異種細胞系におけるタンパク質凝集による細胞間相互作用の測定
Summary
ここでは、蛍光顕微鏡を用いた異種細胞系におけるトランスにおけるリガンド-受容体相互作用を迅速かつ半定量的に測定するための最適化されたプロトコルを提示する。
Abstract
細胞インターフェースでのタンパク質相互作用は、組織の発達やがんの進行からシナプスの形成と維持に至るまで、多くの生物学的結果を決定します。これらの基本的相互作用の多くは、トランスで起こり、典型的には、膜アンカー結合対を発現する細胞間の異種または同種の相互作用によって誘発される。疾患関連の突然変異がこれらの基本的なタンパク質相互作用をどのように混乱させるかを解明することで、無数の細胞生物学分野への洞察を得ることができます。多くのタンパク質とタンパク質の相互作用アッセイは、通常、シスとトランス相互作用の間のあいまいさを解消せず、生体内で発生している結合の程度を過大評価し、タンパク質および/または特殊なモニタリング装置の労働集約的な精製を伴う可能性があります。ここでは、長いタンパク質精製や特殊な装置を必要とせずにトランス相互作用のみを観察し定量化できる、最適化されたシンプルなプロトコルを提示します。HEK細胞凝集アッセイは、HEK細胞の2つの独立集団の混合を含み、それぞれが膜結合同系リガンドを発現する。短いインキュベーション期間の後、サンプルを画像化し、結果の凝集体を定量化します。
Introduction
シナプス接着分子によって促進されるシナプス相互作用は、シナプスの開発、組織、仕様、維持および機能およびニューラルネットワークの生成の基礎となる。これらのシナプス細胞接着分子の同定は急速に増加しています。したがって、結合パートナーを同定し、これらの新しい接着分子が互いにどのように相互作用するかを理解することが根本的に重要です。さらに、ゲノムシーケンシングは、多くの神経発達、神経精神、および中毒障害に一般的にリンクされているこれらの接着分子の多くの突然変異を同定した1。シナプス細胞接着分子をコードする遺伝子の突然変異は、トランス相互作用を有害に変化させ、シナプス形成および維持における病態生理学的変化に寄与する可能性がある。
等温熱熱量測定、円形二色、表面プラズモン共鳴2 などのタンパク質とタンパク質の相互作用を定量的に評価するために複数のアッセイが存在し、本質的には定量的には、いくつかの制限があります。第一に、それらは組換えタンパク質を必要とし、時には長く、退屈な精製ステップを要求する。第二に、彼らは洗練された専門機器と技術的な専門知識を必要とします。第三に、生体内の膜に自然につながれているタンパク質間のシスとトランスの相互作用の両方を可能にするので、結合の程度を過大評価することができます。ここでは、トランス相互作用を排他的にテストする、単純で比較的迅速なアッセイを提案する。
精製タンパク質アッセイに関連する合併症の多くを回避するために、我々は還元異種細胞系におけるトランス相互作用を再現する細胞ベースのタンパク質相互作用アッセイを最適化した。このアッセイは、細胞間相互作用を研究するために、これまで様々な形で使用されてきました。このアプローチでは、候補細胞接着分子がHEK293T細胞にトランスフェクションされる。生理的条件では、HEK293T細胞は自己凝集を示さないため、このアッセイの模範的なモデルとなっています。しかし、受容体とリガンドを発現するHEK細胞の個体集団が結合されると、受容体とリガンドの結合が生じるようにHEK細胞の凝集が生じる。この凝集はトランス相互作用によって排他的に媒介され、通常は数十分で観察可能である。この方法ではタンパク質精製のステップは必要なく、この方法の効率は、同結合性分子を発現するHEK細胞の集団が結合され、その後数十分後に画像化されるというパラダイムに依存している。さらに、抗体も高価な機器も必要とされないので、この方法は比較的安価です。データの取得に必要な装置は、標準蛍光顕微鏡のみです。この細胞ベースのアッセイに対するさらなる利点は、疾患関連点突然変異がトランス相互作用に及ぼす影響を迅速にスクリーニングする能力である。これは、目的とするタンパク質の変異変異体変異体のcDNAsを有するHEK細胞をトランスフェクトすることによって行うことができる。
本プロトコルでは、深い知的障害とてんかんと診断された患者において同定されたNeurexin3α(Neurexin3αA687T)におけるミスセンス突然変異が、ロイシンリッチリピート膜貫通タンパク質2(LRRTM2)との相互作用を変化させるかどうかを調べる例を提示する。Neurexin3αは、シナプス前細胞接着分子の進化的に保存されたファミリーの一員であり、最近の研究ではシナプス3、4、5、6、7で複数の役割を同定していますが、この分子とノイレクシンファミリーのすべてのメンバーのシナプス理解は不完全なままです。LRRTM2は、シナプス形成および維持8、9、10に関与する興奮性ポストナプティック細胞接着タンパク質である。重要なことに、LRRTM2はスプライスサイト4代替エキソン(SS4-)を欠いているが、スプライスサイト4代替エキソン(SS4+)を含むノイレクシンアイソフォームとは異なっているノイレクシンアイソフォームと排他的に相互作用する。Neurexin3αで同定されたヒトミスセンス変異(A687T)は、進化的に保存され、全てのαニューレクシン7の間で保存されている未研究の細胞外領域に位置する。これら2つの分子間の相互作用が確立されたので、私たちは、Neurexin3α SS4-LRRTM2への結合能力がA687T点突然変異によって変化しているのかという疑問を提起しました。このアッセイは、A687T点突然変異がNeurexin3αのLRRTM2への凝集を予期せず増強したことを明らかにし、その点突然変異が位置する細胞外領域が、シナプス間相互作用を媒介する役割を果たしていることを示唆した。
