Name: capturing the interaction kinetics of an ion channel protein with small molecules by the bio-layer interferometry assay
Uploaded: 2018-03-07T13:30:00
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Este trabajo fue apoyado por el centro de Bio-identificación y la SJTU fondo transversales de investigación en medicina, ingeniería (YG2016QN66), Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (31271217) y nacionales básicas de investigación programa de China (2014CB910304).

Nota: La línea de células HEK-293T continuamente expresan la proteína de canal hEAG1 tagged bandera es construida por la transferencia de un plásmido lentivirales pCDH que contiene la secuencia de ADN de hEAG1 con una bandera en el C-terminal distal en células HEK-293T seguido por el resistente a la puromicina selección como describió anteriormente15.
1. afinidad purificación de la proteína de canal hEAG1 tagged bandera de células HEK-293T
<ol><li>Descongela...

<ol>
	<li>Peetla, C., Stine, A., Labhasetwar, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+Interactions+with+Model+Lipid+Membranes:+Applications+in+Drug+Discovery+and+Drug+Delivery.">Biophysical Interactions with Model Lipid Membranes: Applications in Drug Discovery and Drug Delivery.</a> Mol. Pharm. 6 (5), 1264-1276 (2009).</li><li>van de Waterbeemd, H., Smith, D. A., Beaumont, K., Walker, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Property-based+design:+Optimization+of+drug+absorption+and+pharmacokinetics.">Property-based design: Optimization of drug absorption and pharmacokinetics.</a> J. Med. Chem. 44 (9), 1313-1333 (2001).</li><li>Papo, N., Shai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+peptide+membrane+interaction+using+surface+plasmon+resonance:+Differentiation+between+pore+formation+versus+membrane+disruption+by+lytic+peptides.">Exploring peptide membrane interaction using surface plasmon resonance: Differentiation between pore formation versus membrane disruption by lytic peptides.</a> Biochemistry. 42 (2), 458-466 (2003).</li><li>Wienken, C. J., Baaske, P., Rothbauer, U., Braun, D., Duhr, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein-binding+assays+in+biological+liquids+using+microscale+thermophoresis.">Protein-binding assays in biological liquids using microscale thermophoresis.</a> Nat. Commun. 1, 100-106 (2010).</li><li>Fechner, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+does+matter!+Label-free+detection+of+small+molecule-protein+interaction.">Size does matter! Label-free detection of small molecule-protein interaction.</a> Anal. Bioanal. Chem. 406 (17), 4033-4051 (2014).</li><li>Wallner, J., Lhota, G., Jeschek, D., Mader, A., Vorauer-Uhl, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Bio-Layer+Interferometry+for+the+analysis+of+protein/liposome+interactions.">Application of Bio-Layer Interferometry for the analysis of protein/liposome interactions.</a> J. Pharm. Biomed. Anal. 72, 150-154 (2013).</li><li>Wartchow, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensor-based+small+molecule+fragment+screening+with+biolayer+interferometry.">Biosensor-based small molecule fragment screening with biolayer interferometry.</a> J. Comput. Aided Mol. Des. 25 (7), 669-676 (2011).</li><li>Ekiert, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Highly+Conserved+Neutralizing+Epitope+on+Group+2+Influenza+A+Viruses.">A Highly Conserved Neutralizing Epitope on Group 2 Influenza A Viruses.</a> Science. 333 (6044), 843-850 (2011).