Name: native cell membrane nanoparticles system for membrane protein-protein interaction analysis
Uploaded: 2020-07-16T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Native Cell Membrane Nanoparticles System for Membrane Protein-Protein Interaction Analysis at JoVE.com

Bu araştırma, VCU başlangıç fonu (Y.G.'ye) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü tarafından R01GM132329 Ödül Numarası altında (Y.G.'ye) desteklendi. İçerik sadece yazarların sorumluluğundadır ve Ulusal Sağlık Enstitülerinin resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir. Montserrat Samso ve Kevin McRoberts'e video kaydına verdikleri cömert destek için teşekkür ederiz.

1. Protein ifadesi
<ol><li>37 °C'de bir gecede 50 mL tüplerde plazmidleri ifade eden AcrB'yi içeren BL21(DE3) pLysS hücreleri ile plazmidlere özgü antibiyotiklerle 15 mL Müthiş Et Suyu (TB) medyasını 250 rpm'de sallayarak aşıla.</li>
	<li>Geceleme kültürünün optik yoğunluğunu 600 nm 'de (OD600)kontrol edin ve 2,0'ın üzerinde olduğundan emin olun.</li>
	<li>5 mL hücre kültürünü plazmidlere özgü antibiyotikler içeren 1 L TB ortama seyreltin ve OD600 =0.8'ekadar sallanara...

