Name: extracellular protein microarray technology for high throughput detection of low affinity receptor-ligand interactions
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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Wir danken Philamer Calses und Kobe Yuen kritisch das Manuskript zu lesen. Wir sind dankbar für Randy Yen für gute technische Beratung.

1. Generation aus einer Bibliothek von extrazellulären menschliche Proteine
<ol><li>Stellen Sie eine Liste der Zelle Oberfläche Rezeptoren oder sekretierten Proteine des Interesses, die Protein-Microarray-Bibliothek zu bauen. Bestimmte Proteinfamilien (z. B. der Immunglobulin-Superfamilie) oder Proteine selektiv ausgedrückt insbesondere Zelle Arten für die Studie ausgewählt werden können.</li>
	<li>Bestimmen Sie für Oberfläche Zellrezeptoren die Domänengrenzen der extrazellulären (ECD) durch Ermittlung der Si...

<ol>
	<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> Nature Reviews Drug Discovery. 5 (12), 993-996 (2006).</li><li>Wright, G. J., Martin, S., Bushell, K. M., Sollner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+identification+of+transient+extracellular+protein+interactions.">High-throughput identification of transient extracellular protein interactions.</a> Biochemical Society Transactions. 38 (4), 919-922 (2010).</li><li>Wright, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+initiation+in+biological+systems:+the+properties+and+detection+of+transient+extracellular+protein+interactions.">Signal initiation in biological systems: the properties and detection of transient extracellular protein interactions.</a> Molecular BioSystems. 5 (12), 1405-1412 (2009).</li><li>Ramani, S. R., 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+secreted+protein+microarray+platform+for+extracellular+protein+interaction+discovery.">A secreted protein microarray platform for extracellular protein interaction discovery.</a> Analytical Biochemistry. 420 (2), 127-138 (2012).</li><li>Tom, I., Lewin-Koh, N., Ramani, S. R., Gonzalez, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+microarrays+for+identification+of+novel+extracellular+protein-protein+interactions.">Protein microarrays for identification of novel extracellular protein-protein interactions.</a> Current Protocols in Protein Science. 27, 1-27 (2013).</li><li>Kaushansky, 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=Quantifying+protein-protein+interactions+in+high+throughput+using+protein+domain+microarrays.">Quantifying protein-protein interactions in high throughput using protein domain microarrays.</a> Nature Protocols. 5 (4), 773-790 (2010).</li><li>Popescu, S. 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=Differential+binding+of+calmodulin-related+proteins+to+their+targets+revealed+through+high-density+Arabidopsis+protein+microarrays.">Differential binding of calmodulin-related proteins to their targets revealed through high-density Arabidopsis protein microarrays.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (11), 4730-4735 (2007).</li><li>Zhu, H., 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=Global+analysis+of+protein+activities+using+proteome+chips.">Global analysis of protein activities using proteome chips.</a> Science. 293 (5537), 2101-2105 (2001).</li><li>Bushell, K. M., Sollner, C., Schuster-Boeckler, B., Bateman, A., Wright, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+screening+for+novel+low-affinity+extracellular+protein+interactions.">Large-scale screening for novel low-affinity extracellular protein interactions.</a> Genome Research. 18 (4), 622-630 (2008).</li><li>Voulgaraki, D., 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=Multivalent+recombinant+proteins+for+probing+functions+of+leucocyte+surface+proteins+such+as+the+CD200+receptor.">Multivalent recombinant proteins for probing functions of leucocyte surface proteins such as the CD200 receptor.</a> Immunology. 115 (3), 337-346 (2005).</li><li>Jiang, L., Barclay, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+leucocyte+surface+protein+interactions+by+high-throughput+screening+with+multivalent+reagents.">Identification of leucocyte surface protein interactions by high-throughput screening with multivalent reagents.</a> Immunology. 129 (1), 55-61 (2010).