</li><li>Shah, N. B., Duncan, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-layer+Interferometry+for+Measuring+Kinetics+of+Protein-protein+Interactions+and+Allosteric+Ligand+Effects.">Bio-layer Interferometry for Measuring Kinetics of Protein-protein Interactions and Allosteric Ligand Effects.</a> J. Vis. Exp. (84), e51383 (2014).</li><li>Occhiodoro, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cloning+of+a+human+ether-a-go-go+potassium+channel+expressed+in+myoblasts+at+the+onset+of+fusion.">Cloning of a human ether-a-go-go potassium channel expressed in myoblasts at the onset of fusion.</a> Febs Lett. 434 (1-2), 177-182 (1988).</li><li>Pardo, L. A., Stuhmer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eag1:+An+emerging+oncological+target.">Eag1: An emerging oncological target.</a> Cancer. Res. 68 (6), 1611-1613 (2008).</li><li>Simons, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutations+in+the+voltage-gated+potassium+channel+gene+KCNH1+cause+Temple-Baraitser+syndrome+and+epilepsy.">Mutations in the voltage-gated potassium channel gene KCNH1 cause Temple-Baraitser syndrome and epilepsy.</a> Nat. Genet. 47 (1), 73-77 (2015).</li><li>Kortum, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutations+in+KCNH1+and+ATP6V1B2+cause+Zimmermann-Laband+syndrome.">Mutations in KCNH1 and ATP6V1B2 cause Zimmermann-Laband syndrome.</a> Nat. Genet. 47 (6), 661-667 (2015).</li><li>Han, B., Tokay, T., Zhang, G. M., Sun, P., Hou, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eag1+K++Channel:+Endogenous+Regulation+and+Functions+in+Nervous+System.">Eag1 K+ Channel: Endogenous Regulation and Functions in Nervous System.</a> Oxid. Med. Cell. Longev. 2017, (2017).</li><li>Han, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+EAG+channels+are+directly+modulated+by+PIP2+as+revealed+by+electrophysiological+and+optical+interference+investigations.">Human EAG channels are directly modulated by PIP2 as revealed by electrophysiological and optical interference investigations.</a> Sci. Rep. 6, (2016).</li><li>Do, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+method+for+determining+dynamic+binding+capacity+of+resins+for+the+purification+of+proteins.">A rapid method for determining dynamic binding capacity of resins for the purification of proteins.</a> PREP. 60 (2), 147-150 (2008).</li><li>Rohacs, T., Chen, J., Prestwich, G. D., Logothetis, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+specificities+of+inwardly+rectifying+K++channels+for+phosphoinositides.">Distinct specificities of inwardly rectifying K+ channels for phosphoinositides.</a> J. Biol. Chem. 274 (51), 36065-36072 (1999).</li><li>Overington, J. P., Al-Lazikani, B., Hopkins, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+many+drug+targets+are+there?.">How many drug targets are there?.</a> Nat. Rev. Drug Discov. 5 (12), 993-996 (2006).</li><li>Suh, B. C., Hille, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PIP2+is+a+necessary+cofactor+for+ion+channel+function:+How+and+why?.">PIP2 is a necessary cofactor for ion channel function: How and why?.</a> Annu. Rev. Biophys. 37, 175-195 (2008).</li><li>Yang, D., Singh, A., Wu, H., Kroe-Barrett, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+High-affinity+Antibody-antigen+Binding+Kinetics+Using+Four+Biosensor+Platforms.">Determination of High-affinity Antibody-antigen Binding Kinetics Using Four Biosensor Platforms.</a> J. Vis. Exp. (122), e55659 (2017).</li></ol>

