İzlenmesi protein refolding için birleştiğinde Tahliller<em> Saccharomyces cerevisiae</em
Summary
Bu makalede, araştırmak için bir ateş böceği lusiferaz-GFP füzyon proteini tanımının kullanımını tarif eder<em> In vivo</emIçinde> protein katlanması<em> Saccharomyces cerevisiae</em>. Bir model ısıyla denatüre edilmiş proteinin yeniden katlanması, bu tepkin madde kullanılarak floresan mikroskop ve protein kalite kontrol proteostasis ağ bileşenlerinin rollerini araştırmak için bir enzimatik deneyi ile aynı anda kontrol edilebilir.
Abstract
Protein katlanması / biyogenezi kombine süreçler olarak tanımlanan Proteostasis, refolding / onarım ve bozulması, zararlı sonuçlara 1 önlemek için korunması gerekir hassas bir hücresel dengedir. Bu dengeyi bozabilir iç ve dış faktörler protein toplama, toksisite ve hücre ölümüne yol açabilir. İnsanlarda bu, Huntington, Parkinson ve Alzheimer hastalıkları gibi nörodejeneratif hastalıkların 10 ile ilişkili semptomlar için önemli bir katkıda bulunan bir faktördür. Bu proteostasis bakım katılan proteinler bu zayıflatan hastalıklar için tedavi geliştirmek amacıyla tespit edilmesi bu nedenle önemlidir. Bu makale yeşil flüoresan protein (FFL-GFP) erimiş modeli protein ateşböceği lusiferaz kullanarak yakın gerçek zamanlı çözünürlükte in vivo protein katlanması izleme teknikleri anlatılmaktadır. OFF kısmı strese bağlı m son derece hassas olduğu için OFF-GFP eşsiz bir model kimerik proteindirenzim 12 inaktive isfolding ve toplama,. Lusiferaz aktivitesi, bir enzimatik deney kullanılarak izlenir, ve GFP kısmı otomatik mikroskopi kullanılarak çözülebilir ya da toplu OFF görüntülenmesi için bir yöntem temin edilmektedir. Bu birleştiğinde yöntemler refolding ve stres sonra enzimin fonksiyonel reaktivasyonu hem analiz etmek için iki paralel ve teknik olarak bağımsız yaklaşımlar içermektedir. Faaliyet kurtarma doğrudan daha iyi protein chaperones gibi protein kalite kontrol faktörler bu işlevleri gerçekleştirmek için işbirliği nasıl anlamak için ayrıştırma ve yeniden çözünmüş kinetiği ile ilişkili olabilir. Buna ek olarak, gen silme ya da mutasyon bu işlem için özel protein veya protein alt birimlerinin katılım test etmek için de kullanılabilir. Bu yazıda bu yaklaşım doğrulamak için protein refolding için, sistemi 5 refolding Hsp40/70/nucleotide değişim faktörü (NEF) ile ortak bilinen protein disaggregase Hsp104 13, katkıları inceleyin.
Introduction
İnsanlarda Alzheimer, Parkinson ve Huntington hastalıkları gibi nörodejeneratif hastalıklar yanlış katlanması ve protein agregasyonu 10 ile bağlantılı olmuştur. Hücreler katlanan aktif yapıları 6 içine hücresel proteinlerin kinetik yakalama önlemek için moleküler şaperonlar kullanır. Chaperones hücre içinde karmaşık etkileşim ağları katılmak, ancak tamamen bu etkileşimlerin toplamı organizma proteostasis nasıl katkıda anlaşılamamıştır. Sitozolik protein katlanması çoğunluğu sorumlu başlıca chaperones biri 70 kD ısı şok proteini (Hsp70) aile 19'dur. Bu, gösterilmiştir ki, Hsp70 azalır maya kaybı olgunlaşmamış heterolog bir şekilde eksprese OFF katlamak ve in vivo 18, 7, endojen proteinin, ornitin transcarbamoylase, yeniden kapatmak için yeteneği. Yakın-gerçek zamanlı çözünürlüğü ile katlama analiz yeteneği anlaşılmasını kolaylaştırmak nasıl ek hücresel faktörler devamBu Hsp70 bağımlı işlemine destek olmaktır. Buna ek olarak, katlama / reaksiyonlar refolding bu katkı proteinler tamamen bağımlı olmayabilir, bu nedenle testleri kinetik ve verimlilik büyük ve küçük değişiklikler hem saptamak için yeterli olmalıdır.
