المكانية والزمانية التلاعب من نشاط GTPase الصغيرة على المستوى التحت خلوية وعلى المقياس الزمني من ثانية في الخلايا الحية
Summary
وصفت طريقة لالمكانية والزمانية السيطرة على نشاط GTPase صغيرة من الضوء. ويستند هذا الأسلوب على heterodimerization FKBP-FRB rapamycin التي يسببها ونظم الصور الحبس. تعظيم الاستفادة من أشعة الضوء تمكن من تفعيل المكانية والزمان التحكم من GTPases الصغيرة على مستوى التحت خلوية.
Abstract
تنظيم دينامية الأسرة رو من triphosphatases فسفات الصغيرة (GTPases) مع الدقة المكانية كبير أمر ضروري للوظائف الخلوية المختلفة والمناسبات 1 و 2. وقد كشفت عن طبيعتها الديناميكية spatiotemporally التي تصور من نشاطهم والتوطين في 3 في الوقت الحقيقي. من اجل الحصول على فهم أعمق لدورهم في الوظائف الخلوية المختلفة على المستوى الجزيئي، ينبغي أن تكون الخطوة التالية اضطراب الأنشطة في مكان وجود بروتين التحت خلوية دقيقة وتوقيت.
لتحقيق هذا الهدف، قمنا بتطوير طريقة لصنع ضوء، المكانية والزمان تفعيل رقابة من GTPases الصغيرة من خلال الجمع بين اثنين من التقنيات: (1) rapamycin التي يسببها FKBP-FRB heterodimerization و (2) طريقة الصور والحبس من rapamycin. مع استخدام heterodimerization FKBP-FRB rapamycin بوساطة، وقد طورنا طريقة لقابل للتحريض بسرعة تفعيل أو تعطيل من includi GTPases صغيرنانوغرام RAC 4، Cdc42 4، 4 ورأس RhoA 5، الذي يدفع rapamycin إزفاء من FKBP-تنصهر GTPases، أو تفعيل لها، إلى غشاء البلازما حيث يرتكز FRB. لاقتران مع هذا النظام heterodimerization، وضعنا أيضا نظام الصور والحبس من rapamycin النظير. مجمع الصور في قفص هو جزيء صغير النشاط الذي يتم قمع مع مجموعة photocleavable حماية المعروفة باسم مجموعة الحبس. لقمع نشاط heterodimerization تماما، قمنا بتصميم rapamycin قفص التي يتم مربوط الى جزيء مثل هذا المجمع الناتج كبير لا يستطيعون عبور غشاء البلازما، مما يؤدي إلى نشاط عمليا خلفية لا بوصفها dimerizer الكيميائية داخل الخلايا 6. ويوضح الشكل 1 مخطط لدينا نظام. مع مزيج من هذين النظامين، ونحن المعينين محليا منشط طلب إلى غشاء البلازما في فترة زمنية من ثانية، وحقق الضوء الناجم عن تفعيل طلب في ليف التحت خلويةش 6.
Protocol
Discussion
ووصف لدينا التقنية التي توظف رواية قفص مركب جنبا إلى جنب مع نظام heterodimerization FKBP-FRB من أجل التعامل مع رو GTPase النشاط في مكان وجود التحت خلوية دقيق على نطاق ومرة ثانية.
هناك ثلاثة أوجه القصور في النهج الحالي. أولا، لأنه يعتمد الأسلوب…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذه الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة تمويل بحوث (DK090868 وGM092930 إلى TI). هناك براءة اختراع معلقة على التناظرية rapamycin في قفص.
Materials
| Name of the reagent/equipment | Company | Catalogue number |
| Rapamycin | Tecoland | RAPA99 |
| FuGENE HD | Roche | 04709691001 |
| Avidin | Sigma | A9275-10MG |
| DMSO | Sigma | D2650-5X5ML |
| Size-exclusion column | GE Healthcare | Spin Trap G-25 |
| Glass bottom 8-well chamber | Thermo Scientific | 12-565-47 |
| Inverted Fluorescence microscope | Zeiss | Axiovert200M |
| UV LED light source | Rapp Opto Electronics | UVILED |
| Confocal spinning disk | Yokogawa Electric Corp. | CSU10 |
| CCD camera | Hamamatsu Photonics | ORCA-ER |
| 100x Objective lens | Zeiss | Plan Apochromat |
Synthetic scheme of cRb (Copyright ACS2011) 6
Synthetic conditions: (a) BnBr, K2CO3, DMF (b) f.HNO3, AcOH (c) TFA (d) Propargyl-Br, K2CO3, DMF, (e) glycerol, cat. pTsA, Toluene (f) NaBH3CN, TiCl4, MeCN (g) Tf2O, Pyridin (h) methanol HCl, (i) LiAlH4, THF (j) TsCl, Pyridine, CH2Cl2 (k) NaN3, DMF (l) 8, 2,6-di-t-butylpyridine, CH2Cl2 (m) 13, CuSO4, Ascorbate, 2-propanol, H2O, CH2Cl2.
References
- Etienne-Manneville, S., Hall, A. Rho GTPases in cell biology. Nature. 420, 629-635 (2002).
- Takai, Y., Sasaki, T., Matozaki, T. Small GTP-binding proteins. Physiol. Rev. 81, 153-208 (2001).
- Kiyokawa, E., Aoki, K., Nakamura, T., Matsuda, M. Spatiotemporal regulation of small GTPases as revealed by probes based on the principle of Forster Resonance Energy Transfer (FRET): Implications for signaling and pharmacology. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 51, 337-358 (2011).
- Inoue, T., Heo, W. D., Grimley, J. S., Wandless, T. J., Meyer, T. An inducible translocation strategy to rapidly activate and inhibit small GTPase signaling pathways. Nat. Methods. 2, 415-418 (2005).
- Komatsu, T. Organelle-specific, rapid induction of molecular activities and membrane tethering. Nat. Methods. 7, 206-208 (2010).
- Umeda, N., Ueno, T., Pohlmeyer, C., Nagano, T., Inoue, T. A photocleavable rapamycin conjugate for spatiotemporal control of small GTPase activity. J. Am .Chem. Soc. 133, 12-14 (2011).
- Kolb, H. C., Finn, M. G., Sharpless, K. B. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 40, 2004-2021 (2001).
- Kennedy, M. J. Rapid blue-light-mediated induction of protein interactions in living cells. Nat. Methods. 7, 973-975 (2010).
- Levskaya, A., Weiner, O. D., Lim, W. A., Voigt, C. A. Spatiotemporal control of cell signalling using a light-switchable protein interaction. Nature. 461, 997-1001 (2009).
- Wu, Y. I. A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells. Nature. 461, 104-108 (2009).
- Yazawa, M., Sadaghiani, A. M., Hsueh, B., Dolmetsch, R. E. Induction of protein-protein interactions in live cells using light. Nat. Biotechnol. 27, 941-945 (2009).
- Fegan, A., White, B., Carlson, J. C., Wagner, C. R. Chemically controlled protein assembly: techniques and applications. Chem. Rev. 110, 3315-3336 (2010).
- Suh, B. C., Inoue, T., Meyer, T., Hille, B. Rapid chemically induced changes of PtdIns(4,5)P2 gate KCNQ ion channels. Science. 314, 1454-1457 (2006).
- Varnai, P., Thyagarajan, B., Rohacs, T., Balla, T. Rapidly inducible changes in phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate levels influence multiple regulatory functions of the lipid in intact living cells. J. Cell. Biol. 175, 377-382 (2006).
