Yüksek yoğunluklu Fonksiyonel Protein mikrodizileri Probing Protein-protein Etkileşimleri Algılama

Özet

Neredeyse tüm S. içeren protein mikrodiziler kullanarak cerevisiae proteom paralel protein-protein etkileşimleri, binlerce hızlı tarafsız sorgulama için incelenir. Bu yöntem, protein-küçük molekül, translasyon sonrası modifikasyon ve yüksek verimlilik Diğer tahliller için kullanılabilecektir.

Özet

~ 4200 rekombinant maya proteinleri içeren yüksek yoğunluklu fonksiyonel bir protein mikrodizileri okuması için V5-epitop etiketi ihtiva eden bir afinite saflaştınldı maya kinaz füzyon proteini kullanılarak kinaz, protein-protein etkileşimleri için incelenir. Saflaştırılmış kinaz bir kinaz-V5 füzyon GAL uyarımlı promotör altında yapıyı içeren bir plazmid yüksek kopya protein üretimi için optimize edilmiş bir maya suşu kültürü ile elde edilir. maya,% 2 galaktoz ile endüksiyon ile, ardından 6 saat boyunca nötr bir karbon kaynağı ile kısıtlayıcı ortamda yetiştirilir. Daha sonra, kültür hasat edilir ve kinaz deneyinde kullanılmak için yüksek ölçüde saflaştırılmış protein kinaz elde etmek üzere standart afinite kromatografik teknikleri kullanılarak saflaştırılır. Saflaştırılmış kinaz deneyi için uygun bir aralığı, kinaz tamponu ile seyreltilir ve protein mikro-dizileri, protein önce mikroarray ile hibridizasyon için bloke edilir. Hibritlemeden sonra, diziler monoklonal V5 antib ile sondalandıODY kinaz-V5 proteiniyle bağlanmış proteinleri belirlemek için. Son olarak, diziler, standart bir mikrodizi tarayıcısı kullanılarak tarandı ve veriler, in vivo aşağı doğru doğrulama için protein etkileşimleri belirlenen yüksek bir güven belirlemek için alt bilişim analiz ^1,2 ekstre edilir.

Giriş

Protein biyokimya ve in vivo bağlanma faaliyeti küresel analizlerini gerçekleştirmek için gerek protein-protein etkileşimlerini (PPIs) ve bütün proteomlarda ^1,3-8 arasında post-translasyonel modifikasyonlar profil için yeni yöntemlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Protein mikrodizileri antikorları ^10,11 ihtiva ^4-6,8,9 tam uzunlukta fonksiyonel proteinleri kullanılarak fonksiyonel bir protein mikrodizilerinin veya analitik protein mikrodizilerinin olarak imal edilir. Bunlar ¹² analiz, geniş kapsamlı biyokimyasal iletmek için gereken deney koşulları çeşitli kolaylaştırmak için yüzey kimyaları çeşitli mikroskop lamları üzerine dizilmiş, proteinlerin yüksek yoğunluklu içeren tasarlanmıştır. Bu tür diğerleri ¹³ arasında afinite eki için His-etiketli proteinler ve glutatyon takmak için nikel şelatlı slaytlar olarak lizin veya afinite eki yöntemleri ile kimyasal bağlanması için nitroselüloz ve aldehit yüzey kimyaları.

protein-protein etkileşimleri tespit etmek için fonksiyonel protein mikrodizilerinin kullanımı yüksek kaliteli, fonksiyonel bir protein kitaplığına ¹⁴ erişim gerektirir. S. cerevisiae yüksek verimli kromatografik saflaştırma teknikleri protein takılı yapılar yüksek kopya afinitesi eşleştirme yoluyla bu tür bir kütüphane üretilmesi için müsait olan. Maya genomunun büyük bir çoğunluğu dizilenmiştir ve neredeyse tüm proteom saflaştırma için yüksek kopya plazmid eksprese edilebilir ve biyokimyasal ¹² analiz eder. Proteinler elde edilir ve 384 oyuklu formatta dizilmiş sonra, bunlar, hızlı paralel çok parametre biyokimyasal analizler ve biyoinformatik sorgulama ^8,14-16 sağlayan bir mikroskop lamı üzerine basılır. Protein mikrodizileri diğer birçok uygulamalar arasında proteinler, lipidler, küçük moleküller, ve nükleik asitler ile enzimatik deney ve etkileşimleri için kullanılmıştır. proteomun yüzeyi üzerinde proteinlerin erişilebilirlikdiziler de dahil olmak üzere, analitik tespiti farklı immün afinite onları müsait hale plazmon rezonansı, floresans ve pek çok başka teknik yüzeyler. Ayrıca, in vivo yapmak zor olabilir deneysel koşul ince kontrol sağlar.