Maya hücre disaggregase, Hsp104, toplu katlanan proteinleri tamir hayati bir rol oynar. Hsp104 homologlar mantar ve bitki tespit edilmiş olmasına rağmen, bu aile metazoans yok gibi görünmektedir. Bu tür Hsp110 ailesinin gibi diğer chaperones memeliler 16 bilinen Hsp104 faaliyetlerin bazı gerçekleştirmek ileri sürülmüştür. Hsp104 bir AAA +, heksamerik protein kompleksi olduğunu değişiklik protein agrega için maya fonksiyonları, refolding ve onarım 13 katkıda. Hsp70 maya, Ssa1, ve maya Hsp40, Ydj1 birlikte Hsp104, maya hücreleri 5, 8 denatüre OFF geri kazanımı için gereklidir. Küçük ısı şok proteini, Hsp26, aynı zamanda requi olduğu gösterilmiştirOFF 2 Hsp104 aracılı ayrıştırma için kırmızı.
Ffl alt tabaka, aktif sahada lusiferin ve ATP ve oksijen, decarboxylates gerektiren bir konformasyonel değişimin ardından bağlanan bir iki-domenli bir proteindir oxyluciferin, karbon dioksit (CO2), adenozin monofosfat (AMP) ve ışık 11, serbest substrat 9, 3. Ticari olarak temin edilebilen OFF substrat, D-luciferase bir luminometrede 15 kullanılarak tespit edilebilir 550-570 nm arasında ışık yayılması ile sonuçlanır. OFF açılımı üzerine kimyasal veya ısıl işlemler ve hızla agrega gelen denatürasyon için zarif duyarlıdır. 39-45 arasında sıcaklıklara maruz kaldığında ° C OFF geri dönüşümlü gelişeceğini ve inaktif 12 olduğunu. Bunun tersine GFP ve türevleri gerilme 14 açılımı proteini için son derece dayanıklıdır. Bu nedenle, bu iki proteinin füzyon fonksiyonel G hedefleme yeteneğine sahip bir deneysel olarak oynak parçası olarak işlev sağlar OFFFP nüfus ve tek bir hücre düzeyde hem de floresan mikroskobu kullanarak görüntülenebilir mevduat hücre içi. Otomatik mikroskobu ile birleştiğinde bir yarı-otomatik modlu plaka okuyucu enzimatik test uygulanması kinetik ve reaksiyon refolding getirisi görülmemiş eş zamanlı değerlendirilmesi sağlar. Buna ek olarak, ökaryot modeli, Saccharomyces cerevisiae kolay moleküler genetik hassas protein kalitesi kontrol ağ manipülasyon ve hücresel stres tepkisi ve proteostasis katkıda bulunan yeni bir oyuncu tespit etmek Buluşa dayalı yaklaşımlar için fırsat hem de sağlar.
Bu çalışmada, III-GFP ifade vahşi tip (WT) ve HSP104 silme suşları protein denatüre ısı şokuna tabi tutulur. OFF-GFP refolding bir iyileşme süresi boyunca ifade proteom tamiri için bir proxy okuma olarak bir enzimatik tahlil ve mikroskopi hem aracılığıyla izlenir. WT hücrelere karşılaştırıldığında, biz th göstermekE Hsp104 silme gerginlik denatüre OFF 2 reaktivasyonu içinde Hsp104 için bir rol kurulması önceki bulguları destekleyen, FFL-GFP refolding de ~% 60 daha az verimlidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda modeli protein FFL-GFP maya disaggregase, Hsp104 protein yeniden-solübilizasyon ve onarım katkıda göstermek için kullanılmıştır. Enzimatik deneyler ve diferansiyel olarak mikroskobik yeniden katlama etkinliği ve verimi belirlemek için, aynı alt-tabaka proteini durumunu sorguya. Enzimatik kurtarma testlerinin sonuçları, verimsiz hsp104D mutant soyu içinde maksimum iyileşme değil sadece olduğunu göstermektedir, ancak açılımı stres başlangıç büyüklüğü mutant suşu <s…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma KAM ve Ayrıca OFF sağlamak için Toronto Üniversitesi'nde John Glover teşekkür JLA için Mikrobiyoloji Robert D. Watkins Yüksek Lisans Araştırma Bursu bir American Society Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIGMS-074.696) bir hibe ile desteklenmiştir GFP kaynak plazmid.
Materials
| Reagents | |||
| Synergy MX Microplate Reader | BioTek | ||
| Olympus IX81-ZDC Confocal Inverted Microscope | Olympus, Tokyo Japan | ||
| Lumitrac 200 white 96-well plates | USA Scientific | ||
| SlideBook 5.0 digital microscopy software | Intelligent Imaging Innovations, Inc. Denver, CO, USA | ||
| Equipment | |||
| Tris Base | Fisher | BP152-1 | |
| (LiAc) Lithium Acetate | Sigma | L6883 | |
| PEG (polyethelene glycol) | Fisher | BP233-1 | |
| EDTA | Fisher | BP120-1 | |
| DMSO | Malinckrodt | 4948 | |
| SC | Sunrise | 1300-030 | |
| SC-URA | Sunrise | 1306-030 | |
| cycloheximide | Acros Organics | 357420050 | |
| D-luciferin | Sigma | L9504 | |
| low melt agarose | NuSieve | 50082 | |
| immersion oil | Cargille | 16484 |
References
- Balch, W. E., Morimoto, R. I., Dillin, A., Kelly, J. W. Adapting proteostasis for disease intervention. Science. 319, 916-919 (2008).
- Cashikar, A. G., Duennwald, M., Lindquist, S. L. A chaperone pathway in protein disaggregation. Hsp26 alters the nature of protein aggregates to facilitate reactivation by Hsp104. J. Biol. Chem. 280, 23869-23875 (2005).
- Conti, E., Lloyd, L. F., Akins, J., Franks, N. P., Brick, P. Crystallization and preliminary diffraction studies of firefly luciferase from Photinus pyralis. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 52, 876-878 (1996).
- Gietz, R. D., Schiestl, R. H., Willems, A. R., Woods, R. A. Studies on the transformation of intact yeast cells by the LiAc/SS-DNA/PEG procedure. Yeast. 11, 355-360 (1995).
- Glover, J. R., Lindquist, S. Hsp104, Hsp70, and Hsp40: a novel chaperone system that rescues previously aggregated proteins. Cell. 94, 73-82 (1998).
- Grantcharova, V., Alm, E. J., Baker, D., Horwich, A. L. Mechanisms of protein folding. Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 70-82 (2001).
- Kim, S., Schilke, B., Craig, E. A., Horwich, A. L. Folding in vivo of a newly translated yeast cytosolic enzyme is mediated by the SSA class of cytosolic yeast Hsp70 proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 12860-12865 (1998).
- Lum, R., Niggemann, M., Glover, J. R. Peptide and protein binding in the axial channel of Hsp104. Insights into the mechanism of protein unfolding. J. Biol. Chem. 283, 30139-30150 (2008).
- Marques, S. M., Esteves da Silva, J. C. Firefly bioluminescence: a mechanistic approach of luciferase catalyzed reactions. IUBMB Life. 61, 6-17 (2009).
- Morimoto, R. I. The heat shock response: systems biology of proteotoxic stress in aging and disease. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 76, 91-99 (2011).
- Nakatsu, T., et al. Structural basis for the spectral difference in luciferase bioluminescence. Nature. 440, 372-376 (2006).
- Nathan, D. F., Vos, M. H., Lindquist, S. In vivo functions of the Saccharomyces cerevisiae Hsp90 chaperone. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 12949-12956 (1997).
- Parsell, D. A., Kowal, A. S., Singer, M. A., Lindquist, S. Protein disaggregation mediated by heat-shock protein Hsp104. Nature. 372, 475-478 (1994).
- Penna, T. C., Ishii, M., Junior, A. P., Cholewa, O. Thermal stability of recombinant green fluorescent protein (GFPuv) at various pH values. Appl. Biochem. Biotechnol. , 113-116 (2004).
- Seliger, H. H., Buck, J. B., Fastie, W. G., McElroy, W. D. The Spectral Distribution of Firefly Light. J. Gen. Physiol. 48, 95-104 (1964).
- Shorter, J. The mammalian disaggregase machinery: Hsp110 synergizes with Hsp70 and Hsp40 to catalyze protein disaggregation and reactivation in a cell-free system. PLoS One. 6, e26319 (2011).
- Tkach, J. M., Glover, J. R. Nucleocytoplasmic trafficking of the molecular chaperone Hsp104 in unstressed and heat-shocked cells. Traffic. 9, 39-56 (2008).
- Unno, K., Kishido, T., Hosaka, M., Okada, S. Role of Hsp70 subfamily, Ssa, in protein folding in yeast cells, seen in luciferase-transformed ssa mutants. Biol. Pharm. Bull. 20, 1240-1244 (1997).
- Verghese, J., Abrams, J., Wang, Y., Morano, K. A. Biology of the heat shock response and protein chaperones: budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) as a model system. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 76, 115-158 (2012).
