プロトプ ラストを用いた葉緑体への蛋白質輸送を勉強
Summary
ここでプロトプ ラストにペグを介した変換法を用いた蛋白質を表現するプロトコルについて述べる。メソッドが、興味の蛋白質、蛋白質のローカリゼーション、種々 の実験条件のインポート プロセスの効率的な調査の簡単な表現を提供します体内。
Abstract
葉緑体は、光合成など多くの二次代謝と脂質の生産植物の様々 な細胞プロセスを担当する重要な細胞小器官です。葉緑体は、これらの様々 な生理学的なプロセスの多数の蛋白質を必要とします。以上葉緑体タンパク質の 95% は、核でエンコードされ、細胞質から、葉緑体にインポートをゾル性細胞質のリボソームで翻訳後です。したがって、適切なインポートまたはこれら核葉緑体タンパク質が葉緑体にターゲットは葉緑体として植物細胞の適切な機能にとって不可欠です。核葉緑体タンパク質の解析には、葉緑体に特定の対象信号シーケンスが含まれています。葉緑体や細胞質に局在する分子機械はこれらの信号を認識し、インポート処理を実施します。タンパク質インポートまたは体内の葉緑体にターゲットのメカニズムを調べるためには、シロイヌナズナの葉緑体への蛋白質輸送を分析するための迅速で効率的な原形質体ベースの方法を開発しました。このメソッドでは、シロイヌナズナの葉組織から分離したプロトプ ラストを使用します。ここでは、プロトプ ラストを使用して、タンパク質が葉緑体にインポートされる機構を調査するための詳しいプロトコルを提供します。
Introduction
葉緑体は植物の最も重要な器官のひとつです。1光合成を行う葉緑体の主な機能の 1 つです。葉緑体は、脂肪酸、アミノ酸、ヌクレオチドおよび多数の二次代謝産物1,2の生産のための他の多くの生化学的反応をまた運ぶ。これらの反応のすべてについて、葉緑体は多数の異なる種類のタンパク質を必要とします。しかし、葉緑体ゲノムにはだけおよそ 100 遺伝子3,4が含まれています。したがって、葉緑体は細胞質からのタンパク質の大部分をインポートする必要があります。実際には、ほとんどの葉緑体タンパク質翻訳4,5,6後に細胞質からインポートすることが示されました。植物細胞の葉緑体細胞質から蛋白質にインポートする特定のメカニズムが必要です。しかし、これらのタンパク質インポート メカニズムが過去数十年間検討されてきたがまだ完全にかわからないそれら分子レベルで。ここでは、プロトプ ラストを準備し、外因プロトプ ラストの遺伝子を表現するため詳細な方法を提供します。このメソッドは、詳細に葉緑体への蛋白質輸送の分子機構を解明するための貴重な可能性があります。
タンパク質インポートは、さまざまなアプローチを使用して学ぶことができます。これらのメソッドの 1 つの in vitroタンパク質インポート システム7,8の使用が含まれます。生体外で、このアプローチを使用して-翻訳された蛋白質の前駆物質は体外純化クロロプ ラストと孵化させる、タンパク質インポートは西部のしみの分析に続いて SDS-PAGE によって分析されます。このアプローチの利点は、葉緑体へのタンパク質インポートの各手順の詳細に学ぶことができますです。したがって、このメソッドは、広く使用されてタンパク質インポート分子機械のコンポーネントを定義し、輸送ペプチド シーケンス情報を解剖します。最近では、葉組織からのプロトプ ラストの使用を含む別のアプローチを開発し、葉緑体9,10への蛋白質輸送を研究する広く使用となっています。このアプローチの利点は、プロトプ ラスト培養システムよりもそのまま細胞に近い細胞環境を提供することです。したがって、プロトプ ラスト システムでは、関連するゾル性細胞質のイベントとターゲット信号の特異性を決定する方法など、このプロセスの多くの追加の側面に対処することが出来ます。ここでは、プロトプ ラストの葉緑体への蛋白質輸送を研究に使用するための詳細なプロトコルを提案する.
