Summary

使用新激酶蛋白的强生化方法在分子水平上进行表征

Published: June 30, 2019
doi:

Summary

我们使用强大的生化方法对一种新的激酶蛋白进行了定性:用特殊抗体对不同细胞系和组织进行西带体分析,通过共免疫沉淀实验相互作用,由西方检测到的激酶活性使用磷特异性抗体和由 β+32P+ ATP 标记的斑点。

Abstract

广泛的全基因组测序已经确定了许多开放阅读框架(ORFs),提供了许多潜在的蛋白质。这些蛋白质可能对细胞有重要作用,并可能解开新的细胞过程。在蛋白质中,激酶是主要参与者,因为它们属于细胞信号通路,能够打开或关闭许多对细胞命运至关重要的过程,如细胞生长、分裂、分化、运动和死亡。

在这项研究中,我们重点研究了一种新的潜在激酶蛋白LIMK2-1。我们用特定的抗体证明了它的存在。我们使用共免疫沉淀实验评估其与上游调节蛋白的相互作用。共免疫沉淀是一种非常强大的技术,能够检测两个目标蛋白之间的相互作用。它也可以用来检测诱饵蛋白的新伙伴。诱饵蛋白可以通过设计到其序列的标签进行纯化,或者通过专门针对它的抗体进行纯化。然后,这些蛋白质复合物可以通过SDS-PAGE(硫酸二苯基苯甲酸钠聚丙烯酰胺凝胶)分离,并使用质谱法进行鉴定。免疫沉淀LIMK2-1也用于通过β+32P+ ATP标签在体外测试其激酶活性。这种成熟的测定可能使用许多不同的基质,诱饵的突变版本可用于评估特定残留物的作用。药理剂的作用也可以评估,因为这种技术是高度敏感和定量的。尽管如此,放射性处理需要特别小心。激酶活性也可以评估与特定抗体针对改性氨基酸的磷组。这些类型的抗体并非适用于所有磷改性残留物。

Introduction

几十年来,许多信号通路已被阐明,并表明它们参与关键的细胞过程,如细胞分裂、分化、运动、程序化细胞死亡、免疫和神经生物学。激酶在这些信号通路中起着重要作用,因为它们经常精细地调节其激活或失活,是响应外部刺激1,2,3的瞬态多功能复合物的一部分。激酶的突变和调节障碍经常导致人类疾病,因此在过去四十年中,它们已成为最重要的药物靶点之一。

在此背景下,能够检测激酶与其上游稳压器或下游基板的相互作用并识别新的合作伙伴非常重要。亲和纯化和免疫沉淀是分离蛋白质复合物5的非常强大的技术。诱饵蛋白或激酶可以标记与特定的肽序列允许使用商业珠子共价结合抗体针对肽。这种材料允许在实验6,7,8中具有很高的可重复性。内源性蛋白也可以使用直接靶饵蛋白的抗体进行免疫沉淀。抗体可能与蛋白A或蛋白GAagagarose珠子交联,或在添加赖沙之前用这些珠子孵育。莱沙缓冲液必须经过优化,使蛋白质溶解而不失去相互作用,并避免蛋白质降解。这种方法的一个主要缺点是相互作用在细胞赖沙时被检测到;因此,瞬态或弱相互作用,以及那些需要亚细胞上下文可能错过。其他技术可用于直接在细胞中工作,如接近结扎测定(PLA)9、体内交联辅助亲亲纯化(XAP)10、生物发光共振能量转移(BRET)或Fürster共振能量转移 (FRET)11,12。此外,免疫沉淀不适合确定结合的热力学常数,需要表面质原共振、等温分滴热量测定或微尺度热泳等物理技术13,14.

可使用多种技术评估激酶活性。在此,我们专注于磷特异性抗体和体外β=32P+ ATP(腺苷三磷酸)标签。磷特异性抗体针对蛋白质中特定残留物的磷酸盐修饰。它们可用于细胞裂解后西布洛特或ELISA(酶链接免疫吸附测定),用于免疫组织化学,以及使用流细胞学或免疫荧光的完整细胞。其缺点可能包括缺乏特异性,可以使用目标蛋白的突变版本进行评估,并且它们不能用于所有蛋白质。体外β=32P+ ATP标签是一种非常健壮、成熟和高度敏感的方法15。可使用免疫沉淀蛋白或重组蛋白,并测试不同的基质。药物的影响也可以评估,因为这种方法是定量的。其主要缺点是,与该方法相关的放射性需要谨慎处理。根据荧光或发光肽基质的测量,利用荧光/发光特性在磷酸化上改变的特性,也可以采用替代方法。这些方法还允许高通量,例如,在筛选可能成为目标激酶潜在抑制剂的分子时,这是必要的。事实上,激酶是制药公司追求的最大药物目标类别之一。

在这项研究中,我们重点研究了LIMK2-1蛋白(LIMK2-1代表Lin11,岛1,Mec3激酶等形2-1)。LIMK2激酶蛋白于1995年首次被描述17。通过替代拼接产生三种 LIMK2 等形:LIMK2a、LIMK2b 和 LIMK2-1。目前,LIMK2-1仅在一项研究18中描述了mRNA水平。在此,我们使用强大的生化方法在分子水平上描述这种潜在的新激酶蛋白。首先,我们证明了LIMK2-1确实是合成的。与LIMK2a和LIMK2b的两种对应物类似,它与上游激酶ROCK(Rho相关蛋白激酶)相互作用。我们显示LIMK2-1在Myelin基本蛋白(MBP)上有激酶活性,但在LIM激酶的规范基质cofilin上没有。

Protocol

1. 转染的细胞制备 注意:细胞培养的所有步骤必须在专门的实验室中执行,并且细胞在2类微生物柜内操作。 种子HEK-293(人类胚胎肾)细胞在10 mL的DMEM(Dulbeco的改性鹰中等)的10厘米板中,辅以10%的胎儿小牛血清。在5%CO2下培养3至5天,在37°C下,直到细胞达到+90%的汇合。 使用胶原蛋白 R 处理 ± 10 厘米板,以增加细胞对塑料板的附着力。 加入5 mL的胶原蛋白R溶?…

Representative Results

合成LIMK2-1蛋白LIMK2-1在数据库中被提及,但到目前为止只有一篇论文表明其mRNA18的存在。与LIMK2a和LIMK2b的两个同源体相比,LIMK2-1有一个额外的C端域,被识别为蛋白磷酸酶1抑制域(PP1i)。我们设计了一种针对该领域的肽的抗体,氨基酸671-684(图1A)。针对人类蛋白质数据库的BLAST研究表明,只有一种蛋白质,PHI-1(磷酸酶全酶抑制…

Discussion

在这里,我们使用了强大的生化工具,在分子水平上描述一种新的蛋白质LIMK2-1,它被认为是基于其序列和同源性、LIMK2a和LIMK2b20的激酶。

首先,利用西布洛特与特定抗体的分析,在蛋白质水平上证明了LIMK2-1的存在。之后,我们评估了它与上游激酶ROCK1的相互作用,后者已知调节LIMK2a和LIMK2b,LIMK2-1的同源。最后,我们通过体外β32 P+ ATP标签和西布洛特在纤维素中使…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了癌症协会、L’L’协会神经纤维瘤病和雷克林豪森协会和瓦尔·卢瓦尔共和国中心的支持。非常感谢奥雷利·科松和德博拉·卡萨提供流式细胞学数据,感谢凯龙·希克曼-刘易斯对手稿进行彻底校对。