</li><li>Yeh, F. L., Wang, Y., Tom, I., Gonzalez, L. C., Sheng, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TREM2+Binds+to+Apolipoproteins,+Including+APOE+and+CLU/APOJ,+and+Thereby+Facilitates+Uptake+of+Amyloid-Beta+by+Microglia.">TREM2 Binds to Apolipoproteins, Including APOE and CLU/APOJ, and Thereby Facilitates Uptake of Amyloid-Beta by Microglia.</a> Neuron. 91 (2), 328-340 (2016).</li><li>Jaworski, 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=Operational+redundancy+in+axon+guidance+through+the+multifunctional+receptor+Robo3+and+its+ligand+NELL2.">Operational redundancy in axon guidance through the multifunctional receptor Robo3 and its ligand NELL2.</a> Science. 350 (6263), 961-965 (2015).</li><li>Martinez-Martin, N., 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=The+extracellular+interactome+of+the+human+adenovirus+family+reveals+diverse+strategies+for+immunomodulation.">The extracellular interactome of the human adenovirus family reveals diverse strategies for immunomodulation.</a> Nature Communications. 7, 11473 (2016).</li><li>Nielsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+Secretory+Proteins+with+SignalP.">Predicting Secretory Proteins with SignalP.</a> Methods in Molecular Biology. 1611, 59-73 (2017).</li><li>Krogh, A., Larsson, B., von Heijne, G., Sonnhammer, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+transmembrane+protein+topology+with+a+hidden+Markov+model:+application+to+complete+genomes.">Predicting transmembrane protein topology with a hidden Markov model: application to complete genomes.</a> Journal of Molecular Biology. 305 (3), 567-580 (2001).</li><li>Kall, L., Krogh, A., Sonnhammer, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advantages+of+combined+transmembrane+topology+and+signal+peptide+prediction--the+Phobius+web+server.">Advantages of combined transmembrane topology and signal peptide prediction--the Phobius web server.</a> Nucleic Acids Research. 35 (Web Server issue), W429-W432 (2007).</li><li>Bernsel, A., Viklund, H., Hennerdal, A., Elofsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TOPCONS:+consensus+prediction+of+membrane+protein+topology.">TOPCONS: consensus prediction of membrane protein topology.</a> Nucleic Acids Research. 27 (Web Server issue), W465-W468 (2009).</li><li>Gonzalez, R., 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=Screening+the+mammalian+extracellular+proteome+for+regulators+of+embryonic+human+stem+cell+pluripotency.">Screening the mammalian extracellular proteome for regulators of embryonic human stem cell pluripotency.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (8), 3552-3557 (2010).</li><li>Durocher, Y., Perret, S., Kamen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-level+and+high-throughput+recombinant+protein+production+by+transient+transfection+of+suspension-growing+human+293-EBNA1+cells.">High-level and high-throughput recombinant protein production by transient transfection of suspension-growing human 293-EBNA1 cells.</a> Nucleic Acids Research. 30 (2), E9 (2002).</li><li>Battle, T., Antonsson, B., Feger, G., Besson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-throughput+mammalian+protein+expression,+purification,+aliquoting+and+storage+pipeline+to+assemble+a+library+of+the+human+secretome.">A high-throughput mammalian protein expression, purification, aliquoting and storage pipeline to assemble a library of the human secretome.</a> Combinatorial Chemistry &amp; High Throughput Screening. 9 (9), 639-649 (2006).</li><li>Clark, H. 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=The+secreted+protein+discovery+initiative+(SPDI),+a+large-scale+effort+to+identify+novel+human+secreted+and+transmembrane+proteins:+a+bioinformatics+assessment.">The secreted protein discovery initiative (SPDI), a large-scale effort to identify novel human secreted and transmembrane proteins: a bioinformatics assessment.</a> Genome Research. 13 (10), 2265-2270 (2003).</li></ol>

Eine beträchtliche Anzahl von Orphan Rezeptoren bleiben im menschlichen Genom und neuartige interagierenden Partner weiterhin für die extrazellulären Proteine mit bisher charakterisierten Liganden entstehen. Festlegung der Rezeptor-Ligand-Interaktionen in der Human- und Modellorganismen ist wichtig zum Verständnis der Mechanismen, die zelluläre Kommunikation während der Homöostase sowie Dysregulation führt zu Krankheit zu bestimmen, und daher zu informieren, neue oder verbesserte therapeutische Optionen. Erkennun...

