Bir Tandem Affinity Etiket Yöntemiyle Yapısal Çalışmaları Yerli Komplekslerinin saflaştırılması
Summary
The Tandem Affinity Purification (TAP) method has been used extensively to isolate native complexes from cellular extract, primarily eukaryotic, for proteomics. Here, we present a TAP method protocol optimized for purification of native complexes for structural studies.
Abstract
Affinity arıtma yaklaşımları proteomik karakterizasyonu için yerli kompleksleri izole başarılı olmuştur. Yapısal heterojenite ve bir kompleksin kompozisyon heterojen bir derecesi genellikle bu tür çalışmalar yürüten ilerleme engel olmaz. Bunun aksine, yapısal karakterizasyon için amaçlanan bir kompleksi hem de içerik olarak ve yapısal olarak homojen olarak proteomik için gerekli olandan daha yüksek bir konsantrasyonda bir halde arındırılmalıdır. Son zamanlarda, büyük makromoleküler kompleksler yapı tayini için elektron mikroskobu uygulamasında önemli ilerlemeler olmuştur. Bu elektron mikroskobu ile yapısal tespiti için yeterli nicelik ve nitelikte yerli kompleksleri arındırmak için yaklaşımlar ilgi artırmıştır. Tandem Affinity Arıtma (TAP) yöntemi 18-altbirim ayıklamak ve arındırmak için optimize edilmiştir, ~ tomurcuklanan maya 0.8 MDa ribonükleoprotein montaj (Saccharomyces cerevisiae) </em> negatif leke ve elektron cryo mikroskopi için uygun. Burada TAP yöntemiyle, bu değişiklikleri yapmak için gerekçesi yapılan değişiklikleri detaylı ve yaklaşımlar bir kompozisyon yönünden ve yapısal homojen kompleks için tahlil alınır.
Introduction
Birçok önemli hücresel süreçler büyük protein ve protein-RNA kompleksleri 1 tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu tür komplekslerin biyo-fiziksel ve yapısal çalışmaları yapmak için önemli bir engel, uygun bir kalite (yani, homojen) ve uygun bir konsantrasyonda onları elde edilir. doğal bir kaynağından, bir kompleks izole alt birimlerin ilgili transkripsiyon sonrası ve / veya translasyonel modifikasyonlar tutma ve uygun karmaşık bir düzenlemesini sigortalanması dahil olmak üzere birçok avantajı vardır. Ancak, büyük hücre kompleksleri düşük kopya sayısında sık sık, bir hücrede mevcut olan ve arıtma için yüksek verimli olması ve karmaşık bütünlüğü korunmasını sağlamak için, yaklaşık olarak fizyolojik koşullar altında gerçekleştirilmelidir. bir ökaryotik kaynaktan bir kompleks Arındırıcı özellikle zor ve mali engelleyici olabilir. Bu nedenle, verimli ve homojen bir kompleks elde stratejileri veya yöntemleri çok arzu edilir.