<ol>
	<li>Berggard, T., Linse, S., James, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+the+detection+and+analysis+of+protein-protein+interactions.">Methods for the detection and analysis of protein-protein interactions.</a> Proteomics. 7 (16), 2833-2842 (2007).</li><li>Huang, H., Bader, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+and+recall+estimates+for+two-hybrid+screens.">Precision and recall estimates for two-hybrid screens.</a> Bioinformatics. 25 (3), 372-378 (2009).</li><li>Serebriiskii, I. G., Golemis, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-hybrid+system+and+false+positives.+Approaches+to+detection+and+elimination.">Two-hybrid system and false positives. Approaches to detection and elimination.</a> Methods in Molecular Biology. 177, 123-134 (2001).</li><li>Gingras, A. C., Gstaiger, M., Raught, B., Aebersold, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+protein+complexes+using+mass+spectrometry.">Analysis of protein complexes using mass spectrometry.</a> Nature Reviews in Molecular Cell Biology. 8 (8), 645-654 (2007).</li><li>Ngounou Wetie, A. G., 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=Investigation+of+stable+and+transient+protein-protein+interactions:+Past,+present,+and+future.">Investigation of stable and transient protein-protein interactions: Past, present, and future.</a> Proteomics. 13 (3-4), 538-557 (2013).</li><li>Schaufele, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximizing+the+quantitative+accuracy+and+reproducibility+of+Forster+resonance+energy+transfer+measurement+for+screening+by+high+throughput+widefield+microscopy.">Maximizing the quantitative accuracy and reproducibility of Forster resonance energy transfer measurement for screening by high throughput widefield microscopy.</a> Methods. 66 (2), 188-199 (2014).</li><li>Berney, C., Danuser, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FRET+or+no+FRET:+a+quantitative+comparison.">FRET or no FRET: a quantitative comparison.</a> Biophysical Journal. 84 (6), 3992-4010 (2003).</li><li>Almen, M. S., Nordstrom, K. J., Fredriksson, R., Schioth, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+human+membrane+proteome:+a+majority+of+the+human+membrane+proteins+can+be+classified+according+to+function+and+evolutionary+origin.">Mapping the human membrane proteome: a majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin.</a> BMC Biology. 7, 50 (2009).</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> Nature Reviews in Drug Discovery. 5 (12), 993-996 (2006).</li><li>Berman, H. M., 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+Protein+Data+Bank.">The Protein Data Bank.</a> Nucleic Acids Research. 28 (1), 235-242 (2000).</li><li>Overduin, M., Esmaili, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memtein:+The+fundamental+unit+of+membrane-protein+structure+and+function.">Memtein: The fundamental unit of membrane-protein structure and function.</a> Chemistry and Physics of Lipids. 218, 73-84 (2019).</li><li>Qiu, W., 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=Structure+and+activity+of+lipid+bilayer+within+a+membrane-protein+transporter.">Structure and activity of lipid bilayer within a membrane-protein transporter.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U. S. A. 115 (51), 12985-12990 (2018).</li><li>Knowles, T. J., 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=Membrane+proteins+solubilized+intact+in+lipid+containing+nanoparticles+bounded+by+styrene+maleic+acid+copolymer.">Membrane proteins solubilized intact in lipid containing nanoparticles bounded by styrene maleic acid copolymer.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (22), 7484-7485 (2009).</li><li>Xue, M., Cheng, L., Faustino, I., Guo, W., Marrink, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Mechanism+of+Lipid+Nanodisk+Formation+by+Styrene-Maleic+Acid+Copolymers.">Molecular Mechanism of Lipid Nanodisk Formation by Styrene-Maleic Acid Copolymers.</a> Biophysical Journal. 115 (3), 494-502 (2018).</li><li>Parmar, M., 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=Using+a+SMALP+platform+to+determine+a+sub-nm+single+particle+cryo-EM+membrane+protein+structure.">Using a SMALP platform to determine a sub-nm single particle cryo-EM membrane protein structure.</a> Biochimica and Biophysica Acta Biomembrames. 1860 (2), 378-383 (2018).</li><li>Yu, L., Lu, W., Wei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AcrB+trimer+stability+and+efflux+activity,+insight+from+mutagenesis+studies.">AcrB trimer stability and efflux activity, insight from mutagenesis studies.</a> PLoS One. 6 (12), 28390 (2011).</li><li>Broussard, J. A., Rappaz, B., Webb, D. J., Brown, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+resonance+energy+transfer+microscopy+as+demonstrated+by+measuring+the+activation+of+the+serine/threonine+kinase+Akt.">Fluorescence resonance energy transfer microscopy as demonstrated by measuring the activation of the serine/threonine kinase Akt.</a> Nature Protocols. 8 (2), 265-281 (2013).</li><li>Ma, L., Yang, F., Zheng, J. <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+fluorescence+resonance+energy+transfer+in+protein+studies.">Application of fluorescence resonance energy transfer in protein studies.</a> Journal of Molecular Structure. 1077, 87-100 (2014).</li><li>Sachl, R., Humpolickova, J., Stefl, M., Johansson, L. B., Hof, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+electronic+energy+transfer+in+the+determination+of+lipid+nanodomain+sizes.">Limitations of electronic energy transfer in the determination of lipid nanodomain sizes.</a> Biophysical Journal. 101 (11), 60-62 (2011).</li><li>Woehler, A., Wlodarczyk, J., Neher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal/noise+analysis+of+FRET-based+sensors.">Signal/noise analysis of FRET-based sensors.</a> Biophysical Journal. 99 (7), 2344-2354 (2010).</li><li>Wang, Z., 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=Comparison+of+in+vitro+and+in+vivo+oligomeric+states+of+a+wild+type+and+mutant+trimeric+inner+membrane+multidrug+transporter.">Comparison of in vitro and in vivo oligomeric states of a wild type and mutant trimeric inner membrane multidrug transporter.</a> Biochemical and Biophysical Reports. 16, 122-129 (2018).</li><li>Scarff, C. A., Fuller, M. J. G., Thompson, R. F., Iadaza, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variations+on+Negative+Stain+Electron+Microscopy+Methods:+Tools+for+Tackling+Challenging+Systems.">Variations on Negative Stain Electron Microscopy Methods: Tools for Tackling Challenging Systems.</a> Journal of Visualized Experiments. (132), e57199 (2018).</li><li>Lu, W., Zhong, M., Wei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+of+AcrB+Subunit+Precedes+Trimerization.">Folding of AcrB Subunit Precedes Trimerization.</a> Journal of Molecular Biology. 411 (1), 264-274 (2011).</li><li>Lebon, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structure and Function of GPCRs. , 229-230 (2019).</li><li>Rames, M., Yu, Y., Ren, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+negative+staining:+a+high-throughput+protocol+for+examining+small+and+asymmetric+protein+structure+by+electron+microscopy.">Optimized negative staining: a high-throughput protocol for examining small and asymmetric protein structure by electron microscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (90), e51087 (2014).</li><li>Lee, 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=A+method+for+detergent-free+isolation+of+membrane+proteins+in+their+local+lipid+environment.">A method for detergent-free isolation of membrane proteins in their local lipid environment.</a> Nature Protocols. 11 (7), 1149-1162 (2016).</li><li>Hall, S. C. L., 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=An+acid-compatible+co-polymer+for+the+solubilization+of+membranes+and+proteins+into+lipid+bilayer-containing+nanoparticles.">An acid-compatible co-polymer for the solubilization of membranes and proteins into lipid bilayer-containing nanoparticles.</a> Nanoscale. 10 (22), 10609-10619 (2018).</li><li>Oluwole, A. O., 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=Solubilization+of+Membrane+Proteins+into+Functional+Lipid-Bilayer+Nanodiscs+Using+a+Diisobutylene/Maleic+Acid+Copolymer.">Solubilization of Membrane Proteins into Functional Lipid-Bilayer Nanodiscs Using a Diisobutylene/Maleic Acid Copolymer.</a> Angewandte Chemie International Edition England. 56 (7), 1919-1924 (2017).</li></ol>

