İnfluenza A virüsü nükleoproteini Fare MX1 Protein Co-immunopresipitasyonu
Summary
This co-immunoprecipitation protocol allows to study the interaction between the influenza A virus nucleoprotein and the antiviral Mx1 protein in human cells. The protocol emphasizes the importance of N-ethylmaleimide for successful co-immunoprecipitation of Mx1 and influenza A virus nucleoprotein.
Abstract
Studying the interaction between proteins is key in understanding their function(s). A very powerful method that is frequently used to study interactions of proteins with other macromolecules in a complex sample is called co-immunoprecipitation. The described co-immunoprecipitation protocol allows to demonstrate and further investigate the interaction between the antiviral myxovirus resistance protein 1 (Mx1) and one of its viral targets, the influenza A virus nucleoprotein (NP). The protocol starts with transfected mammalian cells, but it is also possible to use influenza A virus infected cells as starting material. After cell lysis, the viral NP protein is pulled-down with a specific antibody and the resulting immune-complexes are precipitated with protein G beads. The successful pull-down of NP and the co-immunoprecipitation of the antiviral Mx1 protein are subsequently revealed by western blotting. A prerequisite for successful co-immunoprecipitation of Mx1 with NP is the presence of N-ethylmaleimide (NEM) in the cell lysis buffer. NEM alkylates free thiol groups. Presumably this reaction stabilizes the weak and/or transient NP–Mx1 interaction by preserving a specific conformation of Mx1, its viral target or an unknown third component. An important limitation of co-immunoprecipitation experiments is the inadvertent pull-down of contaminating proteins, caused by nonspecific binding of proteins to the protein G beads or antibodies. Therefore, it is very important to include control settings to exclude false positive results. The described co-immunoprecipitation protocol can be used to study the interaction of Mx proteins from different vertebrate species with viral proteins, any pair of proteins, or of a protein with other macromolecules. The beneficial role of NEM to stabilize weak and/or transient interactions needs to be tested for each interaction pair individually.
Introduction
Myxovirus direnci (Mx) proteinler, viral patojenlere karşı doğal bağışıklık savunma önemli bir parçasıdır. Bu proteinler tip I ve tip III interferonlar tarafından indüklenen büyük Dynamin benzeri GTPazlar bulunmaktadır. karşılık gelen Mx genleri, bir ya da birden çok kopya halinde hemen hemen tüm omurgalıların içinde bulunmaktadır ve bunların gen ürünleri Ortomiksoviridae (örn., influenza virüsü), Rhabdoviridae (örn., veziküler stomatit virüsü), Bunyaviridae (örneğin, de dahil olmak üzere, virüslerin bir geniş inhibe eder. la crosse virüsü) ve (örneğin, insan bağışıklık eksikliği virüsü-1), 1-4 Retroviridae. Bu proteinler virüslerin böyle geniş bir dizi tanımak nasıl görünürde herhangi paylaşılan birincil dizisi bu virüsler, motiflerin olmadan, belli değil. Potansiyel, onların viral hedefleri ile Mx proteinlerinin etkileşimi analiz diğer ana hücre faktörleri ile yüksek mertebeden kompleksleri içeren, t moleküler mekanizmalarını anlamak için yardımcı olacaktırşapka virüs ve ev sahipleri arasında silahlanma yarışında gelişmiştir.