Canales iónicos de membrana han sido verificados como las principales dianas terapéuticas de más del 13% de conocidos medicamentos para el tratamiento de una variedad de enfermedades humanas, incluyendo desórdenes cardiovasculares y neurológicos18. Abrazadera del remiendo de grabación, el estándar de oro para la medición funcional de canales de iones con moléculas pequeñas, ha sido ampliamente utilizado para ligandos de canales de iones de detección. Sin embargo, estos enfoques electrof...

Dirigidos a las proteínas de canal de superficie accesible ion célula con moléculas pequeñas ofrece un enorme potencial para la detección del ligando y drogas biológicas descubrimiento1,2,3. Por lo tanto, se necesita una herramienta adecuada para el estudio de la interacción entre el canal de iones y moléculas pequeñas y su función correspondiente. La grabación de patch-clamp se ha demostrado ser una técnica única e insustituible en el análisis funcional del canal de iones. Sin embargo, determinar si las moléculas pequeñas de destino directamente canales iónicos requieren otras tecnologías. Tradicionalmente, el ensayo de unión de ligando radiactivo fue utilizado para observar la cinética de unión entre la molécula pequeña y de su proteína de canal iónico Diana. Sin embargo, el uso de esta técnica es limitado debido a su requisito de etiquetado radiactivo y detección. Por otra parte, el paso necesario para etiquetar el ligando pequeño en el estudio impide su uso en muchos tipos de canales iónicos sin ligando específico conocido. Algunas técnicas de etiqueta-libre como NMR espectroscopia, microescala thermophoresis (MST)4 y difracción de rayos x, resonancia de plasmón superficial (SPR) se han utilizado para medir las interacciones de la molécula de proteína pequeña. Pero este tipo de análisis generalmente no puede proporcionar suficiente información debido a la dificultad para obtener la proteína de larga duración, baja resolución de dinámicas, bajo rendimiento y alto costo5. En contraste con estas técnicas, interferometría de la bio-capa (BLI) está emergiendo como una nueva metodología de etiqueta-libre para superar estos inconvenientes para la detección de interacciones proteína-pequeña molécula por inmovilización de una pequeña cantidad de muestra de proteínas en las superficies de biosensor y medir el cambio óptico señales6,7. Como una prometedora plataforma de biosensores, técnica BLI ya se realiza para observar la interacción de moléculas pequeñas con agua natural proteínas solubles como un anticuerpo monoclonal humano CR80208 y el procedimiento de análisis detallado ha sido reportado en un anterior artículo9. Aunque se ha reconocido la importancia de la proteína de canal iónico para el nuevo descubrimiento de dianas terapéuticas, no se ha descrito ion canal proteína pequeña molécula interacción ensayo basado en BLI.
El ser humano canales Ether à go-go (hEAG1) se expresan en varios tipos de células de cáncer y el sistema nervioso central que se convierte en el canal un blanco terapéutico potencial de muchos cánceres y trastornos neuronales10,11, 12,13,14. El estudio electrofisiológico en nuestro laboratorio ha confirmado el efecto inhibitorio del fosfatidilinositol 4, 5-bifosfato (PIP2) en hEAG1 canal15. En base a nuestros resultados, prueba PIP2 directa interacción con la hEAG1 mediante la técnica BLI puede ser como un modelo para otros tipos de interacción compuestos de proteína pequeña molécula de canal de iones especialmente para esos canales falta ligandos específicos. Según las instrucciones del ensayo BLI, preparamos biotinilado hEAG1 proteínas y les inmovilizada en la superficie de estreptavidina (SA) consejos de biosensor siguieron por interacción a las soluciones de2 PIP para observar su unión directa entre el proteínas y los lípidos. Después de que el accesorio de PIP2 a la superficie revestida de hEAG1 proteína, el espesor de la capa en la superficie aumenta, que correlaciona la cambio espectral directamente y se pueden medir en tiempo real de16. La cinética de Unión puede ser determinada debido a un cambio positivo en el paso de la asociación y un cambio negativo en el paso de la disociación. Según este principio, purificado de la proteína de canal de ion hEAG1 funcional del sistema de expresión estable HEK-239T utilizando el método de purificación de la afinidad para mantener el estado funcional en vitro , luego medir la cinética de unión de concentración diferentes PIP2y rindió unas semblable datos cinéticos como se observa en las mediciones electrofisiológicas15. La estrecha correspondencia entre los resultados de la BLI y mediciones electrofisiológicas demuestran por primera vez la conveniencia de BLI como una herramienta analítica adecuada para la interacción de la proteína pequeña molécula ion canal membrana.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>DMEM/High Glucose Medium</td>
			<td>HyClone</td>
			<td>SH30243.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline (1x)</td>
			<td>HyClone</td>
			<td>SH30256.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>1697550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Culture Dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430599</td>
			<td>150 mm X 25 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nonidet P-40 Substitute</td>
			<td>Amresco</td>
			<td>E109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>BBI Life Sciences</td>
			<td>A610476</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>BBI Life Sciences</td>
			<td>A610440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>BBI Life Sciences</td>
			<td>A600332</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyoxyethylene-20-Sorbitan Monolaurate</td>
			<td>BBI Life Sciences</td>
			<td>A600560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ANTI-FLAG M2 Affinity Gel</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A2220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3x FLAG peptide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F4799</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Octet-RED96</td>
			<td>Pall/Fort&#233;Bio</td>
			<td>30-5048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Acquisition software</td>
			<td>Pall/Fort&#233;Bio</td>
			<td>Version 7.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Analysis software</td>
			<td>Pall/Fort&#233;Bio</td>
			<td>Version 7.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosensor/Streptavidin</td>
			<td>Pall/Fort&#233;Bio</td>
			<td>18-5019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtiter plate</td>
			<td>Greiner Bio-one</td>
			<td>655209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>21338</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifugal Machine</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>75004250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PageRuler Prestained Protein Ladder</td>
			<td>ThermoScientific</td>
			<td>318120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafiltration device</td>
			<td>MILLIPORE</td>
			<td>UFC503008</td>
			<td>NMWL of 30 kDa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate (PIP2)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P9763</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monoclonal ANTI-FLAG M2 antibody</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F1804</td>
			<td>1:2000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goat anti-mouse HRP-conjugated secondary antibody</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-2005</td>
			<td>1:5000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enhanced BCA Protein Assay Kit</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>P0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protease Inhibitor Cocktail Tablets</td>
			<td>Roche</td>
			<td>04693159001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amersham Imager 600 Imaging System</td>
			<td>GE Healthcare Bio-Sciences</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Western blot system</td>
			<td>BIO-RAD</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