Die Methode überprüft hier beschreibt das Drucken aus einer Sammlung von extrazellulären Proteine in einem Microarray-Format, gefolgt von einer Methode für das Screening eines Ziels des Interesses gegen diese Bibliothek. Wir haben als ein entscheidender Schritt für die Erkennung von Interaktionen gekennzeichnet durch niedrige verbindliche Affinitäten Protein Multimerization identifiziert. Zur Erkennung dieser Interaktionen zu verbessern, beschreiben wir ein Protokoll basiert auf Multimerization der Abfrage-Proteins des Interesses mit Microbeads.
Sezerniert und Oberfläche ausgedrückt Zellproteinen (kollektiv extrazellulären Proteine genannt) zusammen mit ihren Interaktionspartnern sind wichtige Regulatoren des Mobilfunkes, Signalisierung und Interaktion mit der Mikroumgebung. Sie sind daher unerlässlich bei der Regulierung der vielen physiologischer und pathologischer Prozessen. Etwa ein Viertel des menschlichen Genoms (≈5, 000 Proteine) für extrazelluläre Proteine kodiert, die aufgrund ihrer Bedeutung und Zugänglichkeit systematisch gelieferten Medikamente, wesentliche Ziele für Droge-Entwicklung-1vertreten. Folglich stellen extrazellulären Proteine mehr als 70 % der Protein-Targets mit bekannten pharmakologischen Wirkung für zugelassene Medikamente auf dem Markt, bekannt als das "druggable Proteom". Trotz ihrer Bedeutung und Fülle bleiben die extrazelluläre Protein-Protein Interaktion (ePPI) Netze auffallend unterrepräsentiert in den verfügbaren Datenbanken. Dies ist grundsätzlich aufgrund der komplexen biochemischen Natur der extrazellulären Proteine, die deren Charakterisierung mit den meisten verfügbaren Technologien2ausschließt. Erstens sind Membranproteine schwer zu lösen, einen Prozess, der oft harten waschen Bedingungen und Reinigungsmittel beinhaltet; Zweitens fehlt extrazellulären Proteine häufig relevanten post-translationalen Modifikationen wie Glykosylierung, die fehlen, wenn diese Proteine in allgemein ausgedrückt werden heterologe Systemen verwendet. Schließlich, Wechselwirkungen zwischen Rezeptoren, wie Co-Rezeptoren auf Immunzellen, ausgedrückt sind oft vorübergehend und zeichnet sich durch sehr niedrige Affinitäten (K-D in ~ 1 μM bis > 100 μM-Bereich). Insgesamt verwendet die Natur dieser Proteine und deren Bindung, die am weitesten verbreitete Partner erbringen Technologien wie Affinität Reinigung/Massenspektrometrie (AP/MS) oder Hefe-zwei-Hybrid, ungeeignet für die Erkennung von Interaktionen in den Extrazellulärraum 2 , 3.
In dem Bemühen, diese technische Herausforderungen zu meistern und beschleunigen die Entdeckung neuartiger Interaktionen für extrazelluläre Proteine entwickelten wir eine hohe Abdeckung extrazelluläre Protein Microarray4,5. Microarrays bieten den Vorteil hoher Dichte Oberflächen mit kleinen Probenmengen zu erzeugen und sind in der Regel für Hochdurchsatz Studien zugänglich. Protein Microarray-basierte Studien haben bereits relevante Einblicke in Protein-Interaktionen für mehrere Modellorganismen vorgesehen, allerdings mit Schwerpunkt vor allem auf cytosolischen Interaktionen oder spezifisches Protein Familien6,7, 8. Im Gegensatz dazu hat begrenzte gearbeitet um extrazelluläre Protein-Interaktionen mit dieser Technologie zu untersuchen. Haben wir eine Protein Microarray Methode zum Studium der ePPIs ermöglichen durch den Aufbau einer umfassenden und vielseitigen Bibliothek der gereinigten sekretierten Proteine und einzelne transmembrane (STM) Rezeptoren ausgedrückt als rekombinante extrazelluläre Domänen (ECD) verschmolzen häufige Tags für Affinität Reinigung4. Der Erfolg der Protein-Microarray-Bildschirme stützt sich auf die Schaffung einer qualitativ hochwertigen Protein-Bibliothek. Für den Ausdruck von der Bibliothek und die Abfrage Protein wurden Säugerzellen oder Insektenzellen bevorzugt als heterologe Expressionssysteme gewählt um richtige Zugabe von post-translationalen Modifikationen wie Glykosylierung oder umgeformt Anleihen sicherzustellen. SDS-PAGE, Größe Ausgrenzung Chromatographie und Laser Multiwinkel Lichtstreuung sind Techniken häufig genutzt, um rekombinante Proteinqualität zu bewerten. Die Protein-Bibliothek ist dann auf Epoxysilane Dias gesichtet und bei-20 ° C für die langfristige Nutzung gespeichert. Proteinkonzentrationen oberhalb von 0,4 mg/mL sind für die nachfolgend beschriebenen Protokoll empfohlen. Daher erfordern niedrig exprimierenden Proteine einen Konzentration Schritt vor der Probe drucken und speichern. