4) com uma pipeta equipada com uma ponta cortada e adicionar 40 μL de cada vez à amostra.
  2. Girar a amostra durante 1 h num rotador (ver Tabela de Materiais) em cerca de 30 s por ciclo numa câmara frigorífica (4 °C).
  3. Centrifugue a 12.000 x g por 20 s a 4 °C e coloque os grânulos no gelo por 1 min para permitir que os grânulos se nivelem.
  4. Colete o sobrenadante e transfira-o para um novo tubo de 1,5 ml com baixa adsorção de proteínas.
  5. Separe a amostra para entrada da amostra na etapa 5.4 e transfira-a para um novo tubo de 1,5 mL.
  6. Adicione 20-30 μL de pasta de gel de marcação de epítopo 1:1 à amostra.
  7. Girar sobre um rotador durante cerca de 30 s por ciclo numa câmara frigorífica (4 °C) durante 2 h.
  8. Adicione o tampão de amostra à entrada preparada na etapa 5.5 para diluí-la a 4x e aqueça a 98 ° C por 10 min. A entrada pode ser armazenada a -80 °C.
    NOTA: Devido à possibilidade de degradação da proteína devido ao congelamento e descongelamento, as etapas subsequentes devem ser realizadas sem preservar a proteína o máximo possível.

6. Lavagem e eluição das proteínas precipitadas

  1. Defina a temperatura do bloco de calor para 98 °C.
  2. Centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 °C e aguarde 1 min no gelo para permitir que os grânulos se nivelem. Descarte o sobrenadante usando uma pipeta.
  3. Adicione 1 mL de tampão de lise de proteína + PI e misture batendo e invertendo. Girar sobre um rotador durante cerca de 30 s por ciclo numa câmara frigorífica (4 °C) durante 5 min. Centrifugue a 5.000 x g por 30 s a 4 °C, aguarde 1 min no gelo para permitir que os grânulos se nivelem e descarte o sobrenadante.
  4. Repita a etapa 6.3 5-10 vezes.
  5. Adicione 10 μL de tampão de amostra à amostra preparada na etapa 6.4. Ferva a 98 °C por 10 min.
  6. Centrifugue a 5.000 x g a 4 °C por 30 s.
  7. Coloque uma coluna em um novo tubo com baixa adsorção de proteínas e transfira o gel para a coluna usando uma pipeta com ponta cortada. Uma coluna é usada para evitar a contaminação do gel.
  8. Centrifugue a 9.730 x g por 1 min a 4 °C. Colete o fluxo. A amostra pode ser armazenada a -80 °C.
    NOTA: Se a degradação da amostra for uma preocupação, o seguinte immunoblotting deve ser realizado sem congelamento.

7. Immunoblotting

NOTA: Os procedimentos de immunoblotting são baseados em relatos anteriores 7,8.

  1. Carregue amostras inteiras em um gel de poliacrilamida dodecil-sulfato de sódio (SDS-PAGE, consulte a Tabela de Materiais).
    NOTA: Se necessário, use géis de poços grandes para que toda a amostra possa ser transferida. Géis com poços de 50 μL foram usados aqui.
  2. Coloque os géis na câmara de eletroforese e adicione 1x tampão Tris/Glicina/SDS (consulte a Tabela de Materiais) até o volume apropriado ao redor dos géis.
  3. Géis eletroforese a 100 V e 400 mA.
  4. Transfira para membranas de fluoreto de polivinilideno (PVDF, consulte a Tabela de Materiais).
  5. Bloqueie os borrões de membrana de PVDF com 5% de leite desnatado em PBS-P por 1 h em temperatura ambiente.
  6. Lave a membrana três vezes com PBS-P em um shaker em velocidade máxima por 5 min. Execute o mesmo procedimento depois disso ao lavar.
  7. Incubar durante a noite num agitador com o anticorpo primário (ver Tabela de Materiais) a 4 °C.
  8. Lave a membrana três vezes com PBS-P no dia seguinte.
  9. Incubar durante 1 h com o anticorpo secundário num agitador à temperatura ambiente.
    NOTA: Se o peso molecular da proteína-alvo estiver próximo da cadeia pesada de IgG, que tem um peso molecular de cerca de 50 kDa, um anticorpo secundário específico da cadeia leve pode ser usado para evitar a sobreposição da banda alvo com a cadeia pesada de IgG. Este estudo usou anticorpos específicos de cadeia leve7 ou Veriblot como reagente de detecção de IP (ver Tabela de Materiais).
  10. Identifique bandas de proteínas com substratos luminescentes de peroxidase. A membrana pode ser guardada em PBS após lavá-la duas vezes com PBS-P.
  11. Descasque por 10 min com uma solução de decapagem (consulte a Tabela de Materiais).
  12. Lave três vezes e bloqueie com 5% de leite desnatado em PBS-P. O protocolo posterior é o mesmo da etapa 7.6 em diante.