capturing the interaction kinetics of an ion channel protein with small molecules by the bio-layer interferometry assay

La bio-capa interferometría (BLI) es una herramienta valiosa para medir proteínas y las interacciones proteína-pequeña molécula. Aquí, describimos en primer lugar a la aplicación de esta técnica novedosa etiqueta-libre para el estudio de la interacción de humanos EAG1 proteínas de canal (hEAG1) con la molécula pequeña PIP2. canal de hEAG1 ha sido reconocido como potencial diana terapéutica debido a su sobreexpresión aberrante en cánceres y algunas mutaciones de ganancia de función implicados en algunos tipos de enfermedades neurológicas. Proteínas de canal hEAG1 de un sistema de expresión estable mamíferos purificadas y mide la interacción con PIP2 de BLI. La medida acertada de la cinética de unión entre la proteína hEAG1 y PIP2 demuestra que el ensayo BLI es un enfoque de alto rendimiento potencial utilizado para la detección del ligando molécula pequeña novela en farmacología de canales de iones.

Purifica la proteína de canal hEAG1 de bandera la fusión de hEAG1 sobreexpresado estable de células HEK-293T. La función de esta proteína de fusión se ha demostrado mediante el método de patch-clamp y la calidad y la especificidad de la proteína purificada se confirman por Western blot (figura 1). La proteína purificada de la canal es biotinilado para llevar a cabo un análisis de la interacción con los lípidos (PIP2) mediante el ensayo ...

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Capturing the Interaction Kinetics of an Ion Channel Protein with Small Molecules by the Bio-layer Interferometry Assay

El protocolo aquí describe las interacciones de la proteína de canal de iones hEAG1 purificada con la pequeña molécula lipídica ligando fosfatidilinositol 4, 5-bifosfato (PIP2). La medición demuestra que BLI podría ser un método potencial para la detección de iones de molécula pequeña novela canal ligando.

Captura de la cinética de la interacción de una proteína de canal iónico con moléculas pequeñas por el ensayo de interferometría de la Bio-capa

The bio-layer interferometry (BLI) assay is a valuable tool for measuring protein-protein and protein-small molecule interactions. Here, we first describe ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Method for Identifying Small Molecule Inhibitors of the Protein-protein Interaction Between HCN1 and TRIP8b

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Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels are expressed ubiquitously throughout the brain, where they function to regulate the ...

Investigación

Bioquímica

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La visualización de la interacción proteína-proteína en las fracciones nucleares y citoplasmáticas de Co-inmunoprecipitación y<em&gt; In Situ</em&gt; Ligadura ensayo de proximidad

Protein-protein interactions are involved in thousands of cellular processes and occur in distinct spatial context. Traditionally, co-immunoprecipitation ...

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The determination of the folding process of proteins from their amino acid sequence to their native 3D structure is an important problem in biology. ...

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