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technik ist jedoch das geringe Volumen des Proteins erforderlich (50 μg des Proteins ist ausreichend, um ausführen > 2.000 Bildschirme), neben minimalen Abfrage Proteinkonsum (20-25 μg pro Duplikate Bildschirm). Mit dem Protokoll und Ausrüstung hier beschrieben und Bibliotheken zur Verfügung gestellt, können Ergebnisse für Einzelabfrage Proteine erzeugt werden, innerhalb eines Arbeitstages.
Eine große Herausforderung bei der Aufdeckung von Protein-Interaktionen in der extrazellulären Umgebung ergibt sich aus ihrer charakteristisch schwach oder vorübergehender Natur, die Identifizierung durch die am häufigsten verwendeten Methoden ausschließt. Erhöhung der verbindlichen Avidity stark verbessert Empfindlichkeit zur Erkennung von schwachen Protein Interaktionen9,10,11. Basierend auf diesem Prinzip wir entwickelten eine Methode, um Multimerize die Abfrage-Proteine (ausgedrückt als Fc Fusion) mit Protein A-beschichtete Perlen4,5. Um jede mögliche Inaktivierung des Abfrage-Proteins durch zufällige Kennzeichnung zu vermeiden, wir stattdessen eine irrelevante menschliche Immunglobulin G mit Cy5 beschriften und fügen Sie es zusammen mit dem Abfrage-Protein Protein A-Perlen, wodurch Artefakte aufgrund der direkten Konjugation von einem Färben Sie, das Protein des Interesses. Angesichts der mikromolaren Affinitäten von mehreren Paaren Ko-Rezeptor, verbessern die multivalente Anlagen stark Signal-Rausch-Verhältnis, im Vergleich zu Fc-Abfrage Fusionsproteine als lösliche Proteine4gezeigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen ist das Ziel dieses Protokolls, die Vorbereitung der Microarray-Folien mit einer vorbestehenden extrazelluläre Protein Bibliothek zur Identifizierung von Rezeptor-Ligand-Interaktionen zu beschreiben. Wir überprüfen die Schritte für die Folie drucken, gefolgt von einem Protokoll für das Screening von einem Protein des Interesses gegen die extrazelluläre Protein-Bibliothek. Darüber hinaus beschreiben wir eine Methode für die erweiterte Erkennung von ePPIs basierend auf Microbeads erhöhte Avidität des Proteins unter Studie zu erreichen. Die hier beschriebenen extrazelluläre Protein-Microarray-Technologie stellt einen schnellen, robusten und effektiven Ansatz für screening und Erkennung von neuartigen ePPI mit niedrige False-Positive-Verhältnisse und durch die einzige Mikrogramm Mengen des Proteins Abfrage unter Verwendung Untersuchung. Diese Technologie hat mehrere Studien angeheizt, die relevante Einblicke in bisher unbekannte Zellfunktionen und Signalwege für eine Vielzahl von Rezeptoren12,13, darunter virale Immunoregulators14zur Verfügung gestellt haben, und kann genutzt werden, um eine extrazelluläre Protein des Interesses de-orphanize.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ultra Pure MB Grade glycerol</td>
			<td>USB Corporation</td>
			<td>56-81-5</td>
			<td>Protein storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SeptoMark blocking buffer&#160;</td>
			<td>Zeptosens</td>
			<td>BB1, 90-40</td>
			<td>Blocking buffer microarray slides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Roche</td>
			<td>03-117-957-001</td>
			<td>Slide control for mask fitting (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene multiwell plates</td>
			<td>Greiner Bio One</td>
			<td>82050-678</td>
			<td>Protein storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene multiwell plates</td>