Protein-protein etkileşimleri membran proteinlerinin yapısının ve işlevinin bütünlüğü için önemlidir. Protein-protein etkileşimlerini araştırmak için birçok yaklaşım geliştirilmiştir. Çözünür proteinlerle karşılaştırıldığında, membran proteinlerinin benzersiz içsel özellikleri nedeniyle membran proteinlerinin ve PPI'larının incelenmesi daha zordur. Bu zorluk esas olarak membran proteinlerinin yapısal stabilite ve işlevsellik için yerel bir lipid bilayer ortamına gömülmesi gereks...

Protein-protein etkileşimleri (ÜFE), proteinlerin yapısının ve işlevinin korunmasından tüm sistemlerin düzenlenmesine kadar biyoloji boyunca önemli roller oynar. PPI'lar birçok farklı biçimde gelir ve ne tür etkileşimler oluşturduklarına göre kategorize edilebilir. Bu kategorilerden biri homooligomerik veya heterooligomeriktir, etkileşimlerin özdeş alt biralar veya alt bira olarak hareket eden farklı proteinler arasında olup olmadığına dayanır. Başka bir kategori, etkileşimler istikrarlı komplekslerin veya geçici karmaşık durumların oluşumuna yol açıyorsa, etkileşimin gücüne dayanır. Proteinler arasındaki PPI'lar hakkında yapısal bilgiler, proteinlerin işlevlerini yerine getirme mekanizmasını anlamada çok önemlidir. Proteinlerin% 80'inden fazlasının fonksiyonel rollerini yerine getirmek için karmaşık oluşuma güvendiği tahmin edilmiştir1. Doğru doğuştan gelen işleyiş için PPI'lara bağımlı olduğu gözlenen proteinlerin yüzdesinin biyolojideki önemi kolayca belirgindir, ancak bu etkileşimlere giren proteinleri düzgün bir şekilde araştırabilmek, proteinlerin PPI'ları oluştururken deneysel olarak gözlemlemek için mevcut tekniklerdeki sınırlamalar nedeniyle zor olmaya devam etmektedir.
Şu anda mevcut PPI belirleme tekniklerinin çoğundan elde edilen yüksek gürültü, yanlış pozitifler ve yanlış negatifler nedeniyle deneysel olarak belirlenen birçok PPI için sonuçlar arasında yüksek derecede anlaşmazlık vardır. Bu özellikle maya iki melez (Y2H) sistemi, tandem benzeşim saflaştırma-kütle spektrometresi (TAP-MS) ve ÜFE belirleme 2 ,3,4,5,6,7için en sık kullanılan yöntemlerden üçünü temsil eden floresan rezonans enerji transferi (FRET) için böyledir. Buna karşılık, nükleer manyetik rezonans (NMR), X-ışını kristalografisi ve elektron mikroskopisi (EM) gibi protein yapısal biyoloji teknikleri, atom seviyesine kadar protein-protein etkileşimleri hakkında yüksek çözünürlüklü yapısal bilgiler elde etmek ve ilgi çekici bir hedef protein için meydana gelen etkileşimlerin doğrudan görsel olarak onaylanmasını sağlamak için kullanılabilir. Şu anda mevcut olan tüm yapı tabanlı olmayan ÜFE belirleme araştırma teknikleri (örneğin, Y2H, TAP-MS ve FRET) bu yetenekten yoksundur ve ayrıca proteinler arasındaki zayıf ve geçici etkileşimleri tanımlamakta zorlanmaktan muzdariptir5. Bu eksiklikler, uygun kuaterner yapı ve heteromerik kompleks montajın oluşumunu etkileyen lipid ortamının ek değişkeninin getirdiği ek karmaşıklık nedeniyle membran proteinleri incelerken daha da artmaktadır.
Membran proteinleri proteomun büyük bir kısmını oluşturan ve tüm canlı organizmalarda uygun hücre işleyişinde birçok önemli rol oynadığı bilinmektedir. Membran proteinlerinin insan genomunun% 27'sini oluşturduğu ve mevcut tüm ilaç hedeflerinin ~ % 60'ını oluşturduğu tahmin etmesine rağmen, yayınlanan tüm protein yapılarının sadece ~ 2.2'sini oluşturan membran proteinleri için çözülmüş modellerin sayısında büyük bir anormallik vardır8,9,10. Yapısal bilgilerin mevcudiyetinde tutarsızlığın birincil nedeni, membran proteinlerinin içsel özelliklerinde yatmaktadır. Zayıf çözünürlükleri, yerel yapıyı ve işlevi korumak için lipid ortamı ile etkileşimlerine güvenmeleri ve lipid zarının kendisinin çeşitli fizikokimyasal özellikleri nedeniyle, membran proteinleri bunları incelemek için yapısal biyoloji tekniklerini uygularken önemli bir sorunu temsil etmeye devam eder. Bu içsel özelliklerden doğru yapısal bilgi elde etmek için en önemlisi, doğal lipit ortamlarıyla etkileşime sahip olmalarının doğal yapılarını ve işlevlerini korumaları gereksinimidir. Lipid ortamı, membran proteinlerinin yapısının ve işlevinin ayrılmaz bir parçasıdır, membin kavramı (membran ve protein kelimelerinin bir kombinasyonu) membran-protein yapısının ve işlevinin temel birimi olarak önerilmiştir11. Lipid-protein etkileşimlerinin önemine rağmen, şu anda mevcut olan yapı tabanlı PPI belirleme teknikleri genellikle çalışılan proteinlerin çözünür olmasını veya deterjanlarla çözünür olmasını gerektirir. Sert deterjanlara maruz kalmak proteinleri denatüre edebilir veya toplama, proteinin denatürasyonu, yaygın olmayan etkileşimlerin ayrışması ve yapay oligomerik durumların oluşumuna neden olabilen delipidasyon nedeniyle yanlış pozitif ve negatiflere neden olabilir. Membran proteinlerinin doğal oligomerik durumunun doğru tespiti için doğal bir lipit ortamının korunmasının gerekliliği nedeniyle, daha önce bildirilen Stiren Maleik Asit Lipid Parçacıkları (SMALP)13 yöntemine dayanan bir Native Cell Membrane Nanopartiküls sistemi (NCMNs)12 geliştirdik.