olmuştur bir stratejionların ilk karakterizasyonu için ökaryotik hücrelerden yerli kompleksleri arındırıcı başarılı Tandem Affinity Arıtma (TAP) yöntemi 2,3 olduğunu. TAP yöntemde, faktör (ler) 2 etkileşim ile kompleks olarak çiçek mayası (S. cerevisiae) bir yerli proteini saflaştırmak için geliştirilmiştir. TAP yöntem iki etiket, aynı protein kodlayıcı gen sekansına tandem kaynaşık her etiket kullanılmaktadır. Sıkı ve seçici fizyolojik çözelti Koşullar korumak için bir arzu bir afinite reçineye bağlanmak için bir ihtiyaç dengelemek üzere etiketler seçilmiştir. Bu denge sonrası arıtma karakterizasyonu için faktör (ler) etkileşime ile etiketli protein istikrarlı etkileşimi (ler) korumak için hizmet vermektedir. etiketli biraz üzerinde 20 kDa'lık bir ek – genomik dahil TAP etiketi sonunda yerleştirildi ve protein kodlama geninin (-terminal, C) Protein A ve ardından peptit (CBP) bağlanması bir kalmodülin kodlayan bir sekans oluşuyordu protein. CBP 2, kısa6 amino asit ve tanıdığı ~ 17 kDa proteini Kalmoduline 10 -9 sırasına M 4 bir KD ile kalsiyum mevcudiyetinde (CAM). Protein bir etiket tekrarlar arasında kısa bir bağlayıcı ile 58 kalıntıları arasında, iki tekrarlardan meydana gelen daha büyüktür. Her 58 amino asit tekrar K D ~ 10 -8 M 5 ile immünoglobulin G (IgG) tarafından kabul edilmektedir. Bu iki etiketin arasında TEV proteaz, Tütün Etch Virüsü 6,7 arasında bir endopeptidaz için bir tanıma sitesi dahil edilmiştir. TAP protein etiketli yöntemin birinci afinite aşamasında Şekil 1 'de gösterildiği gibi, etiketli protein TEV proteaz, özellikle de site arasındaki yaran ilave üzerinde kolon bölünmesine elüe edilir Protein A ile bir IgG reçineye bağlı iki etiketleri. Bu IgG etkileşimi olarak gerekli bir adımdır ve Protein Çok güçlü ve sadece yeterli denatüre çözüm koşullarında tedirgin olabilir. Bir Pr eksikBir etiket otein protein kalsiyumun varlığında cam reçinesine bağlanır ve metal iyonu kenetleyici, EGTA (etilen glikol tetraasetik asit) (Şekil 1) ek olarak, bu reçineden yıkandı.
TAP yönteminin tanıtılması, bu üretmek için büyük çaplı bir çalışmada kullanılan kısa bir süre sonra bir S. karmaşık etkileşimlerin 'harita' cerevisiae 8. Daha da önemlisi, bir bu çabanın tüm maya-TAP Etiketli Açık Okuma Çerçevesi (ORF) kütüphane sonucu yanı sıra bireysel TAP olarak 9 ticari bir kaynaktan temin edilebilir ORF etiketledi. Bu nedenle, tek bir herhangi bir maya kompleksi için etiketli bir protein ile bir maya suşu elde edebilir. TAP yöntemi de dahil olmak üzere, tadilatları ya da TAP etiketinin varyasyonları, teşvik: diğer ökaryotik hem de bakteri hücreleri 10,11 komplekslerin saflaştırılması için kullanımı; Protein A ve CBP farklı proteinler 12 üzerine yerleştirildiği bir "bölünmüş" etiketine, tasarımı; ve taBöyle Ca 2+ veya EGTA 13 kompleksin duyarlılık olarak, araştırmacının ihtiyacı karşılamak amacıyla gs değişti.
Her iki enstrümantasyon ve metodoloji son gelişmeler makromoleküler kompleksleri 14 atom çözünürlüklü görüntülerden yakın, yüksek yol açmıştır yapı tayini için elektron mikroskobu (EM) uygulamasında önemli ilerlemelere yol açmıştır. EM bir kompleks elde çözünürlük, ancak, çalışma kapsamında kompleksinin kalitesi üzerine şarta kalır. Bu çalışma S'den arındırmak için TAP etiketi yaklaşımını kullanmaktadır cerevisiae U1 snRNP, spliceosom 15,16 bir parçası olan bir 18-alt-birimi (-0.8 MDA), düşük kopya sayısı ribonükleoprotein kompleksi. bir dizi adım bu homojen ve yeterli bir konsantrasyon olacak şekilde bu karmaşık saflaştırmak için alınmıştır. arıtma için çeşitli aşamalarında karşılaşılan potansiyel problemler açıklanmıştır ve stratejiler Chall aşmak için alınanEnges vurguladı. dikkatle değerlendirilmesi ve saflaştırma adımları optimize ederek, U1 snRNP saflaştırılmış bir kalite ve olumsuz leke için uygun ve elektron mikroskopisi cryo (cryo-EM) çalışmaları bir miktarda yer almaktadır. Yapısal çalışmalar için yerel komplekslerinin saflaştırılması için optimize edilmiş bir TAP yöntemi protokolü, burada tarif edilmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
TAP yöntemi sıkı ve seçici fizyolojik çözelti Koşullar korumak için bir arzu bir afinite reçineye bağlanmak için bir dengelemeye iki etiket kullanılmaktadır. Bu denge sonrası arıtma karakterizasyonu için faktör (ler) etkileşime ile etiketli protein istikrarlı etkileşimi (ler) korumak için hizmet vermektedir. Buna ek olarak, bireysel TAP biri herhangi bir maya kompleksi için etiketli protein ile herhangi bir maya suşu elde edebilirsiniz, böylece Orfs, ticari bir kaynaktan temin edilebilen etiketle…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors are grateful for the support and advice of Nikolaus Grigorieff. We thank Anna Loveland, Axel Brilot, Chen Xu, and Mike Rigney for helpful discussions and EM guidance. This work was funded by the National Science Foundation, Award No. 1157892. The Brandeis EM facility is supported by National Institutes of Health grant P01 GM62580.