			<td>Arrayit</td>
			<td>MMP384</td>
			<td>Slide printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoPrint LM60, or similar contact microarrayer</td>
			<td>Arrayit</td>
			<td>NanoPrint LM60, or similar contact microarrayer</td>
			<td>Slide printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro spotting pins</td>
			<td>Arrayit</td>
			<td>Micro spotting pins</td>
			<td>Slide printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZeptoFOG blocking station</td>
			<td>Zeptosens</td>
			<td>ZeptoFOG blocking station, 1210</td>
			<td>Block slides after printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Skim milk powder</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>LP0031</td>
			<td>Blocking solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxysilane-coated glass slide</td>
			<td>Nextrion Slide E</td>
			<td>1064016</td>
			<td>Microarray slides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass holder and slide rack set</td>
			<td>Wheaton</td>
			<td>900303</td>
			<td>Slide storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy5 monoreactive dye</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>PA23031</td>
			<td>Albumin labeling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy5 monoreactive dye</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>PA25001</td>
			<td>Human IgG labeling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pro-spin desalting column</td>
			<td>Princeton Separations</td>
			<td>CS-800</td>
			<td>Remove free dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive aluminum foil seal</td>
			<td>AlumaSeal</td>
			<td>F-384-100</td>
			<td>Seal stock plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene cryogenic vials</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430658</td>
			<td>Master vials for protein library storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein A microbeads</td>
			<td>Miltenyi</td>
			<td>120-000-396</td>
			<td>Query protein multimerization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human IgG</td>
			<td>Jackson Immunoresearch</td>
			<td>&#160;009-000-003</td>
			<td>Irrelevant IgG for labeling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein A</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>&#160;P7837</td>
			<td>Microarray slide blocking</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybridization station, a-Hyb or similar</td>
			<td>Miltenyi</td>
			<td>Hybridization station, a-Hyb or similar</td>
			<td>Automated microarray processing (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GenePix 4000B scanner or similar</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>GenePix 4000B scanner or similar</td>
			<td>Slide scanning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GenePix Pro or equivalent data extraction software</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>GenePix Pro or equivalent data extraction software</td>
			<td>Data processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal P4.1</td>
			<td>DTU Bioinformatics, Technical University of Denmark</td>
			<td>online software</td>
			<td>Prediction tool to determine presence and location of signal peptide cleavage sites</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMHMM 2.0 server</td>
			<td>DTU Bioinformatics, Technical University of Denmark</td>
			<td>online software</td>
			<td>Prediction of transmembrane helices in proteins</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phobius</td>
			<td>Stockholm Bioinformatics Center</td>
			<td>online software</td>
			<td>A combined transmembrane topology and signal peptide predictor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TOPCONS</td>
			<td>Stockholm University</td>
			<td>online software</td>
			<td>Prediction of membrane topology and signal peptides</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