SMALP, membran proteinlerini ayıklamak ve çözündürmek için membran aktif polimer olarak stiren maleik asit kopolölçer kullanır. Poli(Stiren-ko-Maleik Asit) (SMA), hidrofobik stiren moiety ve diyametrik olarak hidrofilik maleik asit moiety'ye karşı olması nedeniyle benzersiz bir amfifilik polimerdir. pH'a bağımlı bir mekanizmada hücre zarını adsorbe ederek, istikrarsızlaştırarak ve bozarak nanopartiküller oluşturur14. SMA'nın bu fonksiyonel aktivitesi, membran protein ekstraksiyonu ve çözünürleştirme için deterjansız bir sistem olarak kullanılmasına izin veren şeydir. NCMN sistemi çeşitli yönlerden SMALP sisteminden farklıdır. NCMN sisteminin en benzersiz özelliği, stabilite ve doğal işleyiş için farklı koşullar gerektiren birçok farklı membran proteininin izolasyonuna uygun hale getiren benzersiz özelliklere sahip çok sayıda polimere sahip bir membran aktif polimer kütüphanesine sahip olmasıdır. NCMN sistemi, nanopartiküllerin hazırlanması söz konusu olduğunda SMALP yöntemine kıyasla farklı protokollere de sahiptir. Bu örneklerden biri, NCMN'lerin yüksek çözünürlüklü yapı belirleme için tek adımlı nikel benzeşim sütunu saflaştırması kullanmasıdır; Bu farklı protokollerin etkisi, 3.2 ve 3.0 şcryo-EM AcrB yapıları oluşturan NCMNs protokolü ile SMALP yöntemini kullanan benzer bir çalışma karşılaştırıldığında gözlenebilir, bu da 8.8 şçözünürlük12,15'te bir cryo-EM AcrB yapısı ile sonuçlandı. NCMN sisteminin bu benzersiz özellikleri, daha önce kurulan SMALP yönteminde yapılan iyileştirmelerdir ve PPI'lerin incelenmesi için ideal bir aday haline getirmektedir.
Multidrug efflux transporter AcrB, E. coli12'defonksiyonel homotrimer olarak mevcuttur. Bir mutajenik analiz, AcrB trimerinin stabilitesinden sorumlu bir döngü üzerinde bulunan tek bir P223G nokta mutasyonunun, trimer durumunu istikrarsızlaştırdığını ve yerel mavi jel elektroforezi16ile tespit edilebilen deterjan DDM ile hazırlandığında bir AcrB monomer verdiğini öne sürdü. Bununla birlikte, AcrB-P223G mutantının FRET analizi, yerel hücre zarı lipid bilayer ortamındayken, mutant AcrB-P223G'nin çoğunluğunun hala bir trimer olarak var olduğunu ve hem vahşi tip AcrB hem de AcrB-P223G için ifade seviyelerinin benzer olduğunu öne sürdü. Yine de FRET analiz sonuçlarına rağmen, mutant taşıyıcı için bir aktivite tahlili, vahşi tip16ile karşılaştırıldığında aktivitenin önemli ölçüde azaldığını gösterdi. FRET teknolojisi protein-protein etkileşimlerinin analizi için popüler olarak kullanılmış olsa da, araştırmalar sıklıkla yanlış pozitifler verebileceğini göstermiştir17,18,19,20.
Son zamanlarda, AcrB trimerinin yüksek çözünürlüklü kriyo-EM yapıları, NCMNs12kullanılarak AcrB'nin ilişkili doğal hücre zarı lipid bilayer ile etkileşimini gösteren belirlendi. Prensip olarak, NCMN'ler doğal hücre zarında bulunan protein-protein etkileşimlerinin analizi için kolayca kullanılabilir. Bu sistemin bir testinde, yerel hücre zarı nanopartikülleri ve negatif boyama elektron mikroskopisi kullanılarak AcrB-P223G'nin oligomerik durumunu doğrudan gözlemlemek için deneyler yapıldı. Vahşi tip AcrB nanopartikülleri ile karşılaştırmak için, NCMNs kütüphanesinde bulunan AcrB ve alternatif polimerlerin yüksek çözünürlüklü kriyo-EM yapısının belirlenmesi için kullanılan aynı membran aktif polimerini (NCMN kütüphanesinde NCMNP1-1 olarak indekslenen laboratuvarımızda yapılan SMA2000)kullandık. Daha önce bildirilen sonuçlara dayanarak, AcrB-P223G mutantının çoğunluğunun trimerik yerel hücre zarı nanopartikülleri21şeklinde var olması bekleniyordu. Bununla birlikte, vahşi tip AcrB ile gözlenenler gibi örnekte hiçbir AcrB trimer bulunamadı. Bu, AcrB-P223G'nin çoğunluğunun daha önce önerildiği gibi yerel hücre zarında trimer oluşturmadığını göstermektedir.
Burada, NCMN'leri kullanan vahşi E. coli AcrB tipi ile karşılaştırıldığında mutant E. coli AcrB-P223G'nin ayrıntılı bir analizini rapor ediyoruz. AcrB'nin bu vaka çalışması, NCMN'lerin protein-protein etkileşim analizi için iyi bir sistem olduğunu göstermektedir.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30% Acrylamide/BIS SOL (37.5:1)</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0158</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4x Laemmli Sample Buffer (Loading Buffer)</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1610747</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic Acid Glacial</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A38S-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Persulfate (APS)</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Goldbio</td>
			<td>C-105-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Brilliant Blue R-250 protein stain powder</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT (Dithiothreitol) (&#62; 99% pure) Protease free</td>
			<td>Goldbio</td>