Bu protokolün amacı, protein-protein etkileşimleri tespit etmek için fonksiyonel protein mikrodizilerinin uygun kullanımını göstermektir. Bu uygulama, ilgi konusu bir yüksek ölçüde saflaştırılmış analiti (protein) kullanılarak protein bağlanma faaliyetleri, yüksek verimli, paralel biyokimyasal analiz sağlar. Bir C-terminali (ucu karboksi) ilgi V5-füzyon yem proteini, protein saflaştırma için optimize edilmiş bir maya suşunda bir yüksek kopya plazmid elde edilir etiketli. C-terminali etiketleme tam boyda bir protein çevrildi sağlar. Bu çalışmada kullanılan protein His6X etiketi ile nikel afinite reçinesi kullanılarak saflaştırılır Tda1-V5 füzyon protein kinaz vardır. Tda1-V5 füzyon konstrüksiyont tahlilinde kullanım için en fazla zenginleştirilmiş fraksiyonu elüt edilmesi için bir imidazol gradyanı kullanılarak, seri elüsyon yoluyla saflaştırılır.

Protokol

1. Probe Hazırlık

1. Kültür ve aşağıdaki gibi diğer proteinler ile etkileşimini incelemek için kullanılmıştır V5 füzyon kinaz probları saflaştırılması:
   1. Taze çizgili maya suşu Y258 kullanın (MATa pep4-3, his4-580, ura3-53, leu2-3,112) (GATEWAY vektör pYES-DEST52 ifade edilen) V5-füzyon proteini içeren. Mikrodiziler üzerinde prob olarak izole edilmiş proteini kullanın. Sentetik tam-urasil (Sc-Ura) /% 2 dekstroz / Agar maya Plate ve dondurulmuş kültürünün (-80 ° C gliserol stoku) 3 gün boyunca 30 ° C'de büyütülmüştür.
   2. Tek bir koloniden başlatıcı kültürleri (5.20 mi) aşılamak ve 30 ° C 'de platformun (220-250 rpm) veya tekerlek çalkalama SC-Ura /% 2 dekstroz içinde bir gece boyunca büyür.
   3. Ertesi sabah, bir nihai OD 0.1 ₆₀₀ yeterli starter kültür ile Sc-Ura /% 2 rafinoz kültürünün 400 ml aşılamak.
   4. 0.6 ₆₀₀ V5-kinaz fu galaktoz indüksiyon ardından OD inokulantlar büyütünyon şekilde galaktoz nihai konsantrasyonu,% 2, 3 kat endüksiyon ortamı seyreltilmesi için yeterli eklenerek,% 6 galaktoz ile takviye edilmiş 3x Maya Özü / Pepton (YEP) içindeki bir çözeltisi ilave edilerek ifade yapısı.
   5. Bir çalkalama platformu üzerinde 6 saat boyunca 30 ° C'de hücre neden. Uygun havalandırma sağlamak için 2 L Erlenmeyer şişesi kullanın.
   6. 4 ° C'de 5 dakika boyunca 1000 x g'de hücre süspansiyonu 400 ml eğirme bir JA-10 (ya da eşdeğeri) bir rotor kullanılarak hasat hücreleri.
   7. Buz, 50 ml soğuk PBS tamponu ve 50 ml konik tüp transferi ile bir kez hücreler yıkanır. Liziz tüpleri kapaklı ek ml 2 liziz ve transferi için kullanılan (deterjanlar veya diğer katkı maddeleri hariç), buz gibi soğuk PBS tamponu içinde yeniden pelet yıkayın.
   8. Bir pelet ve bir pipet uzaklıkta tamponu, 4 ° C'de 1 dakika boyunca 20,000 xg'de hücreleri dönerler.
   9. Buz üzerinde tüpler yerleştirin ve parçalama adımla devam edin.
   10. Lyse hücreleri (250-350 ul pelet) 0 ile1: 1 .5 mm zirkonyum boncukları hücre peleti, taneler, ve fosfat tamponlu salin (PBS) içinde 1 hacim 4 ° C 'de 2 dakika aralıklarla tampon ve vorteks ajitasyon platformunu 3 kez kullanılarak karışımın lizis.
   11. 4 ° C'de 10 dakika boyunca masa üstü mikrofüj içinde 20,000 x g'de santrifüjleyin lizat.
   12. Pipet polikarbonat yüksek hızlı santrifüj tüpüne süpernatan ve 4 ° C'de 150,000 x g'de 30 dakika boyunca ulracentrufugation berrak hale getirilmelidir.
   13. Histidin yakalamak için 4 ° C'de 2 saat süreyle nutator önceden yıkanmış Ni2 ⁺ afinite reçinesi (~ 100 ul) ihtiva eden bir tüpe açıklık lizat aktarın ve inkübe (His) 6X V5-füzyon proteinini etiketli.
   14. Yıkama Tamponu ile 4 ° C 'de 10 dakika süre ile, reçineyi üç defa yıkanır. 4 ° C'de 1000 x g'de 5 dakika boyunca masa üstü bir santrifüj kullanılarak reçine pelet ve süpernatan aspire. Her yıkama için taze yıkama tamponu ekleyin ve yıkama esnasında tüpü ajitasyon için Nutator döndürür.
   15. Yıkama ste sonraps tamamlandı, elüsyon için yeni bir G-25 kolonuna yıkanır reçineyi uygulayın.
   16. 9 fraksiyonların toplam 50 mm'lik artışlarla 500 mM imidazol, 100 mM imidazol ile başlayan aşamalı bir şekilde elüsyon tamponu 25 ul uygulanır.
   17. Sodyum dodesil sülfat poliakrilamid jel kullanılarak toplanan fraksiyonları deneyi (SDS-PAGE) ve deneyde kullanım için en fazla zenginleştirilmiş bölüm (ler) i tespit ve -80 ° C 'de% 30 ve saklamak için gliserol ekleyin Coomassie boyaması, kullanılıncaya kadar deneyi.

