Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada, BiFC tabanlı FRET-FLIM test tarafından floresan etiketli proteinler kullanarak üç protein ortağı arasındaki üçlü kompleks oluşumunu görselleştirmek için bir yöntem sunuyoruz. Bu yöntem, protein-proteinetkileşim komplekslerini vivo olarak incelemek için değerlidir.
Protein-protein etkileşimleri hücresel fonksiyonların düzenlenmesinde, sürdürülmesinde ve değiştirilmesinde çok önemli bir rol oynadıkları için hücrelerdeki tüm biyolojik süreçlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Bu etkileşimler sinyal transdüksiyon, patojen yanıtı, hücre-hücre etkileşimleri, metabolik ve gelişimsel süreçler gibi çok çeşitli fenomenlerde yer almaktadır. Transkripsiyon faktörleri söz konusu olduğunda, bu etkileşimler alt ünüllerin oligomerizasyonuna, çekirdek, sitoplazma vb. Burada, Floresan Ömür Boyu Görüntülemeyi (FLIM) içeren Bimoleküler Floresan Kompleasyonu (BiFC) tabanlı Förster Rezonans Enerji Transferi (FRET) kullanarak in vivo üçlü etkileşimi görselleştirmek için bir metodoloji sunuyoruz. Bu gösteri için seçilen proteinlerden ikisi BiFC ortağı olarak etkileşime girer ve yeniden inşa edilen floresan aktiviteleri üçüncü ortakla FRET-FLIM'i test etmek için kullanılır. Dört ila beş haftalık büyüme odası tarafından yetiştirilen Nicotiana benthamiana bitkileri bu gösteri için model bitki sistemi olarak kullanılmıştır.
Protein-protein etkileşimleri (PPI'ler) çeşitli metabolik ve gelişimsel süreçleri düzenleyerek ökaryotik hücrelerin düzgün çalışmasının temelini oluşturur. Bazı PPI'lar kararlıdır, bazıları ise doğada geçicidir. Etkileşimler, dimerik, trimerik, tetramerik homomerik ve heteromerik1gibi etkileşimdeki üye sayısına ve türüne göre kategorize edilebilir. Protein etkileşimlerinin tanımlanması ve karakterizasyonu, protein fonksiyonlarının ve düzenleyici ağların daha iyi anlaşılmasına neden olabilir.
Transkripsiyon faktörleri düzenleyici işlevlerde yer alan proteinlerdir. DNA'ya bağlanarak aşağı akış genlerinin transkripsiyon oranını düzenlerler. Bazen proteinler tarafından oligomerizasyon veya daha yüksek sıralı komplekslerin oluşumu, işlevlerini yerine getirmek için bir ön koşuldur2. Bitki MADS kutusu transkripsiyon faktörleri çiçek geçişi, çiçek organ gelişimi, gübreleme, tohum gelişimi, senescence ve vejetatif gelişim gibi çeşitli süreçleri düzenleyen homeotik genlerdir. DNA3,4'e bağlanan daha yüksek sıralı kompleksler oluşturdukları bilinmektedir. Transkripsiyon faktörleri ve etkileşimcileri arasında ÜFE ağlarının incelenmesi, transkripsiyonsal düzenlemenin altında kalan karmaşıklık hakkında içgörüler sağlar.
Nicotiana benthamiana'da geçici protein ekspresyasyonu, protein lokalizasyonunu veya protein-protein etkileşimlerini incelemek için popüler bir yaklaşımolmuştur 5. BiFC ve FRET, floresan muhabir sistemlerini kullanarak in vivo protein-protein etkileşimlerini incelemek için yöntemlerdir6. Bu iki tekniğin bir kombinasyonunun üç protein arasındaki etkileşimi ortaya çıkardığı gösterilmiştir7. FRET, kabul edici fotobleaching, duyarlı emisyon ve Floresan Ömür Boyu Görüntüleme (FLIM) tekniği kullanılarak ölçülür. FLIM tabanlı FRET tahlilleri, floresan ömürlerine göre iki molekül arasındaki enerji transferi ölçümlerine doğru nicelik ve mekansal özgüllük sağlayan bir araç olarak ortaya çıkmıştır8. FLIM, bir foton yaymadan önce bir flororforun heyecanlı bir durumda kaldığı zamanı ölçen ve sadece yoğunluk ölçümlerini kullanan tekniklerden daha iyidir9,10. Nicotiana benthamiana ve soğan epidermal peelingleri gibi heterolog sistemlerin yanı sıra, daha yeni raporlar, yerelkoşullaraltında protein-protein etkileşimlerinin in vivo analizi için Arabidopsis köklerinin ve genç pirinç fidelerininvb.