Materials

Antibody anti-actin Sigma-Aldrich A1978 for Western Blot
Antibody anti-c-Myc Invitrogen MA1-21316 for Western Blot
Antibody anti-cofilin Cell signaling Technology 3312/5175 for Western Blot
Antibody anti-GFP Santa Cruz sc-9996 for Western Blot
Antibody anti-HA Roche Applied Science 11687423001 for Western Blot
Antibody anti-phospho-cofilin Cell signaling Technology 3313 for Western Blot
Antibody Anti-PP1i Eurogentec designed for this study for Western Blot
Aprotinin Euromedex A-162B for lysis buffer
ATP Invitrogen PV3227 for g[32P] labeling
g[32P] ATP Perkin Elmer NEG502A for g[32P] labeling
BES buffered saline Sigma-Aldrich 14280 for transfection
b-glycerophosphate Sigma-Aldrich G9422 for lysis and kinase buffer
b-mercaptoethanol Sigma-Aldrich M3148 for Laemmli
BSA Sigma-Aldrich A3059 for blocking buffer
Bromophenol Blue Sigma-Aldrich B0126 for Laemmli
CaCl2 Sigma-Aldrich C3881 for transfection
Centrifuge Sigma 111-541
Collagen R Pan Biotech P06-20166 for transfection
Control siRNA Ambion AM4611 for PP1i antibody specificity
Coomassie PageBlue Protein Staining Solution Thermo-Fisher 24620 for gel staining
EDTA Sigma-Aldrich 3690 for lysis buffer
Electrophoresis Unit Biorad Mini-Protean for Western Blot
EZview Red anti-HA affinity gel Sigma-Aldrich E6779 for immunoprecipitation
GeneSys software Ozyme for Western Blot acquisition
GeneTolls software Ozyme for Western Blot quantification
GFP-trap beads Chromtek for immunoprecipitation
Glycine Euromedex 26-128-6405 for transfer buffer
GST-cofilin Upstate Cell signaling 12-556 for g[32P] labeling
Hamilton syringe 100 mL Hamilton 710 to remove carefully supernatant from beads without aspirating them
HEPES Sigma-Aldrich H3375 for kinase buffer
ImageQuant TL software GE Healthcare for radioactivity acquisition and quantification
LIMK2 siRNA Ambion s8191 for PP1i antibody specificity
Leupeptin Sigma-Aldrich SP-04-2217 for lysis and kinase buffer
MBP Upstate Cell signaling 13-173 for g[32P] labeling
MgCl2 Sigma-Aldrich M8266 for kinase buffer
MnCl2 Sigma-Aldrich 244589 for kinase buffer
NaCl Euromedex 1112 for lysis and kinase buffer
NaF Sigma-Aldrich S-1504 for lysis and kinase buffer
Okaidic acid Euromedex 0-2220 for lysis buffer
PMSF Sigma-Aldrich 78830 for lysis and kinase buffer
p-nitrophenylphosphate Euromedex 1026 for lysis buffer
PVDF membrane Immobillon-P Merck-Millipore IPVH00010 pore size 0,45 mm for Western Blot
Rotating wheel Labinco for bead incubation
Safe lock eppendorf Eppendorf 0030120.086 for kinase assay
SDS Sigma-Aldrich 5030 for Laemmli and migration buffer
Sodium orthovanadate LC Laboratories S8507 for lysis and kinase buffer
Sodium pyrophosphate Fluka 71501 for lysis buffer
Super Signal West Dura Protein Biology 34075 for Western Blot
Syngene Pxi Ozyme for Western Blot
Tissue extracts

 
Biochain

 
P1234035 Brain
P12345152 Lung
P1234149 Liver
P1234188 Pancreas
P1234260 Testis
for Western Blot analysis

 
Transfer Unit Biorad Mini-Trans-Blot for Western Blot
Tris Euromedex 26-128-3094 B for lysis buffer
Tween-20 Sigma-Aldrich P7949 for blocking buffer
Typhoon FLA9500 GE Healthcare to read autoradiography
Typhoon Trio Amersham Bioscience to read autoradiography
Whatman paper GE Healthcare 3030-672 for Western Blot