extracellular protein microarray technology for high throughput detection of low affinity receptor-ligand interactions

Sezernierten Faktoren, Membran-angebunden-Rezeptoren und ihren Interaktionspartnern sind wichtigsten Regulatoren des Mobilfunkes und Einleitung der Signalisierung Kaskaden während der Homöostase und Krankheit, und als solche therapeutischen Ziele dar. Trotz ihrer Relevanz bleiben diese Interaktion Netze deutlich unterrepräsentiert in aktuellen Datenbanken; Daher müssen die extrazellulären Proteine keine dokumentierten Bindungspartner. Diese Diskrepanz ist vor allem auf die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Studium der extrazellulären Proteine, einschließlich Ausdruck Funktionsproteine und der schwachen, niedrige Affinität, Protein-Interaktionen, die oft zwischen Zellrezeptoren Oberfläche hergestellt. Diese Methode dient zum Drucken einer Bibliothek von extrazellulären Proteinen in einem Microarray-Format für das Screening von Protein-Protein-Wechselwirkungen beschreiben. Zur Erkennung der schwachen Wechselwirkungen zu ermöglichen, wird eine Methode basiert auf Multimerization des Proteins Abfrage unter Studie beschrieben. Dabei Microbead-basierte Multimerization für erhöhte Multivalenz gekoppelt, ermöglicht die Protein-Microarray robuste Erkennung von transienten Protein-Protein-Interaktionen in hohem Durchsatz. Diese Methode bietet einen schnellen und niedrigen Probe verbraucht-Ansatz zur Identifizierung von jedem extrazelluläre Protein für neue Interaktionen. Protein-Microarray-Druck und screening-Protokoll werden beschrieben. Diese Technologie wird für die Ermittler suchen eine robuste Methode zur Entdeckung von Protein-Interaktionen in den Extrazellulärraum nützlich sein.