2. Diziler Probing

NOT: tahlili başlamadan önce antikor çözeltisi hazırlamak için bu bölümün aşamasını 2.6 bakınız.

1. Etkileşimlerini tespit etmek için, numune tamponu içinde 260 ng / ml'ye kadar V5-florofor konjuge antikor (örneğin, AlexaFluor 647) sulandırılır ve çalkalama ile iyice karıştırın.
   NOT: kullanımı ve nutat üzerine tüp yerleştirmek için 30 dakika kala bu antikor çözüm hazırlayında tekerlek tam karıştırma ve antikor homojen bir süspansiyon sağlamak.
2. 5-500 ug / ml'lik bir konsantrasyon aralığı üzerinde V5-füzyon proteini probu ile seyreltilir.
   Not: Prob tamponu kullanılarak, her bir protein-protein etkileşimi deneyi için optimize edilmiştir. Optimizasyon tampon soruşturma daha sondalar ekleyerek içerir. Tipik olarak 10 ug / ml başlangıç ​​noktası olarak kullanılır ve sinyal gücüne göre uygun şekilde ayarlanır.
3. Dondurucu (-20 ° C), elde edilen protein mikrodizileri çıkarın ve kullanımdan hemen önce buzdolabında 4 ° C'ye getir.
4. Sızmasını önlemek için parafilm ile üst protein micorarrays içeren slayt sahibine doğrudan engelleme tampon ekleyin ve kapsamaktadır. 4 ° C 'de bir sahne üzerinde 50 rpm'de çalkalanarak 1 saat boyunca bloke edici tampon içinde dizileri bloke eder.
5. Bloke edildikten sonra, 4 ° C'ye soğutulmuş, nemlendirilmiş bir odacıkta diziler transferi, doğrudan dizi yüzeye seyreltilmiş prob 90 ul ekle. Arr Yerleşimi1.5 saat boyunca 4 ° C'de nemlendirilmiş bir haznede lekelenmiştir yükseltilmiş bir kaldırma kayma ays ve statik inkübe (bir çalkalama).
6. Üç 50 ml konik tüpler prob tamponunda 1 dakika her diziler 3 kere yıkayın. Tamamen slayt zarf yeterli önceden soğutulmuş prob tampon içeren konik tüplere slayt ekleyin. Kaldırıcı kayma yavaşça protein mikroarray (bu dizi yüzeyine zarar görmesine neden olabilir gibi onu zorlamayın) kapalı slayt izin verin.
7. Hemen önce olduğu gibi yükseltilmiş kaldırıcı kayma yıkama (adım 2.5) ve bindirme tamamladıktan sonra diziye doğrudan antikor çözümü uygulayın. Nemlendirilmiş bir odada 4 ° C'de 30 dakika boyunca inkübe edin dizileri.
8. Oda sıcaklığında 5 dakika boyunca masa üstü santrifüjü içinde 800 xg'de 50 ml konik bir tüp içinde, aynı yıkama (prob tampon maddesi içinde 3 kez 1 dakika) daha önce olduğu gibi adımı, ve spin gerçekleştirin. 647 nm dizi taramadan önce 30 dakika süreyle karanlıkta bir slayt tutucu dizileri Hava kurutun.

Sonuçlar

Protein-protein etkileşimi aktivitesi Tda1-V5 protein kinaz füzyon yaklaşık 4,200 özgü S. ihtiva eden bir maya fonksiyonel bir protein mikrodizi karşı bir yem protein olarak inşa değerlendirmek için standart bir çipli okuyucu kullanılarak gözlenmiştir cerevisiae GST-füzyon proteinleri. GenePix yazılımı ile ayrıntılı sorgulama değişen şiddetlerde olayları bağlayıcı bir sürü gösterdi. afinite hedefine (V5-kinaz) bağlı bir monoklonal V5-Florofor konjuge antikor türetilen...