Materials
| S. cerevisiae TAP tagged strain | Open Biosystems | YSC1177 | This is the primary yeast strain used to develop the TAP protocol. Its background is S288C: ATCC 201388: MATa, his3Δ1, leu2Δ0, met15Δ0, ura3Δ0, SNU71::TAP::HIS3MX6 |
| Coffee grinder | Mr. Coffee | IDS77 | Used for cell lysis |
| Hemocytometer, Bright Line | Hausser Scientific | 3120 | Used to assess cell lysis |
| JA 9.100 centrifuge rotor | Beckman Coulter, Inc. | Used to harvest the yeast cells | |
| JA 20 fixed-angle centrifuge rotor | Beckman Coulter, Inc. | Used to clear the cell extract of non-soluble cellular material | |
| Ti 60 fixed-angle centrifuge rotor | Beckman Coulter, Inc. | Used to further clear the soluble cell extract | |
| Thermomixer | Eppendorf | R5355 | Temperature controlled shaker |
| Novex gel system | Thermo Fisher Scientific | ||
| IgG resin | GE Healthcare | 17-0969-01 | Sepharose 6 fast flow |
| Calmodulin resin | Agilent Technologies, Inc. | 214303 | Affinity resin |
| Protease inhibitor cocktail, mini tablets | Sigma Aldrich | 589297 | Mini cOmplete ultra EDTA-free tablets |
| Protease inhibitor cocktail, large tablets | Sigma Aldrich | 5892953 | cOmplete ultra EDTA-free tablets |
| Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) | Dissolved in isopropanol | ||
| 2 mL Bio-spin column | Bio-Rad Laboratories, Inc. | 7326008 | Used to pack and wash the Calmodulin resin |
| 10 mL poly-prep column | Bio-Rad Laboratories, Inc. | 7311550 | Used to pack and wash the IgG resin |
| Precast native PAGE Bis-Tris gels | Life Technologies | BN1002 | Novex NativePAGE Bis-Tris 4-16% precast polyacrylamide gels |
| NativeMark protein standard | Thermo Fisher Scientific | LC0725 | Unstained protein standard used for native PAGE. Load 7.5 μL for a silver stained gel and 5 μL for a SYPRO Ruby stained gel |
| Precast SDS PAGE Bis-Tris gels | Life Technologies | NP0321 | Novex Nu-PAGE Bis-Tris 4-12% precast polyacrylamide gels |
| PageRuler protein standard | Thermo Fisher Scientific | 26614 | Unstained protein standard used for Western blotting |
| SDS running buffer | Life Technologies | NP0001 | 1x NuPAGE MOPS SDS Buffer |
| TAP antibody | Thermo Fisher Scientific | CAB1001 | Primary antibody against CBP tag |
| Secondary antibody | Thermo Fisher Scientific | 31341 | Goat anti-rabbit alkaline phosphatase conjugated |
| BCIP/NBT | Thermo Fisher Scientific | 34042 | 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-phosphate/nitro blue tetrazolium |
| Dialaysis units | Thermo Fisher Scientific | 88401 | Slide-A-Lyzer mini dialysis units |
| Centrifugal filter units, 100kDa MWCO | EMD Millipore | UFC5100008 | Amicon Ultra-0.5 Centrifugal Filter Unit with Ultracel-100 membrane |
| Detergent absorbing beads | Bio-Rad Laboratories, Inc. | 1523920 | Bio-bead SM-2 absorbants |
| SYBR Green II | Thermo Fisher Scientific | S-7564 | Flourescent dye for nucleic acid staining, when detecting with SYPRO Ruby present, use excitation wavelength of 488 nm and emission wavelength of 532 nm |
| SYPRO Ruby | Molecular Probes | S-12000 | Flourescent dye for protein staining, when detecting with SYBR Green II present, use excitation wavelength of 457 nm and emission wavelength of 670 nm |
| Copper grids | Electron Microscopy Sciences | G400-CP |
References
- Gavin, A. C., et al. Functional organization of the yeast proteome by systematic analysis of protein complexes. Nature. 415 (6868), 141-147 (2002).