Uygun bir ifade sistemi dışında, BiFC ve FRET tahlilleri için etkileşime giren ortakların seçimi de bu deneyin başarısı için çok önemlidir. BiFC yapılandırmasında kullanılan ortaklar arasındaki ÜFE, FRET denemesinde eşleştirilmiş bir ortak olarak kullanılmadan önce uygun denetimler kullanılarak doğrulanmalıdır13. BiFC, floresan proteinin N ve C-terminal parçalarının yapısal tamamlayıcısını kullanır. BiFC tahlillerinde kullanılan tüm floresan proteinlerin çoğunda yaygın bir sınırlama, iki türev nonfluoresan parçası arasındaki kendi kendine montaj olmuştur, yanlış-pozitif floresanlara katkıda bulunur ve sinyal-gürültü (S / N) oranınıazaltır 14. Nokta mutasyonları veya floresan proteini bölme pozisyonu da dahil olmak üzere son gelişmeler, artan yoğunluk, daha yüksek özgüllük, yüksek S / N oranı15,16ile BiFC çiftlerine yol açtı. Bu floresan proteinler, deneyin uygunluğuna bağlı olarak BiFC'yi gerçekleştirmek için de kullanılabilir.
Geleneksel olarak, CFP ve YFP, FRET deneylerinde donör ve alıcı çift olarak kullanılmıştır17. Bununla birlikte, YFP veya m-Sitrin'in Arabidopsis kök sisteminde hedef proteinlerin doğal ekspresyumu sırasında yüksek kuantum verimi (QY) nedeniyle daha iyi FRET donörleri (kabul eden olarak RFP ile kullanıldığında) olduğu bulunmuştur. Organizatörlerin seçimi (konsitutive versus native/endogenous) ve fluorophore da başarılı bir BiFC-FRET-FLIM deneyi tasarlamada çok önemli bir rol oynamaktadır. FRET donörlerinin verimliliğinin ve FRET çiftlerinin uygunluğunun, organizatördeki değişiklik ve ifade için kullanılan biyolojik sistemle değişme eğiliminde olduğunu belirtmek önemlidir. Parlaklığı ile ilgili floroforun QY'si pH'a, sıcaklığa ve kullanılan biyolojik sisteme bağlıdır. FRET deneyi için florofor çiftini seçmeden önce bu kriterlerin iyice dikkate alınmasını öneriyoruz. Bu protokol için kullanılan biyolojik sistem, promotörler ve proteinler BiFC FRET-FLIM deneyi için CFP-YFP floroforları ile iyi çalıştı.
Bu çalışmada, BiFC tabanlı FRET kullanarak üç protein molekülü arasındaki etkileşimi görselleştirmek için FLIM özelliğini birleştiriyoruz. Bu teknikte, iki protein bölünmüş YFP proteini ve üçüncü protein CFP ile etiketlenir. Mads kutusu protein (M) homodimerinin Kalsiyum sensör proteini (C) ile etkileşimini incelemek istediğimizden, bu proteinler pSITE-1CA ve pSITE-3CA vektörlerinde floresan proteinlerle etiketlenmiştir18. Etkileşime giren ortaklardan ikisi, bu testte, pSPYNE-35S ve pSPYCE-35S vektörlerinde YFP'nin N ve C-terminal parçaları ile etiketlenmiştir veetkileşimleri,CFP (FRET donörü olarak hareket eden) ile etiketlenen üçüncü etkileşim ortağına FRET kabul edicisi olarak hareket eden işlevsel YFP'nin yeniden birleşmesi ile sonuçlanır (Şekil 1 ). Bu özel durumda, iki M monomeri ile M ve C arasındaki PPI, BiFC'nin maya-iki-hibrid sistemle birlikte üç farklı sistemde gerçekleştirilmesiyle doğrulanmıştır. Bu vektörler elektroporasyon ile Agrobacterium tumifaciens GV3101 suşu içine harekete geçirildi. GV3101 suşu, gentamisin direnci20olan etkisiz hale tedaklı bir Ti plazmid pMP90'a (pTiC58DT-DNA) sahiptir. Transgene susturma önlemek için tüm infiltratyonlarla birlikte bir p19 Agrobacterium suşu eklendi21. Üç proteinin üçlü etkileşimleri doğrulamak için zıt konformasyonlarda da kullanılmasını öneririz.