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Results

Os adipócitos termogênicos, também conhecidos como adipócitos marrons e bege, têm potenciais efeitos antiobesidade e anti-intolerância à glicose. O domínio 16 contendo PR (PRD1-BF1-RIZ1 homólogo) (PRDM16) é um cofator de transcrição que desempenha um papel importante na determinação da identidade dos adipócitos termogênicos 9,10.

EHMT1 (histona-lisina N-metiltransferase 1 eucromática), também conhecido como GLP, catal...

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Discussion

Este protocolo é quase como os protocolos relatados anteriormente 5,7,14,15. O ponto importante deste protocolo é que nunca paramos o experimento da etapa de lise celular para a etapa de imunoprecipitação. A degradação da proteína dificulta a detecção de IBP. O curso de tempo prolongado e os ciclos repetidos de congelamento e descongelamento degradam as proteínas. A eletroforese em SD...

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Disclosures

Declaramos que nenhum dos autores tem conflitos de interesse relacionados a este estudo.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS) KAKENHI Grant Number 19K18008 (GN), JSPS KAKENHI Grant Number 22K16415 (GN), JSPS KAKENHI Grant Number 22K08672 (HO), Japan Diabetes Society Research Grant for Young Investigators (GN) e MSD Life Science Foundation Research Grant for Young Investigators (GN).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.5 M EDTA (pH8.0)Nippon gene311-90075
10% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels, 10-well, 50 µLBiorad4561034
10x Tris/Glycine/SDSBiorad1610772
ANTI-FLAG M2 Affinity GelSigmaA2220
Anti-Mouse IgG, HRP-Linked Whole Ab SheepGE HealthcareNA931-1ML
Anti-Rabbit IgG, HRP-Linked Whole Ab DonkeyGE HealthcareNA934-1ML
Cell Scraper MSumitomo BakeliteMS-93170
Collagen I Coat Dish 100 mmIWAKI4020-010
cOmplete, EDTA-free Protease Inhibitor CocktailRoche4693132001
DMEM/F-12, GlutaMAX supplementInvitrogen10565042
D-PBS (-)FUJIFILM Wako045-29795
GlycerolFUJIFILM Wako072-00626
GlycineFUJIFILM Wako077-00735
HA-Tag (C29F4) Rabbit mAb #3724Cell SignalingC29F4
Laemmli Sample bufferBio-Rad Laboratories161-0747
Micro Bio-Spin Chromatography ColumnsBiorad7326204
Mini-PROTEAN Tetra Cell for Mini Precast GelsBiorad1658004JA
Monoclonal ANTI-FLAG M2 antibody produced in mouseSigmaF3165
NaClFUJIFILM Wako191-01665
pcDNA3.1-FLAG-PRDM16This paperN/A
pcDNA3.1-HA-EHMT1This paperN/A
pcDNA3.1-vectorThis paperN/A
PEI MAX - Transfection Grade Linear Polyethylenimine HydrochloridePSI24765
Penicillin-streptomycin solutionFUJIFILM Wako168-23191
Pierce BCA Protein Assay KitThermo scientific23227
Polyoxyethylene(10) Octylphenyl EtherFUJIFILM Wako168-11805
Polyoxyethylene(20) Sorbitan MonolaurateFUJIFILM Wako167-11515
Protein G Sepharose 4 Fast Flow Lab PacksCytiva17061801
Protein LoBind Tubeseppendorf30108442
ROTATOR RT-5TAITECRT-5
skim milkMorinaga0652842 
Stripping SolutionFUJIFILM Wako193-16375
Trans-Blot Turbo Mini PVDF Transfer PackBiorad1704156B03
Trans-Blot Turbo SystemBioradN/A
Trizma baseSigmaT1503-1KG
USDA Tested Fetal Bovine Serum (FBS)HyCloneSH30910.03
VeriblotAbcamab131366
β-Actin (13E5) Rabbit mAb #4970Cell Signaling4970S