Memeli Mx proteinleri ve viral hedefler arasındaki etkileşim, insan mxa için en yaygın çalışılmıştır. İnsan MxA ortomiksovirüsler influenza A ve Thogoto virüsü de dahil olmak üzere pek çok virüslerin çoğalmasını inhibe edebilmektedir. MxA böylece enfeksiyon 5 blok sonuçlanır nükleer girişini engelleyen Thogoto virüs ribonükleoprotein kompleksleri (vRNPs) bağlanmaktadır. MxA ve Thogoto virüs vRNPs arasındaki bu etkileşim, eş çökeltme ve ko-immünopresipitasyon deneyleri 6-9 ile gösterilmiştir. Mx proteinleri influenza A virüsleri engel Nasıl daha az açıktır. Önemli bir sorun, bir MX proteini ve bir grip gen ürünü arasındaki bir etkileşimi göstermek için açık değildir olmasıdır. Bir rapor influenza A virüs bulaşmış hücreleri 10 insan mxa ve NP proteini arasında bir etkileşim göstermiştir. Bu etkileşim sadece eş-immunopr tarafından gösterilen olabilirecipitation hücre etkileşimi, geçici ve / veya zayıf olduğunu düşündürmektedir, liziz önce çapraz bağlanma belirteci ditiyobis (sukkinimidil propiyonat) ile muamele edilmiş olsaydı. Daha yeni çalışmalar, farklı grip A suşları ayırıcı Mx duyarlılığı NP proteininin 11,12 kökeni ile tespit edildiğini göstermiştir. Bu doğrultuda, influenza A virüsleri kısmen NP proteini 13 özel kalıntıları mutasyona Mx kontrolünden kaçabilir. Böylece, ana Mx için influenza A virüs temel hedefi, büyük olasılıkla NP vRNP kompleksleri monte NP protein olduğunu göstermektedir. Ancak, bu daha yeni çalışmaların hiçbiri grip NP veya vRNPs ve ya insan mxa veya fare MX1 arasında bir etkileşim göstermiştir.
Yakın zamanda ilk kez gösterdi burada ayrıntılı olarak tarif edilen bir optimize edilmiş ko-immünopresipitasyon protokolü 14 ile grip NP ve fare MX1 proteini arasındaki etkileşim. Genel co-immunoprecipitation, protein-protein etkileşimi araştırmak için en sık kullanılan biyokimyasal yaklaşımlardan biridir. Bu doğal ortamda, protein-protein etkileşimlerini incelemek sağlar çünkü bu teknik, çoğu zaman, alternatif teknikler, örneğin, maya iki hibrid tercih edilir. Ilgi konusu olan proteinlerin karşı antikorların olup olmadığını ko-immünopresipitasyon endojen olarak ifade edilen proteinleri ile gerçekleştirilebilir. Alternatif olarak, ilgi duyulan proteinlerin transfeksiyon ya da enjeksiyon aracılığıyla hücre içinde eksprese edilebilir ve bir afinite etiketi kullanılabilir. Yukarıda belirtilen avantajlara ilave olarak, tarif edilen ko-immünopresipitasyon protokolü zayıf ve / veya geçici protein etkileşimleri saptanmasını sağlar. Bu optimize edilmiş protokolde ana bileşeni hücre parçalama tamponu içinde, N-etilmaleimit (NEM) eklenmesidir. NEM 6,5-7,5 arasında bir pH değerinde, örneğin sistein, mevcut serbest tiyol grupları ile reaksiyona giren bir alkile edici bir madde, sabit bir tiyo-ester oluşturmak üzere(Şekil 1). Yüksek bir pH'de, NEM da amino grupları ile reaksiyona giren ya da hidroliz 15 uğrayabilir. NEM tipik haliyle disülfid bağı oluşumunu önlemek ya da enzimatik aktivitesini inhibe etmek için, serbest tiyol gruplarını bloke etmek için kullanılır. Örneğin, NEM, genellikle sistein proteazlarıdır, ki desumoylating enzimler, bloke edilmesi için kullanılmaktadır. Grip proteinleri sumoylation viral proteinlere 16 arasındaki etkileşimi etkileyebileceği bildirilmiştir çünkü tarif edilen ko-immünopresipitasyon protokolde, NEM ilk liziz tamponuna dahil edildi. Beklenmedik, Milli Ekonomi Modeli'nde eklenmesi eş immunopresipitasyon influenza NP ve fare MX1 arasındaki etkileşimi belgelemek için anahtar olduğunu kanıtladı. Milli Ekonomi Modeli'nde eklenmesi NP-MX1 etkileşimini tespit etmek önemlidir nedeni belli