Tartışmalar

Protokol başlangıçta in vivo ^1'de yeni kinaz etkileşim ağlarının tanımlanmasında elde edilen maya protein kinazların farklı ve ilgili ailelerdeki bağlanma aktivitesini karşılaştırmak için 85 benzersiz bir maya protein kinaz-V5 füzyon proteinleri kullanılarak gerçekleştirildi kullanarak verilmiştir. Gelişmekte olan bir proteomik profilleme teknolojisi olarak, Yüksek Çıkan (SDP) peptid kütüphaneleri ve ökaryotik ve prokaryotik model organizmaların ^8,17 dayan...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Petri Dishes	VWR	NC-10747	or comparable
Bacto yeast extract	Difco	0217-17
Bacto peptone	Difco	0118-17
Bacto agar	Difco	0140-01
Dextrose	Sigma	D9434
Raffinose	Sigma	R0514
Galactose	Sigma	G0750
Sc-Ura drop out media	MP Bio	114410622
Small Culture tubes	VWR/Fisher
Large Erlenmeyer Flask	VWR/Fisher
Centrifuge JA-10 rotor
Centrifuge tubes (500 ml)
Falcon tube (50 ml)	VWR/Fisher	21008-951
PBS Tablets	Sigma	P4417
FastPrep Tubes (2 ml screw cap tube)
FastPrep Machine	MP Biomedicals	116004500
Zircon Beads	BioSpec	11079105
Triton X100	Sigma	P4417
DTT	Sigma	D9779
MgCl2	Sigma	M8266
NaCl	Sigma	S3014
Imidazole (pH = 7.4)	Sigma	I5513
PMSF	Sigma	93482
Complete Inhibitor Cocktail (EDTA Free)	Roche	11873580001
Phosphatase inhibitor cocktail 1	sigma	P2850
BSA	Sigma	A2153
Tween-20	Sigma	P1379
ATP	Sigma	A1852
Shaking Incubator (30 °C)
Nickel Affinity Resin	Life Technologies	R901-01
G25 column	GE life sciences	27-5325-01
Nutator	VWR/Fisher
SDS-PAGE Gel (NuPage)	Life Technologies
Coomassie Blue Stain	Life Technologies
Monoclonal V5 Antibody	Life Technologies	R960-25
Alexa647 Tagged monoclonal V5 Antibody	Life Technologies	451098
Protein Microarrays Kit	Life Technologies	PAH0525013
Genepix Scanner	Molecular Devices
Lifter Slips	Thomas Scientific		http://www.thomassci.com/Supplies/Microscope-Cover-Glass/_/LIFTER-SLIPS/
Lysis Buffer: 0.1% Triton X-100, 0.5 mM DTT, 2 mM MgCl2, 500 mM NaCl, 50 mM imidazole (pH 7.4), Complete protease inhibitor cocktail – EDTA-free, Phosphatase inhibitor Cocktail 1, 1 mM PMSF  (add just prior to use)			Add the reagents to 1x PBS (0.01 M phosphate buffer, 0.0027 M potassium chloride, 0.137 M sodium chloride; pH 7.4) to obtain the desired volume of lysis solution
Blocking Buffer: 1% bovine serum albumin (BSA), 0.1% Tween-20			Add the reagents to 1x PBS to obtain the desired volume of blocking buffer
Probe Buffer: 2 mM MgCl2, 0.5 mM DTT, 0.05% Triton X-100, 50 mM NaCl, 500 μM ATP (for kinases), 1% BSA			Add the reagent to 1x PBS to obtain desired volume of probe buffer
Wash Buffer: 0.1% Triton X-100, 500 mM NaCl, 0.5 mM DTT, 50 mM imidazole (pH 7.4),2 mM MgCl2			Add the reagent to 1x PBS to obtain desired volume of probe buffer
Elution Buffer: 0.1% Triton X-100, 0.5 mM DTT, 2 mM MgCl2, 500 mM NaCl, 50 – 500 mM imidazole (pH 7.4), Complete protease inhibitor cocktail – EDTA-free, Phosphatase inhibitor Cocktail 1, 1 mM PMSF (add just prior to use)			Before you begin, it is important to note the concentration gradient of imidazole (50 – 500 mM) and to create separate tubes for each concentration (it is advisable to create the interval using 50 mM increments). Add the reagent to 1x PBS to obtain desired volume of probe buffer
3x YEP +6% galactose: Dissolve 30 g of yeast extract and  60 g of peptone in 700 ml of H2O, and autoclave. Add 300 ml of filter sterilized 20% galactose (wt/vol)			Galactose should not be autoclaved