			<td>DTT10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>G33-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>BP310-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Affymetrix</td>
			<td>17525 1 KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPTG</td>
			<td>Goldbio</td>
			<td>I2481C100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanamycin</td>
			<td>Goldbio</td>
			<td>K-120-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride hexahydrate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>AA3622636</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A412-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethylethylenediamine (EDTA)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>8.03779.0100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NCMNS-P5-2</td>
			<td>Not commercially available yet</td>
			<td>Submit request for obtaining to corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Plus Protein Dual Color Standard</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SDS (Sodium Dodecyl Sulfate)</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMA2000</td>
			<td>Cray Valley</td>
			<td>Submit request for obtaining to corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>S271-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TCEP-HCl</td>
			<td>Goldbio</td>
			<td>TCEP25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEMED</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Terrific Broth Media</td>
			<td>Affymetrix</td>
			<td>75856 1 KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Base</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>161-0719</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uranyl Acetate</td>
			<td>Ambinter</td>
			<td>Amb22348393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avanti J-26S XPI</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B14538</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avanti JXN-30</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B34193</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Electron Microscope Grids (10 nm)</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>CF300-Cu-TH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Con-Torque Tissue Homogenizer</td>
			<td>Eberbach</td>
			<td>E7265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning LSE Mini Microcentrifuge</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>07-203-954</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EmulsiFlex-C3</td>
			<td>Avestin</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fraction Collector F9-R</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>29003875</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoresis Cell</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>165-8004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 2000 Spectrophotometer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>ND-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima L-90K Ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>PN LL-IM-12AB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO easiGlow Glow Discharge Cleaning System</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>91000S-230</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potter-Elvehjem Safe Grind Tissue Grinder</td>
			<td>Wheaton</td>
			<td>358013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerPac Basic Power Supply</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>164-5050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razel R99-E Variable Speed Syringe Pump</td>
			<td>Razel Scientific Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superdex 200 Increase 10/300 GL</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>28990944</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tecnai F20 200kV</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type 70 Ti Fixed-Angle Rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>General Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 ml Microcentrifuge Tubes</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>05-408-129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 ml Amicon Ultra-4 30 kDa</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>UFC803024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AKTA pure 25 L1 FPLC</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>29018225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BL21(DE3)pLysS Cells</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>C606003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 50 ml Conical Centrifuge Tube</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>14-959-49A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HisTrap HP 5 ml Column</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>17524802</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pET-24a</td>
			<td>EMD Biosciences</td>
			<td>69749-3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

