In-vitro- Sumoylierung Assay SUMO E3 Ligase Tätigkeit zu studieren
Summary
Im Gegensatz zu Ubiquitin Ligases wurden einige E3 SUMO Ligases identifiziert. Dieses modifizierte in-vitro- Sumoylierung Protokoll ist in der Lage, neuartige SUMO E3 Ligases durch eine in-vitro- Rekonstitution Assay zu identifizieren.
Abstract
Kleine Ubiquitin-ähnliche Modifikator (SUMO) Modifikation ist eine wichtige Post-translationale Modifikation (PTM), die die Signaltransduktion in erster Linie durch Modulation der Protein-Protein-Wechselwirkungen vermittelt. Ähnlich wie Ubiquitin Modifikation Sumoylierung Regie eine sequenzielle Enzym Kaskade einschließlich E1-aktivierende Enzym (SAE1/SAE2), E2-Konjugation Enzym (Ubc9) und E3-Ligase (d.h., PIAS Familie, RanBP2 und Pc2). Jedoch anders als bei Ubiquitination, eine E3-Ligase ist unwesentlich für die Reaktion aber bieten Präzision und Wirksamkeit für SUMO Konjugation. Geändert von Sumoylierung Proteine können durch in-Vivo -Test über Immunopräzipitation mit Substrat-spezifische Antikörper und Immunoblotting mit SUMO-spezifische Antikörper identifiziert werden. Die Demonstration der Proteinaktivität SUMO E3 Ligase erfordert jedoch in Vitro Rekonstitution von Sumoylierung Assays mit gereinigtem Enzymen, Substrat und SUMO Proteine. Da in den in-vitro- Reaktionen in der Regel SAE1/SAE2 und Ubc9, allein für SUMO Konjugation ausreichen, ist Verbesserung der Sumoylierung durch eine vermeintliche E3-Ligase nicht immer leicht zu erkennen. Hier beschreiben wir eine modifizierte in Vitro Sumoylierung Protokoll, das konsequent SUMO-Modifikation mit einem in-vitro- rekonstituiert System identifiziert. Eine Schritt für Schritt Protokoll, katalytisch aktiven K-bZIP, eine virale SUMO-2/3-E3-Ligase zu reinigen wird ebenfalls dargestellt. Die Sumoylierung Aktivitäten der gereinigten K-bZIP werden p53, einem bekannten Ziel von SUMO angezeigt. Dieses Protokoll kann nicht nur für die neuartige SUMO E3 Ligases Aufklärung, sondern auch für die Preisgabe ihrer SUMO Paralog Spezifität eingesetzt werden.
Introduction
SUMO-Umbau wurde zunächst als reversible Post-translationale Modifikation (PTM) identifiziert, die Protein Stabilität1regelt. Neben direkten Konjugation kann SUMO auch an ein Protein durch nicht-kovalente Wechselwirkungen durch SUMO Interaktion Motive (SIMs)2befestigt werden. Ähnlich wie die Bindung der Tyrosyl-Phosphorylierung von Molekülen beherbergen Src Homologie 2 (SH2) oder Phosphotyrosine Bindung (PTB) Domänen3,4, SUMO Modifikation bietet eine zusätzliche Interaktion Plattform für selektive Rekrutierung von SIM-haltigen Effektor Proteine5,6. Neben der Regulierung der Signaltransduktion Sumoylierung transcriptional Faktoren und Chromatin umgestalten Moleküle dienen gen Ausdruck7,8zu modulieren. Studien der genomweiten Sumoylierung Muster haben gezeigt, dass SUMO Änderung entweder positive9,10 oder negative10,11,12 Transkription zugeordnet ist Verordnung, teilweise aufgrund der Paralogue Besonderheit der Sumoylierung.