değildir. Muhtemelen etkileşim çok geçici ve / veya zayıf. NEM MX1 belirli bir konformasyon, bir viral protein ya da bilinmeyen bir üçüncü alçı koruyarak, örneğin etkileşimi, stabilize olabilirDaimi. NEM gibi bir stabilize edici etkisi ribonükleotid redüktaz M1 ve inhibitör gemsitabin (F2dC) 17 arasındaki etkileşim için, örneğin, daha önce tespit edilmiştir. MX1 ve NP hem NEM tarafından değiştirilebilir çoklu sistein artıklarını ihtiva etmektedir. Örneğin, Rennie'yle ve ark. Tarafından yapılan bir çalışmada, sapsız MxA varyantı iyodoasetamit ile modifiye edilebilir, üç çözücüye maruz kalan sistein artıklarını ihtiva ettiğini ortaya çıkarmıştır. Serinler, bu kalıntıların mutasyona tâbi mXA enzimatik aktivitesini etkileyebilir fakat disülfitin aracı toplanmasını 18 engelledi değildi. Bu sisteinler MX1 muhafaza edilir, bu MX1 analog sisteinler NEM tarafından, bu etkinin de uyum ve çözünürlük gibi modifiye edilebileceğini de önermektedir. Buna ek olarak, NEM da MX1 anti-influenza aktivitesi için gerekli olan MX1, bir GTPaz aktivitesini etkiler ve böylece MX1 ve NP arasındaki etkileşimi sabitleme olabilir. Ancak, GTPaz acti tarihinde NEM doğrudan etkisiNEM grip NP ve GTPaz MX1 proteininin 14 inaktif mutantlar arasındaki etkileşimi tespit etmek için gerekli olduğu gibi MX1 ve vite, olası değildir. Açıkçası, daha fazla araştırma NP-MX1 etkileşim NEM etkisini çözülmeye ihtiyaç vardır.
Özet olarak, tarif edilen ko-immünopresipitasyon protokolü antiviral MX1 proteini ve bunun viral hedef influenza NP proteininin etkileşimini çalışma sağlar. Bu protokol, aynı zamanda, belirli protein şeklindeki stabilizasyonu bağımlı olan diğer zayıf ya da geçici etkileşimler üzerinde çalışmak için de kullanılabilir. Belirli düzenlemelere bağlı protein-protein etkileşimi gibi kalmodulin 19 kalsiyum-bağlayıcı proteinler, örneğin, daha önce tarif edilmiştir. Son olarak, NEM uygun rolü, aynı zamanda, eş çökeltme tahlilleri gibi protein-protein etkileşimlerini tespit diğer yöntemler de kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Antiviral proteinler ve bunların viral hedeflere arasındaki etkileşimi incelemek bu proteinlerin antiviral mekanizmasının ayrıntılarını anlaşılması çok önemlidir. Bu yeni antiviral stratejilerin geliştirilmesi için temel virüsler ve onların ana-evrimleşmiş eş nasıl yeni anlayışlar vermek ve olabilir. Burada anlatılan optimize ko-immünopresipitasyon protokol fare MX1 protein ve viral hedef, grip NP proteini arasındaki etkileşimi incelemek için izin verir. NP-MX1 etkileşimi NEM (Şeki…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma FWO-Vlaanderen, IOF projesi IOF10 / StarTT / 027 ve Gent Üniversitesi Özel Araştırma Hibe BOF12 / GOA / 014 tarafından desteklenmiştir.
Materials
| DMEM high glucose | Gibco | 52100-047 | |
| N-Ethylmaleimide | Sigma | E-3876 | Toxic |
| Igepal CA-630 | Sigma | I-30212 | also known as NP40 |
| Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11 873 580 001 | |
| anti-NP monoclonal antibody | NIH Biodefense and Emerging Infections Research Resources Repository | NR-4282 | ascites blend of clones A1 and A3 |
| anti-RNP polyclonal serum | NIH Biodefense and Emerging Infections Research Resources Repository | NR-3133 | directed against A/Scotland/840/74 (H3N2) |
| Protein G Sepharose 4FF | GE Healthcare | 17-0618-01 | |
| Hyperfilm ECL 18 x 24 cm | GE Healthcare | 28-9068-36 | |
| ECL Western Blotting Substrate | Pierce | 32106 |
References
- Verhelst, J., Hulpiau, P., Saelens, X. Mx proteins: antiviral gatekeepers that restrain the uninvited. Microbiol Mol Biol Rev. 77 (4), 551-566 (2013).