Bu teknikte, ilk olarak, bağışçının floresan ömrünün (söndürülmemiş donör ömrü) bir alıcının yokluğunda ölçüldüğü FLIM'i çalıştırdık. Bundan sonra, ömrü alıcının varlığında ölçülür (söndürülen donör ömrü). Donör floresan ömürlerindeki bu fark, floresan ömründe bir azalma gösteren foton sayısına bağlı olan FRET verimliliğini hesaplamak için kullanılır. Aşağıda, Nicotiana benthamiana'daki floresan etiketli proteinleri geçici olarak ifade ederek ve BiFC-FRET-FLIM ile etkileşimlerini test ederek herhangi bir üç protein arasında üçlü bir kompleks oluşumunu belirlemek için ayrıntılı bir protokol verilmiştir.
1. Giriş ve varış vektörlerindeki genlerin klonlatma (Şekil 2)
2. Nicotiana benthamiana bitkileri için büyüme koşulları
NOT: Nicotiana bitkilerini kontrol koşullarında 4-6 yaprak aşamasına kadar yetiştirin.
3. Agro-infiltration için bakteriyel suşlar hazırlayın
NOT: Agro-infiltration için bakteriyel suşların taze alt kültüre edilmesi ve uygun oranlarda p19 Agrobacterium suşu ile karıştırılması gerekir.
4. Floresan görselleştirme için slaytlar hazırlayın
5. Konfokal lazer tarama mikroskobu kullanılarak FRET-FLIM analizi
NOT: Bu prosedürde, iki protein arasındaki etkileşimi belirlemenin ve ölçmenin temeli, FRET'in verimliliğini hesaplamak için kullanılan kabul edenle etkileşimi üzerine FRET-donör ortağının floresan ömrünün azalmasıdır. Üçlü etkileşim durumunda karmaşıklık daha da artar, çünkü FRET-kabul edici, bu durumda, tek bir molekül değil, işlevsel bir FRET-kabul edici florofor olmak için in vivo olarak yeniden inşa edilmesi gereken bölünmüş bir YFP-BiFC çiftidir. FRET-FLIM'i gerçekleştirmek için, donör molekülün floresan ömrünün tek başına ve daha sonra bir FRET ortağının varlığında belirlenmesi gerekir.
Bu protokol, bitkilerdeki vivo üçlü protein-protein etkileşimlerini incelemek için optimize edilmiş bir yöntemi temsil eder. Protokolün temel ilkesi, üç protein ortağı arasındaki üçlü kompleks oluşumunu ölçmek için bir test oluşturmak için iki floresan etiketli protein etkileşimi tekniğini, yani BiFC ve FRET'i birleştirmektir. Burada FRET bağışçısının varlığında ve yokluğunda FRET donör ortağının floresan ömrünü ölçmek için FLIM'i kullandık. İki protein arasında o...
Mevcut protokol, MADS kutu proteininin iki monomeri ile kalsiyum sensör proteini arasında üçlü bir kompleks oluşumunu belirlemek için BiFC tabanlı FRET-FLIM testinin kullanımını göstermektedir. Protokol, Y. John Shyu ve ark. tarafından hazırlanan ve Fos-Jun heterodimers ile NFAT veya p65 arasında oluşturulan üçlü kompleksi hassaslaştırılmış emisyon yöntemi7kullanarak görselleştirmek için BiFC tabanlı bir FRET yöntemi geliştirdikleri bir rapordan uyarlanmıştır. Dah...
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder.
NB, GG, SB, KC, üniversite hibe komisyonuna (UGC), UGC-BSR, DBT-INSPIRE ve Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Konseyi'ne (CSIR) araştırma bursları için içtenlikle teşekkür eder. Biyoteknoloji Departmanı (DBT), Hindistan Hükümeti, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (DST-FIST), Hindistan Hükümeti'ni finansal destek için çok şükür kabul ediyoruz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 ml Syringes without needles | Dispovan | - | |
Acetosyringone | Sigma-Aldrich | D134406 | |
Gateway LR Clonase II Enzyme mix | Thermo Fischer Scientific | 11791020 | The vectors used in the study are Gateway based |
Gentamycin Sulphate | Himedia | CMS461 | |
Kanamycin Sulphate | Himedia | MB105 | |
MES hydrate | Sigma-Aldrich | M2933 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M2670 | |
pENTR/D-TOPO Cloning Kit | Thermo Fischer Scientific | K240020 | The vectors used in the study are Gateway based |
Phusion high fidelity Taq DNA polymerase | Thermo Fischer Scientific | F530-S | Any High fidelity Polymerase can work |
Rifampicin | Himedia | CMS1889 | |
SP8 FALCON Confocal laser scanning microscope | Leica | SP8 FALCON | Any CLSM with FLIM capabilities can be used for this analysis |
Spectinomycin dihydrochloride pentahydrate | Himedia | TC034 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır