Восстановление β-катенина ухудшение<em> Xenopus</em> Яйцо Экстракт
Summary
Метод описан для анализа деградацию белков с использованием, меченные радиоактивным изотопом и люциферазы-слитые белки в Xenopus экстракта яичного и его адаптации для высокопроизводительного скрининга для малых молекул модуляторов деградации белков.
Abstract
Xenopus Laevis яйцо экстракт является хорошо характеризуется, надежная система для изучения биохимии различных клеточных процессов. Xenopus яйцо экстракт был использован для изучения белкового обмена во многих клеточных контекстах, в том числе клеточного цикла и путей передачи сигнала 1-3. В данном случае описан способ выделения Xenopus экстракт яйца, который был оптимизирован, стимулирующей деградацию критического компонента Wnt пути, β-катенина. Два описаны различные методы для оценки степени деградации белка β-катенина в Xenopus яичного экстракта. Один метод визуально информативным ([35 S]-меченного радиоактивным изотопом белки), а другой более легко масштабируется для высокой пропускной анализов (люциферазы светлячка-меченый слитых белков). Методики, описанные может быть использован, но не ограничиваются ими, оценивать оборот β-катенина белка и определить молекулярные компоненты, способствующие его оборота. Кроме того, Абилность для очистки больших объемов однородной Xenopus экстракта яичного сочетании с количественной и легкому считывания люциферазы с метками белков позволяет эта система, чтобы быть легко адаптированы для высокопроизводительного скрининга для модуляторов деградации β-катенина.
Introduction
Xenopus Laevis яйцо экстракт широко используется для изучения многих биологических процессов клеток, включая динамики цитоскелета, ядерной сборки и импорта, апоптоз, убиквитиновой метаболизма, клеточного цикла, передаче сигналов и оборота белка 1-17. Xenopus яйцо система экстракт поддается биохимическом анализе легионом клеточных процессов, потому что экстракт яйцо представляет по существу неразбавленного цитоплазму, содержащую все необходимые цитоплазматические компоненты, необходимые для выполнения этих процессов и позволяют расследование. Большие количества экстракта яичного могут быть получены в свое время для биохимических манипуляций, которые требуют большого количества материала (например, очистки белков или высокопроизводительного скрининга) 18-20. Другим преимуществом является то, что концентрация определенных белков в Xenopus яичного экстракта может быть точно регулировать добавлением рекомбинантного белка и / или immunodepletion из endogтиазом белки в отличие от трансфекции плазмидной ДНК, где экспрессия белка, представляющего интерес трудно контролировать. Кроме того, отсутствие доступных рекомбинантных белков могут быть преодолены путем добавления транскриптов, кодирующих белок, представляющий интерес, пользуясь большой емкости свежеприготовленного Xenopus яйцо сухих веществ перевести экзогенно добавленные мРНК.
Регулирование деградации белка имеет решающее значение для борьбы со многими клеточных путей и обрабатывает 21. Xenopus яйцо экстракт широко используется для изучения деградации белка, так как система позволяет несколько способов мониторинга белкового обмена, не смешивая влияния транскрипции и трансляции. Сигнальный путь Wnt является высоко консервативным сигнальный путь, который играет важнейшую роль в развитии и болезней. Оборот β-катенина, основной эффектор пути Wnt, является объектом жесткого регулирования, и увеличение установившегося состоянии ДEvel из β-катенина имеет решающее значение для активации Wnt генов-мишеней. Важность деградации β-катенина выделен тем, что мутации в пути Wnt, которые ингибируют деградацию β-катенина, найденного в ~ 90% всех спорадических случаев колоректального рака 22. Деградация β-катенин компонентами пути Wnt может быть точно воспроизводятся в Xenopus яйца экстракта изучить механизм его оборота, а также для идентификации новых низкомолекулярные модуляторы его деградации 2, 19, 20, 23-29.
Методы подготовки Xenopus яичного экстракта для изучения клеточного цикла были описаны в предыдущих Юпитера публикаций 30-32. Нынешний протокол описывает модификацию этих методов и оптимизирован для деградации [35 S]-радиоактивно β-катенин и люциферазы с метками β-катенин вXenopus яйцо экстракт. Радиоактивно деградация анализ позволяет для прямой визуализации уровня белка через авторадиографией. [35 S]-метионина включена в интересующего белка с использованием реакции перевода в пробирке, который затем может быть непосредственно добавлен к реакции деградации. Кроме того, анализ радиоактивно оборот белок не требует антитело против белка, представляющего интерес эпитопа или тег, который может влиять на стабильность белка. Потому что даже небольшие изменения в уровнях белков, как это отражено в изменениях в интенсивности с радиоактивной полосы белка, легко визуализируются авторадиографией, [35 S]-радиоактивно деградация анализ представляет собой очень полезный способ визуализации оборота белка 2.
Слияние β-катенина в люциферазы светляков (далее по тексту просто «люциферазы") позволяет точно и легковесных количественных измерений уровней белка, для того,для определения кинетических свойств β-катенина оборота 19, 20. Основным преимуществом люциферазы в том, что он обеспечивает прочную количественную систему, которая легко масштабируется вверх. Следующий протокол предоставляет простые способы анализа деградации β-катенина и устойчивой, эффективной и эффективный способ для высокопроизводительного скрининга новых β-катенина модуляторов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Xenopus яйцо экстракт является надежным биохимическая система для исследования оборот β-катенина. Концентрация β-катенина в Xenopus яичного экстракта составляет ~ 25 нМ 2. При оптимальных условиях, экстракт яйцо способен разлагать β-катенин со скоростью 50-100 нм / ч и составляет п?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Лори Ли за критическое прочтение рукописи. TWC поддерживается в Американской ассоциации сердца Predoctoral Fellowship (12PRE6590007). MRB поддерживается учебного гранта Национального института рака (T32 CA119925). SSH поддерживается Национальных Институтов Здоровья (R01DK078640). EL поддерживается Национальными Институтами Здоровья (R01GM081635 и R01GM103926).
Materials
| Name of Reagent/ Material | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Pregnant Mare Serum Gonadotropin (PMSG) | ProSpec | hor-272-A | Reconstituted with distilled water before use. |
| Human Chorionic Gonadotropin | Sigma | CG10-10VL | |
| Potassium Chloride | Fisher | BP366-1 | |
| Sodium Chloride | Research Products International | S23020-5000.0 | |
| Magnesium Chloride | Fisher | BP214-500 | |
| Calcium Chloride | Acros Organics | AC42352-5000 | |
| HEPES | Fisher | BP310-1 | |
| Cysteine | Acros Organics | AC17360-1000 | |
| Leupeptin | Sigma | L2884-10MG | |
| Aprotinin | Sigma | A1153-10MG | |
| Pepstatin | Sigma | P4265-5MG | |
| Cytochalasin B | Sigma | C8273-10MG | |
| 3 mL syringe: Luer Lock tip | Becton Dickinson | 309657 | |
| 27G1 needle | Becton Dickinson | 305109 | |
| 96 well solid white polystyrene microplate, round bottomed | Corning | 3605 | |
| Steady-Glo Luciferase assay system | Promega | E2520 | Store long-term at -80, can store for up to 1 month at -20 |
| TNT Sp6 coupled reticulocyte lysate system | Promega | L4600 | |
| TNT Sp6 High-yield Wheat Germ protein expression system | Promega | L3260 | Generally higher yield than reticulocyte lysate |
| EasyTag Express Protein Labeling Mix [S35] | Perkin Elmer | NEG772007MC | |
| Creatine phosphate | Sigma | 27920-5G | |
| ATP | Sigma | A2383-5G | |
| Creatine phosphokinase | Sigma | C3755-35KU | |
| Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma | D8418-50ML | |
| Dual-Glo luciferase assay system | Promega | E2920 | Same storage conditions as Steady-Glo |
| 50 mL Centrifuge tubes | Fisher Scientific | 0556214D | |
| Sorvall SS-34 fixed angle rotor | Thermo Scientific | 28020 | |
| 115 V 50/60 Hz Minicentrifuge | Fisher Scientific | 05-090-128 | |
| mMessage mMachine Sp6 kit | Ambion | AM1340 | |
| Anti-Firefly Luciferase antibody | Abcam | ab16466 | |
| Anti-GSK3 antibody | BD Transduction Laboratories | 610201 | |
| Name of Equipment | Company | ||
| FLUOStar Optima | BMG Labtech | ||
| Sorvall RC-6 Plus Centrifuge | Thermo Scientific | ||
| 16°C Incubator | Percival Scientific |
References
- Glotzer, M., Murray, A. W., Kirschner, M. W. Cyclin is degraded by the ubiquitin pathway. Nature. 349, 132-138 (1991).
- Salic, A., Lee, E., Mayer, L., Kirschner, M. W. Control of beta-catenin stability: reconstitution of the cytoplasmic steps of the wnt pathway in Xenopus egg extracts. Molecular Cell. 5, 523-532 (2000).
- Murray, A. W. Cell cycle extracts. Methods in cell biology. 36, 581-605 (1991).
- Dabauvalle, M. C., Scheer, U. Assembly of nuclear pore complexes in Xenopus egg extract. Biology of the cell / under the auspices of the European Cell Biology Organization. 72, 25-29 (1991).
- Tutter, A. V., Walter, J. C. Chromosomal DNA replication in a soluble cell-free system derived from Xenopus eggs. Methods Mol Biol. 322, 121-137 (2006).
- Theriot, J. A., Rosenblatt, J., Portnoy, D. A., Goldschmidt-Clermont, P. J., Mitchison, T. J. Involvement of profilin in the actin-based motility of L. monocytogenes in cells and in cell-free extracts. Cell. 76, 505-517 (1994).
- Maresca, T. J., Heald, R. Methods for studying spindle assembly and chromosome condensation in Xenopus egg extracts. Methods Mol Biol. 322, 459-474 (2006).
- Shennan, K. I. Xenopus egg extracts: a model system to study proprotein convertases. Methods Mol Biol. 322, 199-212 (2006).
- Kornbluth, S., Yang, J., Powers, M. Analysis of the cell cycle using Xenopus egg extracts. Current protocols in cell biology / editorial board, Juan S. Bonifacino … [et al.]. 11, (2006).
- Chan, R. C., Forbes, D. I. In vitro study of nuclear assembly and nuclear import using Xenopus egg extracts. Methods Mol Biol. 322, 289-300 (2006).
- Masui, Y., Markert, C. L. Cytoplasmic control of nuclear behavior during meiotic maturation of frog oocytes. The Journal of experimental zoology. 177, 129-145 (1971).
- Forbes, D. J., Kirschner, M. W., Newport, J. W. Spontaneous formation of nucleus-like structures around bacteriophage DNA microinjected into Xenopus eggs. Cell. 34, 13-23 (1983).
- Lohka, M. J., Masui, Y. Formation in vitro of sperm pronuclei and mitotic chromosomes induced by amphibian ooplasmic components. Science. 220, 719-721 (1983).
- Newport, J. W., Kirschner, M. W. Regulation of the cell cycle during early Xenopus development. Cell. 37, 731-742 (1984).
- Mitchison, T., Kirschner, M. Dynamic instability of microtubule growth. Nature. 312, 237-242 (1984).
- Blow, J. J., Laskey, R. A. Initiation of DNA replication in nuclei and purified DNA by a cell-free extract of Xenopus eggs. Cell. 47, 577-587 (1986).
- Verma, R., et al. Ubistatins inhibit proteasome-dependent degradation by binding the ubiquitin chain. Science. 306, 117-120 (2004).
- Yu, H., King, R. W., Peters, J. M., Kirschner, M. W. Identification of a novel ubiquitin-conjugating enzyme involved in mitotic cyclin degradation. Curr Biol. 6, 455-466 (1996).
- Thorne, C. A., et al. Small-molecule inhibition of Wnt signaling through activation of casein kinase 1alpha. Nature Chemical Biology. 6, 829-836 (2010).
- Thorne, C. A., et al. A biochemical screen for identification of small-molecule regulators of the Wnt pathway using Xenopus egg extracts. Journal of Biomolecular Screening. 16, 995-1006 (2011).
- Hinkson, I. V., Elias, J. E. The dynamic state of protein turnover: It’s about time. Trends in Cell Biology. 21, 293-303 (2011).
- Kinzler, K. W., Vogelstein, B. Lessons from Hereditary Colorectal Cancer. Cell. 87, 159-170 (1996).
- Lee, E., Salic, A., Kirschner, M. W. Physiological regulation of [beta]-catenin stability by Tcf3 and CK1epsilon. J Cell Biol. 154, 983-993 (2001).
- Lee, E., Salic, A., Krüger, R., Heinrich, R., Kirschner, M. W. The roles of APC and Axin derived from experimental and theoretical analysis of the Wnt pathway. PLoS Biology. 1, (2003).
- Seeling, J. M., et al. Regulation of beta-catenin signaling by the B56 subunit of protein phosphatase 2A. Science. 283, 2089-2091 (1999).
- Guger, K. A., Gumbiner, B. M. beta-Catenin has Wnt-like activity and mimics the Nieuwkoop signaling center in Xenopus dorsal-ventral patterning. Dev Biol. 172, 115-125 (1995).
- Cselenyi, C. S., et al. LRP6 transduces a canonical Wnt signal independently of Axin degradation by inhibiting GSK3’s phosphorylation of β-catenin. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 8032-8037 (2008).
- Jernigan, K. K., et al. Gbetagamma activates GSK3 to promote LRP6-mediated beta-catenin transcriptional activity. Science Signaling. 3, (2010).
- Major, M. B., et al. Wilms tumor suppressor WTX negatively regulates WNT/beta-catenin signaling. Science. 316, 1043-1046 (2007).
- Cross, M. K., Powers, M. Obtaining eggs from Xenopus laevis females. J Vis Exp. , (2008).
- Cross, M. K., Powers, M. Preparation and fractionation of Xenopus laevis egg extracts. J Vis Exp. , (2008).
- Willis, J., DeStephanis, D., Patel, Y., Gowda, V., Yan, S. Study of the DNA damage checkpoint using Xenopus egg extracts. J Vis Exp. , (2012).
- Sive, H. L., Grainger, R. M., Harland, R. M. . Early Development of Xenopus Laevis : A Laboratory Manual. , (2000).
- Rubinfeld, B., et al. Binding of GSK3β to the APC-β-Catenin Complex and Regulation of Complex Assembly. Science. 272, 1023-1026 (1996).
- Salic, A., King, R. W. Identifying small molecule inhibitors of the ubiquitin-proteasome pathway in Xenopus egg extracts. Methods in Enzymology. 399, 567-585 (2005).
- Trinkle-Mulcahy, L., et al. Identifying specific protein interaction partners using quantitative mass spectrometry and bead proteomes. J Cell Biol. 183, 223-239 (2008).
- Tan, C. W., et al. Wnt signalling pathway parameters for mammalian cells. PLoS One. 7, (2012).
