Rekombinant Archaeal proteazomlar ve Nondenaturing PAGE ile Proteozom Meclisi İncelenmesi: Durum bir Kombine Yaklaşım
Summary
Bu protokol alt birimi yakımının birlikte ve rekombinant proteazom montaj daha kapsamlı bir muayene için karıştırma postlysis alt birimini hem kullanır.
Abstract
Proteazomlar hayatın her alanında bulunur. bunların montajı tam olarak anlaşılamamıştır olmamakla birlikte, Ökaryotlarda hücre içi protein degradasyon ana yol sağlar. Tüm proteazomların iki heptameric α alt birimi halkaları arasında sandviç yapılmış iki heptameric β alt birimi halkalar ihtiva eden bir yapısal korunmuş çekirdek partikülü (CP) ya da 20S proteazomu içerir. Arke 20S proteazomlar kendi ökaryotik muadillerine göre içerik olarak daha basittir, ancak her ikisi de ortak bir montaj mekanizmasını paylaşır. Sonuç olarak, arke 20S proteazomlar ökaryotik proteazom montajı için önemli modeller olmaya devam etmektedir. Özellikle, nondenaturing poliakrilamid jel elektroforezi (PAGE) ile birleştiğinde arke 20S proteazomların rekombinant ifade proteazom biyogenezi içine birçok önemli bilgiler vermiştir. Burada, arke proteazom a koekspresyonu olağan stratejisi geliştirmek için bir araç tartışmak ve ß alt birimleri önce nondenaturi içinng PAGE. Bu hızlı ve etkili olsa da, tek başına birlikte ekspresyonu yaklaşım, kilit düzeneği ara maddeleri kaçırma olduğunu göstermektedir. proteazom durumunda, birlikte ekspresyonu yarı proteazom saptanmasını bir ara ihtiva eden tam bir α-ring ve bir tam β-halka izin vermeyebilir. Bununla birlikte, bu ara madde hali hazırda lizat karıştırma ile tespit edilebilir. Biz Lizat karıştırma yakımının birlikte birleştirerek takımını analiz daha kapsamlı bir yaklaşım verir, ancak emek nonintensive kaldığını göstermektedir. Bu yaklaşım, diğer rekombinant multiprotein kompleksleri çalışılması için yararlı olabilir.
Introduction
Multiprotein kompleksleri çok sayıda kritik hücresel faaliyetler 1 yürütmek. Bu komplekslerin çoğu için, çok daha fazla kendi montajı 2,3 hakkında daha kendi yapısı ve işlevi hakkında bilinmektedir. proteazom böyle bir kompleks ve hayatın tüm alanlarında bulunur. Ökaryotlarda, bu moleküler makine Ubiquitin / Proteozom Sistemi (UPS) merkezinde yer alır ve hücre içi protein yıkımı 4 ana yol sağlar. Bir 20S proteazomu veya çekirdek parçacığına (BF) 5, bir 19S düzenleyici parçacık (RP), 6 ile bir ya da her iki ucunda başlıklı edilebilir: (26S proteazomu olarak anılacaktır) ökariyotik proteazom iki ana alt montajlar oluşmaktadır.