- Rigaut, G., Shevchenko, A., Rutz, B., Wilm, M., Mann, M., Seraphin, B. A generic protein purification method for protein complex characterization and proteome exploration. Nature Biotechnology. 17 (10), 1030-1032 (1999).
- Puig, O., et al. The tandem affinity purification (TAP) method: A general procedure of protein complex purification. Methods. 24 (3), 218-229 (2001).
- Vaillancourt, P., Zheng, C. F., Hoang, D. Q., Breister, L. Affinity purification of recombinant proteins fused to calmodulin or to calmodulin-binding peptides. Methods Enzymol. 326, 340-362 (2000).
- Braisted, A. C., Wells, J. A. Minimizing a binding domain from protein A. Proc Natl Acad Sci U S A. 93 (12), 5688-5692 (1996).
- Kapust, R. B., et al. Tobacco etch virus protease: mechanism of autolysis and rational design of stable mutants with wild-type catalytic proficiency. Protein Eng. 14 (12), 993-1000 (2001).
- Nallamsetty, S., et al. Efficient site-specific processing of fusion proteins by tobacco vein mottling virus protease in vivo and in vitro. Protein Expr Purif. 38 (1), 108-115 (2004).
- Ghaemmaghami, S., et al. Global analysis of protein expression in yeast. Nature. 425 (6959), 737-741 (2003).
- Howson, R., et al. Construction, verification and experimental use of two epitope-tagged collections of budding yeast strains. Comp Funct Genomics. 6 (1-2), 2-16 (2005).
- Cox, D. M., Du, M., Guo, X., Siu, K. W., McDermott, J. C. Tandem affinity purification of protein complexes from mammalian cells. Biotechniques. 33 (2), 267-268 (2002).
- Gully, D., Moinier, D., Loiseau, L., Bouveret, E. New partners of acyl carrier protein detected in Escherichia coli by tandem affinity purification. FEBS Lett. 548 (1-3), 90-96 (2003).
- Tharun, S. Purification and analysis of the decapping activator Lsm1p-7p-Pat1p complex from yeast. Methods Enzymol. 448, 41-55 (2008).
- Xu, X., Song, Y., Li, Y., Chang, J., Zhang, H., An, L. The tandem affinity purification method: an efficient system for protein complex purification and protein interaction identification. Protein Expr Purif. 72 (2), 149-156 (2010).
- Cheng, Y., Grigorieff, N., Penczek, P. A., Walz, T. A Primer to Single-Particle Cryo-Electron Microscopy. Cell. 161 (3), 438-449 (2015).
- Gottschalk, A., et al. A comprehensive biochemical and genetic analysis of the yeast U1 snRNP reveals five novel proteins. RNA. 4 (4), 374-393 (1998).
- Neubauer, G., Gottschalk, A., Fabrizio, P., Seraphin, B., Luhrmann, R., Mann, M. Identification of the proteins of the yeast U1 small nuclear ribonucleoprotein complex by mass spectrometry. Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (2), 385-390 (1997).
- Lucast, L. J., Batey, R. T., Doudna, J. A. Large-scale purification of a stable form of recombinant tobacco etch virus protease. Biotechniques. 30 (3), 544-546 (2001).