Es gibt drei große SUMO-Isoformen für Protein Konjugation Gegenwart in Säugerzellen; Dazu gehören SUMO-1, und die hochgradig homologen SUMO-2 und SUMO-3 (bezeichnet als SUMO-2/3)13. SUMO ist in der Regel an Lysin (K) Rückstände innerhalb der ψKxD/E Konsens-Motivs in das Zielprotein konjugiert. Die SIM-Karte im SUMO E3 Ligases ist verantwortlich für die Paralogue Spezifität14. Im Gegensatz zu Ubiquitination Wege mit Hunderten von E3 Ligases wurden nur wenige SUMO E3 Ligases identifiziert15. SUMO E3 Ligases zeichnen sich durch Eigenschaften, einschließlich ihrer Fähigkeit zur (i) Ubc9 binden, (Ii) binden SUMO glyko-über eine SIM-Domäne und (Iii) Förderung der SUMO-Übertragung von Ubc9 auf Substrat. E3-Ligase ist nicht zwingend erforderlich für SUMO Konjugation16, bietet aber Substrat und SUMO-Paralogue Spezifität. Da in der Regel nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Substrat Proteins SUMO geändert ist, ist Erkennung der sumoyliert Proteine in Vivo immer eine Herausforderung. Deshalb sind genaue und reproduzierbare Tests erforderlich, um die genaue Funktion der SUMO Veränderung aufzuklären.
Die in-vitro- Sumoylierung Assay, die die Fähigkeit des gereinigten Ubc9, Sumoylierung Substrat Proteine katalysieren auswertet, ist ein gut angenommen Assay für SUMO Änderung17zu studieren. Jedoch SUMO E3-Ligase-Aktivität in den meisten Fällen nicht erkannt werden oder kann nur erkannt werden mit mutierten SUMO-Ligase mit hoher Aktivität der SUMO-E3-Ligase und geringe Substratspezifität durch das standard-Protokoll wegen der Anwesenheit von eine reichliche Menge von Ubc918 . Der Gesamterfolg des Assays hängt weitgehend die sorgfältige Titration der gereinigten Ubc9. Der in-vitro- Sumoylierung Test hier beschriebenen wird von einem standard Sumoylierung geändert (siehe Tabelle der Materialien)-Protokoll. Die Beobachtung der erhöhten globalen SUMO Änderung während Kaposi-Sarkom-assoziierte Herpesvirus (KSHV) Reaktivierung veranlasste uns, die virale SUMO E3-Ligase zu identifizieren, die für Up-Regulierung des Sumoylierung verantwortlich sein können. Nach einer kleinen Vorführung der interagierenden Proteine virale SUMO E3 Ligase K-bZIP wurde p53 als neuartiges Substrat identifiziert. In diesem Protokoll zeigen wir ausführlich in Insektenzellen, die Schritte in den Ausdruck und die Reinigung der Wildtyp K-bZIP, eine virale SUMO E3-Ligase mit SUMO-2/3 Spezifität beteiligt. Die Fähigkeit des gereinigten K-bZIP, Sumoylierung von p53, einem bekannten SUMO-Substrat zu verbessern wird in Anwesenheit von geringeren Mengen von E1 und E2 Enzyme ausgewertet. Mit dieser veränderten Sumoylierung Assay können Forscher zuverlässig definieren die Fähigkeiten der SUMO-E3-Ligase SUMOylate Roman oder bekannten Substrate, die primäre geht in die Untersuchung von Protein Sumoylierung. Darüber hinaus hilft diese Methode Roman SUMO E3 Ligases mit niedrigen Ligase Tätigkeit aber hohe Substratspezifität identifizieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die in-vitro- Sumoylierung Protokoll hier beschriebenen wird routinemäßig eingesetzt, die Sumoylierung Status der identifizierten Ubc9 Substrate zu etablieren. Die größte Beschränkung des Standardprotokolls Sumoylierung Funktion des SUMO E3 Ligase zu studieren ist die Fülle der Aktivierung von SUMO E1 und E2 Konjugation Enzyme Ubc9, die die SUMO-Konjugation in in-vitro- Systemen zu maximieren. Angesichts dieser Herausforderung glauben wir, dass Titration von der Menge der SUMO E1 und E2 Enzyme auf…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie (MOST, 105-2320-B-010-007-MY3, PCC), von den National Health Research Institute (NMRI-EX105-10215BC, PCC), des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (die meisten 105-2314-B-400-019 zu HJK) und aus den National Health Research Institute (NMRI MG-105-SP-10, NMRI MG-106-SP-10 bis HJK). Diese Arbeit wurde auch teilweise mit National Yang-Ming University Manuskript Publikation PCC unterstützt. Die Geldgeber hatten keine Rolle beim Studiendesign, Datenerhebung und Analyse, Entscheidung, zu veröffentlichen oder Wiedergutmachung des Manuskripts.