20S proteazomu büyük bölümlere proteazdır. Bu kuaterner yapı kesinlikle yaşamın her alan boyunca muhafaza ve yapısal olarak ilgili alt-birimlerinin iki türü ihtiva eden dört ila yedi üyeli halkalardan oluşan bir istifin oluşur, α; ve 5,7,8 ß. Ökaryotlarda, iki dış halkalar, her yedi farklı α alt birimlerinden oluşan ve iki iç halkalar, her yedi farklı β alt birimlerinden oluşur; proteolitik aktivitesi β alt birimlerine üç içinde bulunur. Buna karşılık, arke ve bakteri CP halkalar genellikle a sadece bir tip ve β alt birimi bir tür oluşmaktadır. Arke proteazomlar nedeniyle kompozisyon sadelik ve onların kendi ökaryotik meslektaşları 9-13 ortak bir montaj mekanizmasını paylaşan hem proteazom düzeneğini incelemek için önemli bir model sistem sağladı. Kısaca, α alt birimi alt-birimleri monte p olan, üzerine bir iskele olarak hizmet eden birinci α halkalar halinde bir araya getirin. Sebebiyet veren Elde edilen yarı proteazomların (α 7 β 7) dimerize tam CP (α 7 β 7 β 7 α 7) monte etmek. dimerizasyonu sırasında propeptidlerinin ß alt birimler üzerinde mevcutotokatalitik katalitik N-terminal treonin açığa çıkarılır. Montaj model arkeal proteazomların kullanımı sıklıkla Escherichia coli içinde rekombinant arke proteazom proteinlerin üretiminde yararlanır. çeşitli kombinasyonlarda üretilecek alt birimi kendi proteazomların üretmeyen bir konakçı organizmada, WT ve mutant versiyonları gibi, sağlar, bu değerli bir yaklaşımdır.
Çok protein komplekslerinin birleşmesini İzleme biyokimyasal montaj ara ve öncüleri tamamen monte kompleksleri ayıran bölme yönteminin çeşit gerektirir. Bağlı poliakrilamid jel elektroforezi (PAGE) nondenaturing üstün çözme kapasitesi, çeşitli büyük multiprotein kompleksleri 14-17 fraksiyonlanması, özellikle yararlı olduğu kanıtlanmıştır. rekombinant arke proteazom üretimi ve nondenaturing PAGE kombinasyonu disseksiyonu güçlü bir yaklaşım haline gelmiştirg proteozom düzeneği 9,11,12,18. Bununla birlikte, bu yaklaşım, tatbik edildiği (yani. Α ve β alt birimlerine rekombinant ekspresyonuna ile) normal bir yöntem önemli bir dezavantaja sahiptir. Meclis reaksiyonları kooperatif ve güçlü konsantrasyon bağımlı 3 vardır. Hücre içinde protein konsantrasyonu nedeniyle dışlanmış hacim etkileri, 19 çok yüksek olduğu göz önüne alındığında, montaj reaksiyonları in vivo hızla devam edin. Dolayısıyla α ve β alt birimi eksprese olduğunda önemli düzeneği ara maddeleri kaçırmak mümkündür.
Burada, rekombinant arke proteazom alt birimlerini kullanarak proteazom montaj çalışmasında bir kombine yaklaşım savunuyorlar. Bu yaklaşımda, hem birlikte ekspresyonu ve lizat karıştırma yöntemleri kullanılmaktadır. Koekspresyon daha az emek yoğun olması nedeniyle eski meclis hızlı analiz sağlar. ikinci karıştırma ardından α ve β alt ünitelerle birlikte, ayrı ayrı ifade bağlıdır. Bu requi olsakoekspresyonu daha res biraz daha çaba, bu koekspresyonu sırasında kaçırılan ara maddelerin tespit etme yeteneğine tarafından telafi daha fazladır. Birlikte, bu iki yöntem proteazom düzeneğinin daha eksiksiz bir resim sağlayabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz rekombinant arke proteazomlar kullanarak PAGE nondenaturing ile proteazom düzeneğini analiz için kombine yaklaşımın yararını göstermektedir. Proteazom alt birimlerin bakteri koekspresyonu olağan yöntem 9,11 hızlı analiz sağlar ancak anahtar montaj ara maddeleri açığa olmayabilir. Biz montaj olayları daha geniş bir resim geliştirmek için karıştırma lizat ile yakımının birlikte birleştirerek öneririz.