Riferimenti

  1. Manning, G., Plowman, G. D., Hunter, T., Sudarsanam, S. Evolution of protein kinase signaling from yeast to man. Trends in Biochemical Sciences. 27, 514-520 (2002).
  2. Manning, G., Whyte, D. B., Martinez, R., Hunter, T., Sudarsanam, S. . The protein kinase complement of the human genome. 298, 1912-1934 (2002).
  3. Ochoa, D., Bradley, D., Beltrao, P. Evolution, dynamics and dysregulation of kinase signalling. Current Opinion in Structural Biology. 48, 133-140 (2018).
  4. Bhullar, K. S., et al. Kinase-targeted cancer therapies: progress, challenges and future directions. Molecular Cancer. 17, 48 (2018).
  5. Kaboord, B., Perr, M. Isolation of proteins and protein complexes by immunoprecipitation. Methods in Molecular Biology. 424, 349-364 (2008).
  6. Arnau, J., Lauritzen, C., Petersen, G. E., Pedersen, J. Current strategies for the use of affinity tags and tag removal for the purification of recombinant proteins. Protein Expression and Purification. 48, 1-13 (2006).
  7. Wood, D. W. New trends and affinity tag designs for recombinant protein purification. Current Opinion in Structural Biology. 26, 54-61 (2014).
  8. Young, C. L., Britton, Z. T., Robinson, A. S. Recombinant protein expression and purification: a comprehensive review of affinity tags and microbial applications. Biotechnology Journal. 7, 620-634 (2012).
  9. Greenwood, C., et al. Proximity assays for sensitive quantification of proteins. Biomolecular Detection and Quantification. 4, 10-16 (2015).
  10. Wang, X., Huang, L. Dissecting Dynamic and Heterogeneous Proteasome Complexes Using In vivo Cross-Linking-Assisted Affinity Purification and Mass Spectrometry. Methods in Molecular Biology. 1844, 401-410 (2018).
  11. Raykova, D., et al. Let There Be Light!. Proteomes. 4, (2016).
  12. Weibrecht, I., et al. Proximity ligation assays: a recent addition to the proteomics toolbox. Expert Review of Proteomics. 7, 401-409 (2010).
  13. Podobnik, M., et al. How to Study Protein-protein Interactions. Acta Chimica Slovenica. 63, 424-439 (2016).
  14. Rao, V. S., Srinivas, K., Sujini, G. N., Kumar, G. N. Protein-protein interaction detection: methods and analysis. International Journal of Proteomics. 2014, 147648 (2014).
  15. Peck, S. C. Analysis of protein phosphorylation: methods and strategies for studying kinases and substrates. The Plant Journal: For Cell and Molecular Biology. 45, 512-522 (2006).
  16. Jia, Y., Quinn, C. M., Kwak, S., Talanian, R. V. Current in vitro kinase assay technologies: the quest for a universal format. Current Drug Discovery Technologies. 5, 59-69 (2008).
  17. Okano, I., et al. Identification and characterization of a novel family of serine/threonine kinases containing two N-terminal LIM motifs. The Journal of Biological Chemistry. 270, 31321-31330 (1995).
  18. Croft, D. R., et al. p53-mediated transcriptional regulation and activation of the actin cytoskeleton. Cell Research. 21, 666-682 (2011).
  19. Tastet, J., et al. LIMK2-1 is a Hominidae-Specific Isoform of LIMK2 Expressed in Central Nervous System and Associated with Intellectual Disability. Neuroscienze. 399, 199-210 (2019).
  20. Vallee, B., et al. LIMK2-1, a new isoform of human LIMK2, regulates actin cytoskeleton remodeling via a different signaling pathway than that of its two homologs, LIMK2a and LIMK2b. The Biochemical Journal. 475, 3745-3761 (2018).
  21. Lee, Y. C., et al. Impact of Detergents on Membrane Protein Complex Isolation. Journal of Proteome Research. 17, 348-358 (2018).
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Citazione di questo articolo
Vallée, B., Doudeau, M., Godin, F., Bénédetti, H. Characterization at the Molecular Level using Robust Biochemical Approaches of a New Kinase Protein. J. Vis. Exp. (148), e59820, doi:10.3791/59820 (2019).

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