Eine schematische Darstellung des Workflows für die extrazelluläre Protein-Microarray-Technologie ist in Abbildung 1dargestellt. Sobald die Microarray-Folien mit der extrazelluläre Protein-Bibliothek zur Verfügung stehen, kann das Screening des Proteins des Interesses und Datenanalyse innerhalb eines Tages abgeschlossen werden. Viele physiologisch relevante Wechselwirkungen zwischen Membran eingebettet Rezeptoren zeichnen sich durch sehr schwache Bindung ...

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Extracellular Protein Microarray Technology for High Throughput Detection of Low Affinity Receptor-Ligand Interactions

Hier präsentieren wir ein Protokoll zum Bildschirm extrazelluläre Protein Microarrays zur Identifizierung von Roman-Rezeptor-Ligand-Interaktionen in hohem Durchsatz. Wir beschreiben auch eine Methode zur Erkennung von transienten Proteinprotein Interaktionen zu verbessern mithilfe von Protein-Microbead-komplexe.

Extrazelluläre Protein-Microarray-Technologie für hohen Durchsatz-Erkennung von geringe Affinität-Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen

Secreted factors, membrane-tethered receptors, and their interacting partners are main regulators of cellular communication and initiation of signaling ...

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen auf dem Gebiet der Proteinprotein-Wechselwirkungen zu beantworten, indem sie den Nachweis neuartiger Bindungspartner für extrazelluläre Proteine ermöglicht, sowohl bei hohem Durchsatz als auch mit hoher Empfindlichkeit. Der Hauptvorteil dieser Methode ist, dass Sie mit nur wenigen Mikrogramm Protein Hunderte von Dias mit dem Micro-Array-Drucker erzeugen können. Verwenden Sie einen Standard-Mikroarrayer für den Foliendruck.Dieses Gerät hat eine Kapazität von 57 Dias pro Durchlauf, verwendet einen Druckkopf mit 48 Spotting-Pins und kann bis zu 8.000 Spots pro Folie aufnehmen. Generieren Sie Arbeitsplatten mit 384 Wellplatten bei 10 Mikroliter Nasth pro Bohrung aus den Lagerplatten. Führen Sie diesen Schritt manuell aus, bevor Sie mit dem Micro-Arrayer drucken.Dann erkennen Proteine mit Quill-Typ Spotting-Pins auf Epoxid-Silan-Dias bei 60%Feuchtigkeit, um eine Austrocknung der Proteinflecken zu verhindern. Cy3-beschriftetes Rinderserumalbumin kann zwischen jeder Proteinprobe doppelt gesichtet werden, um das Array für die Maskenanpassung zu visualisieren. Entfernen Sie nach dem Druck die Protein-Mikro-Array-Dias aus der befeuchteten Umgebung.Verwenden Sie als Nächstes einen Ultraschall-Fogger, um einen feinen Nebel der Blockierlösung zu erzeugen, der sich auf der Gleitfläche absetzt. Blockieren Sie dann die Dias über Nacht mit 5% Milch in PBST, um die Oberfläche zu aktivieren. Lagern Sie Dias bei minus 20 Grad Celsius in 50% Glycerin, um das Einfrieren zu verhindern.Wechselwirkungen zwischen extrazellulären Proteinen sind oft durch ihre geringen Affinitäten gekennzeichnet. Um den Nachweis dieser Wechselwirkungen zu ermöglichen, haben wir durch die Erhöhung der Bindungs-Avidität einen multivalenten Ansatz entwickelt, der auf der Erfassung des abgefragten Proteins basiert, ausgedrückt als FC-markierte extrazelluläre Domänen auf Protein A-beschichteten Mikroperlen. Drehen Sie den Träger IgG, der mit Cy5 Mono-Reaktivfarbstoff beschriftet wurde, wie im Textprotokoll beschrieben.Um das Molverhältnis des Abfrageproteins und des Cy5 IgG zu berechnen, dividieren Sie das Molekulargewicht des Abfrageproteins durch das Molekulargewicht des IgG und multiplizieren Sie es mit 40 Mikrogramm pro Milliliter, um die benötigte Cy5-IgG-Konzentration zu bestimmen. Sobald alle Verhältnisse ermittelt wurden, bilden die Mikroperlenprotein-Komplex durch die Kombination der FC-getaggten Abfrage und der Cy5 IgG mit dem Protein A Mikroperlen. Mischen Sie die Aufhängung in PBS auf einem Rohrrotator für 30 Minuten bei Raumtemperatur, vor Licht geschützt.Um mit dem Screening zu beginnen, wärmen Sie die vorbereiteten Dias bei Raumtemperatur, bevor Sie auf die Hybridisierungsstation geladen werden. Um das Screening durchzuführen, waschen Sie zuerst das Mikro-Array mit PBST für eine Minute, um Restglycerin zu entfernen. Laden Sie 200 Mikroliter von einem Milligramm pro Milliliter Protein A in PBS 5%Milch und inkubieren für 30 Minuten, um zu verhindern, dass unkomplexe Protein A Mikroperlen an FC-markierte Proteine binden, die im Mikro-Array vorhanden sein können.Nach dem Abwälten der Hybridisierungsstation werden die Dias mit PBST abgeladen, 200 Mikroliter des Abfrage-Mikroperlenkomplexes in Gegenwart von einem Milligramm pro Milliliter-Protein A geladen und 30 Minuten inkubiert. Nach Hybridisierung und Waschen der Dias durch die Hybridisierungsstation gleitet mit Wasser und legen Sie sie in einzelne 50 Milliliter Konische Rohre. Trocknen Sie die Rohre, indem Sie bei 900 mal G für fünf Minuten drehen.Scannen Sie schließlich die Dias mit einem Mikro-Array-Scanner, der für die Erkennung der Cy3- und Cy5-Fluoreszenz mit 532 bzw. 635 Nanometern geeignet ist. Hier ist ein repräsentatives Bild einer gedruckten Folie zu sehen. Die Cy3-beschrifteten Rinderserum-Albumin-Spots sind grün.Die Spots wurden als Qualitätskontrolle des Druckprozesses in zwei Teilen gedruckt. Repräsentative Ergebnisse eines verwaisten Proteins, das zur Identifizierung von Bindungspartnern mit der extrazellulären Protein-Mikroarray-Technologie gescreent wird, werden hier gezeigt. Die doppelten roten Flecken werden als Treffer für das abgeschirmte Abfrageprotein identifiziert.Diese beschriebene Methode ist sehr vielseitig und kann für den Druck einer Vielzahl von Proteinbibliotheken verwendet werden, seien es spezifische Proteinfamilien oder große Zusammenstellungen von Proteinen wie unserer. Jedes Protein von Interesse kann ausgewertet werden. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, die Dias mit Sorgfalt zu behandeln und sicherzustellen, dass sie nicht austrocknen, um den Verlust der Aktivität der gedruckten Proteine zu verhindern.Nach dem Screen eines Proteins von Interesse, ist es dringend ratsam, alle Treffer, die durch die Verwendung von orthogonalen Technologien beobachtet werden, wie Oberflächenplasmonresonanz, weiter zu validieren. Nach ihrer Entwicklung hat diese Technik den Weg für Forscher geebnet, um extrazelluläre Protein-Wechselwirkungen beim Menschen zu untersuchen.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Protein Complex Affinity Capture from Cryomilled Mammalian Cells