Bu kombine yaklaşımın avantajı a ayrı ifades…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma ARK, Amerikan Kalp Derneği 14GRNT20390154 bir ödül ile, ve kısmen Indiana Üniversitesi-Purdue Üniversitesi, Indianapolis bir Araştırma Destek Fonu Grant (RSFG) tarafından kısmen desteklenmiştir
Materials
| Acrylamide (40%) solution | Biorad | 1610104 | Unpolymerized acrylamide is a neurotoxin. Wear proper protective equipment |
| Amicon ultra 0.5ml centrifugal filters | EMDMillipore | UFC501024 | |
| Ammonium persulfate | Sigma | A3678 | |
| ATP | Sigma | A7699 | |
| BCA assay kit | Pierce | 23225 | |
| Bisacrylamide (2%) solution | Biorad | 1610142 | |
| Bromophenol blue | Sigma | B8026 | |
| DNaseI | Sigma | DN25 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Thermo Fisher | BP172 | |
| E.coli BL21 competent cells | EMD Millipore | 69450 | |
| GelCode Blue | Thermo Fisher | 24592 | Colloidal coomassie stain reagent for gels |
| Gel doc EZ system | Biorad | 1708270 | Gel documentation system |
| Gel releasers | Biorad | 1653320 | Wedge shaped plastic used to separate gel plates; useful for spreading liquid. |
| Glass rod | Thermo Fisher | 11-380B | |
| Glycerol | Sigma | 49767 | |
| Glycine | Thermo Fisher | BP3865 | |
| Hamilton syringe | Thermo Fisher | 14-813-38 | Glass syringe for loading gels |
| HEPES | US Biologicals | H2010 | |
| HMW Native calibration kit | GE Healthcare | 170445-01 | High molecular weight protein standards |
| Hoefer SG30 | Thermo Fisher | 03-500-277 | Gradient maker |
| Imidazole | US Biologicals | 280671 | |
| IPTG | US Biologicals | I8500 | For induction of protein expression |
| Isopropanol | Thermo Fisher | BP26181 | |
| Kanamycin sulfate | US Biologicals | K0010 | |
| Lysozyme | Sigma | L6876 | |
| MgCl2 | Fluka analytical | 630680 | |
| Mini Protean Tetra Cell | Biorad | 1658002EDU | Gel electrophoresis apparatus |
| NaCl | Thermo Fisher | S640-3 | |
| NaOH | Thermo Fisher | S318-1 | |
| Pefabloc SC | Roche | 11429876001 | Protease inhibitor |
| pET42 | EMD Millipore | 70562 | Expression plasmid |
| Precision plus all blue standard | Biorad | 1610373 | Molecular protein standard for SDS-PAGE |
| Quickchange mutagenesis kit | Agilent technologies | 200521 | |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Thermo Fisher | BP166 | |
| Suc-LLVY-AMC | Enzo lifesciences | BML P802-0005 | Fluorogenic substrate |
| Talon Metal Affinity Resin | Clontech | 635502 | Immobilized-cobalt affinity resin |
| TEMED | Sigma | T7024 | |
| Tris | US Biologicals | T8600 | |
| Triton-X100 | Sigma | 93426 | |
| Tryptone | Bacto BD | 211699 | |
| UV sample tray | Biorad | 1708271 | For UV imaging of gels |
| Yeast extract | Bacto BD | 212720 |
References
- Wan, C., et al. Panorama of ancient metazoan macromolecular complexes. Nature. 525, 339-344 (2015).
- Marsh, J. A., Teichmann, S. A. Structure, dynamics, assembly, and evolution of protein complexes. Annu Rev Biochem. 84, 551-575 (2015).
- Williamson, J. R. Cooperativity in macromolecular assembly. Nat Chem Biol. 4, 458-465 (2008).
- Finley, D., Ulrich, H. D., Sommer, T., Kaiser, P. The ubiquitin-proteasome system of Saccharomyces cerevisiae. Génétique. 192, 319-360 (2012).
- Groll, M., et al. Structure of 20S proteasome from yeast at 2.4 A resolution. Nature. 386, 463-471 (1997).
- Lander, G. C., et al. Complete subunit architecture of the proteasome regulatory particle. Nature. 482, 186-191 (2012).