- Goujon, C., et al. Human MX2 is an interferon-induced post-entry inhibitor of HIV-1 infection. Nature. 502 (7472), 559-562 (2013).
- Kane, M., et al. MX2 is an interferon-induced inhibitor of HIV-1 infection. Nature. 502 (7472), 563-566 (2013).
- Liu, Z., et al. The interferon-inducible MxB protein inhibits HIV-1 infection. Cell Host Microbe. 14 (4), 398-410 (2013).
- Kochs, G., Haller, O. Interferon-induced human MxA GTPase blocks nuclear import of Thogoto virus nucleocapsids. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (5), 2082-2086 (1999).
- Flohr, F., Schneider-Schaulies, S., Haller, O., Kochs, G. The central interactive region of human MxA GTPase is involved in GTPase activation and interaction with viral target structures. FEBS Lett. 463 (1-2), 24-28 (1999).
- Kochs, G., Haller, O. GTP-bound human MxA protein interacts with the nucleocapsids of Thogoto virus (Orthomyxoviridae). J Biol Chem. 274 (7), 4370-4376 (1999).
- Mitchell, P. S., et al. Evolution-guided identification of antiviral specificity determinants in the broadly acting interferon-induced innate immunity factor MxA. Cell Host Microbe. 12 (4), 598-604 (2012).
- Patzina, C., Haller, O., Kochs, G. Structural requirements for the antiviral activity of the human MxA protein against Thogoto and influenza A virus. J Biol Chem. 289 (9), 6020-6027 (2014).
- Turan, K., et al. Nuclear MxA proteins form a complex with influenza virus NP and inhibit the transcription of the engineered influenza virus genome. Nucleic Acids Res. 32 (2), 643-652 (2004).
- Dittmann, J., et al. Influenza A virus strains differ in sensitivity to the antiviral action of Mx-GTPase. J Virol. 82 (7), 3624-3631 (2008).
- Zimmermann, P., Manz, B., Haller, O., Schwemmle, M., Kochs, G. The viral nucleoprotein determines Mx sensitivity of influenza A viruses. J Virol. 85 (16), 8133-8140 (2011).
- Manz, B., et al. Pandemic influenza A viruses escape from restriction by human MxA through adaptive mutations in the nucleoprotein. PLoS Pathog. 9 (3), e1003279 (2013).
- Verhelst, J., Parthoens, E., Schepens, B., Fiers, W., Saelens, X. Interferon-inducible protein Mx1 inhibits influenza virus by interfering with functional viral ribonucleoprotein complex assembly. J Virol. 86 (24), 13445-13455 (2012).
- Brewer, C. F., Riehm, J. P. Evidence for possible nonspecific reactions between N-ethylmaleimide and proteins. Anal Biochem. 18 (2), 248-255 (1967).
- Wu, C. Y., Jeng, K. S., Lai, M. M. The SUMOylation of matrix protein M1 modulates the assembly and morphogenesis of influenza A virus. J Virol. 85 (13), 6618-6628 (2011).
- Chen, Z., Zhou, J., Zhang, Y., Bepler, G. Modulation of the ribonucleotide reductase M1-gemcitabine interaction in vivo by N-ethylmaleimide. Biochem Biophys Res Commun. 413 (2), 383-388 (2011).
- Rennie, M. L., McKelvie, S. A., Bulloch, E. M., Kingston, R. L. Transient dimerization of human MxA promotes GTP hydrolysis, resulting in a mechanical power stroke. Structure. 22 (10), 1433-1445 (2014).
- Gifford, J. L., Walsh, M. P., Vogel, H. J. Structures and metal-ion-binding properties of the Ca2+-binding helix-loop-helix EF-hand motifs. Biochem J. 405 (2), 199-221 (2007).
- Gallagher, S., Chakavarti, D. Immunoblot analysis. J Vis Exp. (16), (2008).
- Eslami, A., Lujan, J. Western blotting: sample preparation to detection. J Vis Exp. (44), (2010).
- Pavlovic, J., Haller, O., Staeheli, P. Human and mouse Mx proteins inhibit different steps of the influenza virus multiplication cycle. J Virol. 66 (4), 2564-2569 (1992).