Protein Complex Affinity Capture von Cryomilled Mammalian Cells

Affinity capture is an effective technique for isolating endogenous protein complexes for further study. When used in conjunction with an antibody, this ...

Forschung

Biochemie

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

Verfahren zur Identifizierung von niedermolekularen Inhibitoren des Protein-Protein-Wechselwirkung zwischen HCN1- und TRIP8b

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

A Simple, Robust, and High Throughput Single Molecule Flow Stretching Assay Implementation for Studying Transport of Molecules Along DNA

Einfach, Robust und hohen Durchsatz Molekül fließen Stretching Assay-Implementierung für das Studium Transport von Molekülen entlang DNA

We describe a simple, robust and high throughput single molecule flow-stretching assay for studying 1D diffusion of molecules along DNA. In this assay, ...

A Fluorescence Fluctuation Spectroscopy Assay of Protein-Protein Interactions at Cell-Cell Contacts

Eine Fluoreszenz Fluktuation Spektroskopie Assay von Protein-Protein-Wechselwirkungen an den Zell-Zell-Kontakten

A variety of biological processes involves cell-cell interactions, typically mediated by proteins that interact at the interface between neighboring ...

High Sensitivity Measurement of Transcription Factor-DNA Binding Affinities by Competitive Titration Using Fluorescence Microscopy

Hohe Empfindlichkeit Messung der Transkription Faktor-DNA verbindlichen Affinitäten durch wettbewerbsfähige Titration mit Fluoreszenz-Mikroskopie

Accurate quantification of transcription factor (TF)-DNA interactions is essential for understanding the regulation of gene expression. Since existing ...

Use of Microscale Thermophoresis to Measure Protein-Lipid Interactions

Einsatz der mikroskaligen Thermophorese zur Messung von Protein-Lipid-Wechselwirkungen

The ability to determine the binding affinity of lipids to proteins is an essential part of understanding protein-lipid interactions in membrane ...

High-Pressure NMR Experiments for Detecting Protein Low-Lying Conformational States

Hochdruck-NMR-Experimente zum Nachweis von proteinarmen Konformationszuständen

High-pressure is a well-known perturbation method that can be used to destabilize globular proteins and dissociate protein complexes in a reversible ...

A "Dual-Addition" Calcium Fluorescence Assay for the High-Throughput Screening of Recombinant G Protein-Coupled Receptors

Ein "Dual-Addition"-Calciumfluoreszenz-Assay für das Hochdurchsatz-Screening von rekombinanten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren

G protein-coupled receptors (GPCRs) represent the largest superfamily of receptors and are the targets of numerous human drugs. High-throughput screening ...

Optimization of Flow Cytometric Sorting Parameters for High-Throughput Isolation and Purification of Small Extracellular Vesicles

Optimierung der durchflusszytometrischen Sortierparameter für die Hochdurchsatzisolierung und Aufreinigung kleiner extrazellulärer Vesikel

Small extracellular vesicles (sEV) can be released from all cell types and carry protein, DNA, and RNA. Signaling molecules serve as indicators of the ...

High-Throughput Protein Crystallization via Microdialysis

High-Throughput Protein Crystallization via Microdialysis

Hochdurchsatz-Proteinkristallisation mittels Mikrodialyse

Understanding the structure-function relationships of macromolecules, such as proteins, at the molecular level is vital for biomedicine and modern drug ...