- Lowe, J., et al. Crystal structure of the 20S proteasome from the archaeon T. acidophilum at 3.4 A resolution. Science. 268, 533-539 (1995).
- Hu, G., et al. Structure of the Mycobacterium tuberculosis proteasome and mechanism of inhibition by a peptidyl boronate. Mol Microbiol. 59, 1417-1428 (2006).
- Zwickl, P., Kleinz, J., Baumeister, W. Critical elements in proteasome assembly. Nat Struct Biol. 1, 765-770 (1994).
- Groll, M., Brandstetter, H., Bartunik, H., Bourenkow, G., Huber, R. Investigations on the maturation and regulation of archaebacterial proteasomes. J Mol Biol. 327, 75-83 (2003).
- Frankenberg, R. J., Hsu, T. S., Yakota, H., Kim, R., Clark, D. S. Chemical denaturation and elevated folding temperatures are required for wild-type activity and stability of recombinant Methanococcus jannaschii 20S proteasome. Protein Sci. 10, 1887-1896 (2001).
- Maupin-Furlow, J. A., Aldrich, H. C., Ferry, J. G. Biochemical characterization of the 20S proteasome from the methanoarchaeon Methanosarcina thermophila. J Bacteriol. 180, 1480-1487 (1998).
- Maupin-Furlow, J. A., Ferry, J. G. A proteasome from the methanogenic archaeon Methanosarcina thermophila. J Biol Chem. 270, 28617-28622 (1995).
- Wittig, I., Braun, H. P., Schagger, H. Blue native PAGE. Nat Protoc. 1, 418-428 (2006).
- Langer, T., Pfeifer, G., Martin, J., Baumeister, W., Hartl, F. U. Chaperonin-mediated protein folding: GroES binds to one end of the GroEL cylinder, which accommodates the protein substrate within its central cavity. EMBO J. 11, 4757-4765 (1992).
- McKenzie, M., Lazarou, M., Thorburn, D. R., Ryan, M. T. Analysis of mitochondrial subunit assembly into respiratory chain complexes using Blue Native polyacrylamide gel electrophoresis. Anal Biochem. 364, 128-137 (2007).
- Tomko, R. J., Hochstrasser, M. Incorporation of the Rpn12 subunit couples completion of proteasome regulatory particle lid assembly to lid-base joining. Mol Cell. 44, 907-917 (2011).
- Panfair, D., Ramamurthy, A., Kusmierczyk, A. R. Alpha-ring Independent Assembly of the 20S Proteasome. Sci Rep. 5, 13130 (2015).
- Zimmerman, S. B., Trach, S. O. Estimation of macromolecule concentrations and excluded volume effects for the cytoplasm of Escherichia coli. J Mol Biol. 222, 599-620 (1991).
- Kusmierczyk, A. R., Kunjappu, M. J., Kim, R. Y., Hochstrasser, M. A conserved 20S proteasome assembly factor requires a C-terminal HbYX motif for proteasomal precursor binding. Nat Struct Mol Biol. 18, 622-629 (2011).
- Smith, P. K., et al. Measurement of protein using bicinchoninic acid. Anal Biochem. 150, 76-85 (1985).
- Laemmli, U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227, 680-685 (1970).
- Chen, P., Hochstrasser, M. Autocatalytic subunit processing couples active site formation in the 20S proteasome to completion of assembly. Cell. 86, 961-972 (1996).
- Li, X., Kusmierczyk, A. R., Wong, P., Emili, A., Hochstrasser, M. beta-Subunit appendages promote 20S proteasome assembly by overcoming an Ump1-dependent checkpoint. EMBO J. 26, 2339-2349 (2007).
- Kusmierczyk, A. R., Kunjappu, M. J., Funakoshi, M., Hochstrasser, M. A multimeric assembly factor controls the formation of alternative 20S proteasomes. Nat Struct Mol Biol. 15, 237-244 (2008).