native cell membrane nanoparticles system for membrane protein-protein interaction analysis

Hücre zarı sistemlerindeki protein-protein etkileşimleri, hücreden hücreye etkileşimlerden sinyal transdüksiyona kadar çok çeşitli biyolojik süreçlerde çok önemli roller oynar; çevre sinyallerini algılamaktan biyolojik yanıta; metabolik düzenlemeden gelişimsel kontrole kadar. Protein-protein etkileşimlerinin doğru yapısal bilgileri, membran protein komplekslerinin moleküler mekanizmalarını anlamak ve bu proteinleri modüle etmek için son derece spesifik moleküllerin tasarımı için çok önemlidir. Protein-protein etkileşimlerinin tespiti ve analizi için birçok in vivo ve in vitro yaklaşım geliştirilmiştir. Bunlar arasında yapısal biyoloji yaklaşımı, atomik düzeyde protein-protein etkileşimlerinin doğrudan yapısal bilgilerini sağlayabilmesi bakımından benzersizdir. Bununla birlikte, mevcut membran protein yapısal biyolojisi hala büyük ölçüde deterjan bazlı yöntemlerle sınırlıdır. Deterjan bazlı yöntemlerin en büyük dezavantajı, yerel lipid bilayer ortamları deterjan molekülleri tarafından çıkarıldıktan sonra genellikle membran protein komplekslerini ayrıştırmaları veya denatüre etmeleridir. Membran protein yapısal biyolojisi için yerli hücreli membran nanopartikül sistemi geliştiriyoruz. Burada, AcrB'nin oligomerik durumunun bir vaka çalışması ile hücre zarı üzerindeki protein-protein etkileşimlerinin analizinde bu sistemin kullanımını gösteriyoruz.

Burada sunulan prosedürler kullanılarak, E. coli AcrB vahşi tipi ve E. coli mutant AcrB-P223G örnekleri saflaştırılmıştır. Numuneler daha sonra karbon negatif leke elektron mikroskopi ızgaralarına adsorbe edildi ve yan blotting yöntemi ile uranil asetat kullanılarak lekelendi22. Negatif leke görüntüleri iletim elektron mikroskopisi kullanılarak toplandı. DDM ile saflaştırılmış AcrB vahşi tip numunesi için negatif leke görüntüsü, iyi tanımlanmış bi...