Materials
| pFastBac | Invitrogen | 10359-016 | dual expression baculovirus vector |
| pCR2.1-TOPO vector | Invitrogen | PCR product vector | |
| competent cell E. coli DH5α | Yeastern Biotech | FYE678-80VL | competent E. coli cells A |
| E. coli DH10Bac | Invitrogen | 10359-016 | competent E. coli cells B |
| FugeneHD | Roche | 04709705001 | transfection reagent |
| Opti-MEM | Gibco | 31985062 | reduced serum media |
| T4 Ligase | NEW England BioLabs | M0202S | |
| CpoI (RsrII) | Thermo Scientific | ER0741 | |
| Bluo-gal | Thermo Scientific | B1690 | galactosidase substrate |
| IPTG | Sigma-Aldrich | I6758-1G | |
| Grace’s Insect Medium | Gibco | 11605094 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10082147 | |
| Gentamicin | Thermo Fisher | 15750060 | |
| Ampicillin | Sigma-Aldrich | A9393-25G | |
| Kanamycin | Sigma-Aldrich | K0254-20ML | |
| gentamicin | Gibco | 15710-064 | |
| tetracyclin | Sigma-Aldrich | 87128-25G | |
| LB Broth | Merk | 1.10285.0500 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H4034-100G | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9888-5KG | |
| KCl | Merk | 1.04936.1000 | |
| Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S5136-500G | |
| KH2PO4 | J.T.Baker | 3246-01 | |
| sodium dodecyl sulfate | Merk | 1.13760.1000 | |
| β-mercaptoethanol | Bio-Rad | 161-0710 | |
| TRIS (Base) | J.T.Baker | 4109-06 | |
| Non-fat milk | Fonterra | ||
| glycerol | J.T.Baker | 2136-01 | |
| Triton X-100 | Amresco | 0694-1L | detergent A |
| Tween 20 | Amresco | 0777-500ML | detergent B |
| Poloxamer 188 solution | Sigma-Aldrich | P5556-100ML | detergent C |
| Protease Inhibitor Cocktail Tablet | Roche | 04 693 132 001 | |
| 3x Flag peptide | Sigma | F4799 | |
| anti-FLAG m2 Magnetic beads | Sigma-Aldrich | M8823 | antibody-tagged magnetic beads |
| SUMOlink SUMO-1 Kit | Active Motif | 40120 | standard SUMOylation protocol |
| SUMOlink SUMO-2/3 Kit | Active Motif | 40220 | standard SUMOylation protocol |
| QIAquick Gel Extraction Kit | QIAGEN | 28704 | |
| QIAGEN Plasmid Mini Kit | QIAGEN | 12123 | plasmid extraction kit |
| Polypropylene tubes | Falcon | 352059 | |
| Petri Dish | Falcon | 351029 | |
| Cell lifter | Corning | CNG3008 | |
| Loading tip | Sorenson BioScience | 28480 | |
| PVDF | PerkinElmer | NEF1002 | |
| Blotting filter paper | Bio-Rad | 1703932 | |
| Mini slab gel apparatus (Bio-Rad Mini Protean II Cell) | Bio-Rad | 1658001 EDU | |
| Trans-Blot SD Semi-Dry Electrophoretic Transfer Cell | Bio-Rad | 1703940 | |
| Pierce ECL Western Blotting | Thermo | 32106 | ECL reagent |
| suspension mixer | Digisystem laboratory instruments Inc. | SM-3000 | |
| orbital shaker | Kansin instruments Co. | OS701 | |
| ImageQuant LAS 4000 biomolecular imager |
GE Healthcare | 28955810 | |
| Sf9 | Thermo Scientific | B82501 | |
| anti-p53 antibody | Cell Signaling | #9282 | |
| anti-rabbit antibody | GE Healthcare | NA934-1ML |
Riferimenti
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