Protocol
Representative Results
Discussion
細胞接着中にトランスで起こるタンパク質とタンパク質の相互作用を解剖することは、成熟およびリモデリング中のシナプスの形成、機能および維持を含む基本的な細胞プロセスの基礎となる分子メカニズムをよりよく理解することにつながる可能性がある。細胞間相互作用の意味は神経生物学を超えて広がり、シグナル伝達、細胞遊び、組織発達における広範な役割を有する1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立精神衛生研究所(R00MH103531およびR01MH116901からJ.A.への)、国立一般医学研究所(T32GM007635からS.R.への)の博士後期研修グラント、およびリダヒルギリアム高等研究フェローシップ(GT11021からS.R.)によって支えられました。ケビン・ウールフリー博士の顕微鏡の助け、Kウルリッヒ・バイエル博士の蛍光顕微鏡の使用、LRRTM2プラスミドのトーマス・スードホフ(スタンフォード大学)に感謝します。
Materials
| 1.5 mL disposable microtubes with snap caps | VWR | 89000-028 | Incubation of mixed population of HEK cells |
| 1000 mL Rapid—Flow Filter Unit, 0.2 um aPES membrane | Thermo Fisher | 567-0020 | Sterilization of HEK media |
| 15 mL SpectraTube centrifuge tubes | Ward’s Science | 470224-998 | Harvesting HEK cells |
| 6 well sterile tissue culture plates | VWR | 100062-892 | culturing HEK cells |
| Calcium Chloride | Sigma | 223506-500G | Calcium phosphate transfection, HEK cell resuspension |
| Centrifuge- Sorvall Legend RT | Kendro Laboratory Products | 75004377 | Harvesting HEK cells |
| CO2 cell incubator | Thermo Scientific | HERACELL 150i | Incubation of HEK cells during growth |
| DMEM, 1x (Dulbecco's Modification of Eagle's Medium) with 4.5 g/L glucose, L-glutamine & sodium pyruvate | Corning | 10-013-CV | HEK cell maintenance |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline PBS (1X) | Gibco | 14190-144 | Passaging/harvesting HEK cell |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma | ED-500G | Harvesting HEK cells |
| Falcon Vented culture flasks, 75cm2 growth area | Corning | 9381M26 | Culturing HEK cells |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | 17L184 | HEK cell maintenance |
| HEK293T cells | ATCC | Model system | |
| ImageJ | NIH | V: 2.0.0-rc-69/1.52p | Image analysis |
| Magnesium Chloride hexahydrate | Sigma | M9272-500G | HEK cell resuspension |
| Sodium phosphate dibasic anhydrous | Fisher BioReagents | BP332-500 | Calcium phosphate transfection |
| Trypsin 0.25% (1X) Solution | GE Healthcare Life Sciences | SH30042.01 | Passaging HEK cells |
| Tube rotator | Incubation of mixed population of HEK cells | ||
| UltraClear Microscope slides. White Frosted, Positive Charged | Denville Scientific Inc. | M1021 | Image acquisition |
| Wide-field microscope | Zeiss | Axio Vert 200M | Image acquisition |
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