Watch this Scientific Journal Video about Native Cell Membrane Nanoparticles System for Membrane Protein-Protein Interaction Analysis at JoVE.com

Native Cell Membrane Nanoparticles System for Membrane Protein-Protein Interaction Analysis

Burada, elektron mikroskopisi ile birlikte yerli hücreli membran nanopartikül sistemini kullanan membran proteinlerinin oligomerik durumunun belirlenmesi için bir protokol sunulmaktadır.

Membran Protein-Protein Etkileşim Analizi için Yerli Hücreli Membran Nanopartiküller Sistemi

Protein-protein interactions in cell membrane systems play crucial roles in a wide range of biological processes- from cell-to-cell interactions to signal ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

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

Yöntem HCN1 ve TRIP8b arasında protein-protein etkileşimi küçük molekül önleyicilerinin tespit edilmesi için

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

Using Scaffold Liposomes to Reconstitute Lipid-proximal Protein-protein Interactions In Vitro

Using Scaffold Liposomes to Reconstitute Lipid-proximal Protein-protein Interactions In Vitro

İskele Lipozomlar kullanarak Lipid-proksimal protein-protein etkileşimleri Sulandırın için<em&gt; İn Vitro</em

Studies of integral membrane proteins in vitro are frequently complicated by the presence of a hydrophobic transmembrane domain. Further complicating ...

High Precision FRET at Single-molecule Level for Biomolecule Structure Determination

Biyomolekül Yapısının Belirlenmesi İçin Tek Molekül Seviyesinde Yüksek Hassasiyetteki FRET

A protocol on how to perform high-precision interdye distance measurements using F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) at the single-molecule ...

A Modified Yeast-one Hybrid System for Heteromeric Protein Complex-DNA Interaction Studies

Heteromerik Protein Kompleksi-DNA Etkileşim Çalışmaları İçin Modifiye Maya-Bir Hibrid Sistem

Over the years, the yeast one-hybrid assay has proven to be an important technique for the identification and validation of physical interactions between ...

Analysis of Thylakoid Membrane Protein Complexes by Blue Native Gel Electrophoresis

Thylakoid membran Protein kompleksleri tarafından mavi yerli jel elektroforez Analizi

Photosynthetic electron transfer chain (ETC) converts solar energy to chemical energy in the form of NADPH and ATP. Four large protein complexes embedded ...

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

Bir floresan dalgalanma spektroskopisi tahlil Protein-Protein etkileşimlerinin hücre-hücre kişiler

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

Evaluation of Protein&#8211;Protein Interactions using an On-Membrane Digestion Technique

Evaluation of ProteinÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Å“Protein Interactions using an On-Membrane Digestion Technique

Bir on-membran sindirim tekniği kullanılarak protein-protein etkileşimlerinin değerlendirilmesi

Numerous intracellular proteins physically interact in accordance with their intracellular and extracellular circumstances. Indeed, cellular functions ...

Characterization of Membrane Transporters by Heterologous Expression in E. coli and Production of Membrane Vesicles

Characterization of Membrane Transporters by Heterologous Expression in E. coli and Production of Membrane Vesicles

E. coli'de Heterolog Ekspresyon ile Membran Taşıyıcılarının Karakterizasyonu ve Membran Veziküllerinin Üretimi

Several methods have been developed to functionally characterize novel membrane transporters. Polyamines are ubiquitous in all organisms, but polyamine ...

Screening for Thermotoga maritima Membrane-Bound Pyrophosphatase Inhibitors

Screening for Thermotoga maritima Membrane-Bound Pyrophosphatase Inhibitors

Thermotoga maritima Membran Bağlı Pirofosfataz Inhibitörleri için tarama

Membrane-bound pyrophosphatases (mPPases) are dimeric enzymes that occur in bacteria, archaea, plants, and protist parasites. These proteins cleave ...

A Model Membrane Platform for Reconstituting Mitochondrial Membrane Dynamics

Mitokondriyal Membran Dinamiğinin Yeniden İkasini için Model Membran Platformu

Mitochondrial dynamics is essential for the organelle&#8217;s diverse functions and cellular responses. The crowded, spatially complex, mitochondrial ...