References

  1. Braun, P., Gingras, A. History of protein-protein interactions: from egg-white to complex networks. Proteomics. 12 (10), 1478-1498 (2012).
  2. Yanagida, M. Functional proteomics; current achievements. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 771 (1-2), 89-106 (2002).
  3. Rao, V. S., Srinivas, K., Sujini, G. N., Kumar, G. N. S. Protein-protein interaction detection: methods and analysis. International Journal of Proteomics. 2014, 147648(2014).
  4. Hopp, T. P., et al. A short polypeptide marker sequence useful for recombinant protein identification and purification. Nature Biotechnology. 6 (10), 1204-1210 (1988).
  5. Gerace, E., Moazed, D. Affinity pull-down of proteins using anti-FLAG M2 agarose beads. Methods in Enzymology. 559, 99-110 (2015).
  6. Einhauer, A., Jungbauer, A. The FLAG peptide, a versatile fusion tag for the purification of recombinant proteins. Journal of biochemical and biophysical methods. 49 (1-3), 455-465 (2001).
  7. Egusa, G., et al. Selective activation of PPARα maintains thermogenic capacity of beige adipocytes. iScience. 26 (7), 107143(2023).
  8. Nagano, G., et al. Activation of classical brown adipocytes in the adult human perirenal depot is highly correlated with PRDM16-EHMT1 complex expression. PLoS One. 10 (3), e0122584(2015).
  9. Seale, P., et al. Transcriptional control of brown fat determination by PRDM16. Cell Metabolism. 6 (1), 38-54 (2007).
  10. Kajimura, S., et al. Regulation of the brown and white fat gene programs through a PRDM16/CtBP transcriptional complex. Genes and Development. 22 (10), 1397-1409 (2008).
  11. Shinkai, Y., Tachibana, M. H3K9 methyltransferase G9a and the related molecule GLP. Genes and Development. 25 (8), 781-788 (2011).
  12. Able, A. A., Richard, A. J., Stephens, J. M. TNFα effects on adipocytes are influenced by the presence of lysine methyltransferases, G9a (EHMT2) and GLP (EHMT1). Biology. 12 (5), 674(2023).
  13. Ohno, H., Shinoda, K., Ohyama, K., Sharp, L. Z., Kajimura, S. EHMT1 controls brown adipose cell fate and thermogenesis through the PRDM16 complex. Nature. 504 (7478), 163-167 (2013).
  14. Bian, W., et al. Protocol for establishing a protein-protein interaction network using tandem affinity purification followed by mass spectrometry in mammalian cells. STAR Protocols. 3 (3), 101569(2022).
  15. Cristea, I. M., Chait, B. T. Affinity purification of protein complexes. Cold Spring Harbor Protocols. 2011 (5), (2011).
  16. Wang, Q., et al. Post-translational control of beige fat biogenesis by PRDM16 stabilization. Nature. 609 (7925), 151-158 (2022).
  17. Holden, P., Horton, W. Crude subcellular fractionation of cultured mammalian cell lines. BMC Research Notes. 2, 243(2009).
  18. Yang, L., Zhang, H., Bruce, J. E. Optimizing the detergent concentration conditions for immunoprecipitation (IP) coupled with LC-MS/MS identification of interacting proteins. Analyst. 134 (4), 755-762 (2009).
  19. Herrmann, C., Avgousti, D. C., Weitzman, M. D. Differential salt fractionation of nuclei to analyze chromatin-associated proteins from cultured mammalian cells. BIO-PROTOCOL. 7 (6), e2175(2017).

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