Protocol
Representative Results
Discussion
プロトプ ラストの葉緑体への蛋白質輸送を研究するシロイヌナズナの使用のための詳しいプロトコルを提供しました。このメソッドは、強力なタンパク質インポート プロセスを調査するため。このシンプルで汎用性の高いテクニック、予定された貨物タンパク質が葉緑体にターゲットを調べるのに役立ちます。このメソッドを使用すると、プロトプ ラストから非常に早く完全に成熟?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この仕事は農業科学技術開発プロジェクト号共同研究プログラムの支援で実施されました。PJ010953012018)、農村開発行政と科学省と ICT (第 2016R1E1A1A02922014)、によって資金を供給国立研究財団 (韓国) グラント韓国。
Materials
| GAMBORG B5 MEDIUM INCLUDING VITAMINS | Duchefa Biochemie | G0210.0050 | |
| SUCROSE | Duchefa Biochemie | S0809.5000 | |
| MES MONOHYDRATE | Duchefa Biochemie | M1503.0250 | |
| Agar, powder | JUNSEI | 24440S1201 | |
| Micropore Surgical tape | 3M | 1530-0 | |
| Surgical blade stainless No.10 | FEATHER | Unavailable | |
| Conical Tube, 50ml | SPL LIFE SCIENCES | 50050 | |
| Macerozyme R-10 | YAKULT PHARMACEUTICAL IND. | Unavailable | |
| Cellulase ONOZUKA R-10 | YAKULT PHARMACEUTICAL IND. | Unavailable | |
| ALBUMIN, BOVINE (BSA) | VWR | 0332-100G | |
| D-Mannitol | SIGMA | M1902-1KG | |
| CALCIUM CHLORIDE, DIHYDRATE | MP BIOMEDICALS | 0219463505-5KG | |
| Twister | VISION SCIENTIFIC | VS-96TW | |
| Screen cup for CD-1 | SIGMA | S1145 | |
| Screens for CD-1 | SIGMA | S3895 | |
| Petri Dish | SPL LIFE SCIENCES | 10090 | |
| Pasteur pipette | HILGENBERG | 3150102 | |
| LABORATORY CENTRIFUGE / BENCH-TOP | VISION SCIENTIFIC | VS-5500N | |
| Sodium chloride | JUNSEI | 19015S0350 | |
| Potassium chloride | SIGMA | P3911-1KG | |
| D-GLUCOSE, ANHYDROUS | BIO BASIC | GB0219 | |
| Potassium Hydroxide | DUKSAN | 40 | |
| Calcium nitrate tetrahydrate | SIGMA | C2786-500G | |
| Poly(ethylene glycol) | SIGMA | P2139-2KG | |
| Magnesium chloride hexahydrate | SIGMA | M2393-500G | |
| Tube 13ml, 100x16mm, PP | SARSTEDT | 55.515 | |
| Microscope slides | MARIENFELD | 1000412 | |
| Microscope Cover Glasses | MARIENFELD | 101030 | |
| Counting Chamber | MARIENFELD | 650030 | |
| Axioplan 2 Imaging Microscope | Carl Zeiss | Unavailable | |
| Micro tube 1.5ml | SARSTEDT | 72.690.001 | |
| 2-Mercaptoethanol | SIGMA | M3148-250ML | |
| Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), Proteomics Grade | VWR | M107-500G | |
| TRIS, Ultra Pure Grade | VWR | 0497-5KG | |
| DTT (DL-Dithiothreitol), Biotechnology Grade | VWR | 0281-25G | |
| Bromophenol blue sodium salt ACS | VWR | 0312-50G | |
| Glycerol | JUNSEI | 27210S0350 | |
| Living Colors A.v. Monoclonal Antibody (JL-8) | TAKARA | 632381 |
References
- Jarvis, P., Lopez-Juez, E. Biogenesis and homeostasis of chloroplasts and other plastids. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (12), 787-802 (2013).
- Neuhaus, H. E., Emes, M. J. Nonphotosynthetic Metabolism in Plastids. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 51, 111-140 (2000).
- Rolland, N., et al. The biosynthetic capacities of the plastids and integration between cytoplasmic and chloroplast processes. Annual Review of Genetics. 46, 233-264 (2012).
- Jarvis, P. Targeting of nucleus-encoded proteins to chloroplasts in plants. New Phytologist. 179 (2), 257-285 (2008).
- Li, H. M., Chiu, C. C. Protein Transport into Chloroplasts. Annual Review of Plant Biology. 61, 157-180 (2010).
- Keegstra, K., Cline, K. Protein import and routing systems of chloroplasts. Plant Cell. 11 (4), 557-570 (1999).
- Gasser, S. M., Daum, G., Schatz, G. Import of proteins into mitochondria. Energy-dependent uptake of precursors by isolated mitochondria. Journal of Biological Chemistry. 257 (21), 13034-13041 (1982).
- Smeekens, S., Bauerle, C., Hageman, J., Keegstra, K., Weisbeek, P. The role of the transit peptide in the routing of precursors toward different chloroplast compartments. Cell. 46 (3), 365-375 (1986).
- Lee, D. W., et al. Arabidopsis nuclear-encoded plastid transit peptides contain multiple sequence subgroups with distinctive chloroplast-targeting sequence motifs. Plant Cell. 20 (6), 1603-1622 (2008).
- Lee, S., et al. Mitochondrial targeting of the Arabidopsis F1-ATPase gamma-subunit via multiple compensatory and synergistic presequence motifs. Plant Cell. 24 (12), 5037-5057 (2012).
- Jin, J. B., et al. A new dynamin-like protein, ADL6, is involved in trafficking from the trans-Golgi network to the central vacuole in Arabidopsis. Plant Cell. 13 (7), 1511-1526 (2001).
- Lee, K. H., Kim, D. H., Lee, S. W., Kim, Z. H., Hwang, I. In vivo import experiments in protoplasts reveal the importance of the overall context but not specific amino acid residues of the transit peptide during import into chloroplasts. Molecules and Cells. 14 (3), 388-397 (2002).
- Lee, D. W., Lee, S., Oh, Y. J., Hwang, I. Multiple sequence motifs in the rubisco small subunit transit peptide independently contribute to Toc159-dependent import of proteins into chloroplasts. Plant Physiology. 151 (1), 129-141 (2009).
- Lee, D. W., Woo, S., Geem, K. R., Hwang, I. Sequence motifs in transit peptides act as independent functional units and can be transferred to new sequence contexts. Plant Physiology. 169 (1), 471-484 (2015).
- Lee, J., et al. Both the hydrophobicity and a positively charged region flanking the C-terminal region of the transmembrane domain of signal-anchored proteins play critical roles in determining their targeting specificity to the endoplasmic reticulum or endosymbiotic organelles in Arabidopsis cells. Plant Cell. 23 (4), 1588-1607 (2011).
- Cleary, S. P., et al. Isolated plant mitochondria import chloroplast precursor proteins in vitro with the same efficiency as chloroplasts. Journal of Biological Chemistry. 277 (7), 5562-5569 (2002).
