サイクリン依存性キナーゼ 1 の同定の in Vitroキナーゼによって特定のリン酸化のサイトの試金します。
Summary
サイクリン依存性キナーゼ 1 (Cdk1) 細胞周期 G2 段階で活性化し、多くの細胞経路を調節します。この重要なキナーゼの細胞内標的を確立するため Cdk1 固有のリン酸化部位の同定を可能にする Cdk1 と体外キナーゼ試金のためのプロトコルを紹介します。
Abstract
サイクリン依存性キナーゼ 1 (Cdk1) は、すべての真核生物の細胞周期のマスター コント ローラー; プロテオームの推定 8 ~ 13% を廃止ただし、ひと細胞で特に Cdk1 の特定のターゲットの数はまだ低いです。Cdk1 固有のリン酸化部位の同定は、機械論的洞察 Cdk1 が細胞周期を制御する方法を提供するように重要です。細胞周期制御は忠実な染色体分配に重要なこの複雑なプロセスの欠陥染色体異常やがんに 。
ここでは、Cdk1 のリン酸化サイトを識別するために使用される生体外でキナーゼ分析について述べる。このアッセイで浄化された蛋白質リン酸化培養では, SDS-PAGE による市販人間 Cdk1/サイクリン b. 成功によってリン酸化を確認し、質量分析法によるリン酸化のサイトの識別後。プローブ間の相互作用特定のリン酸化のサイトの機能の検証のキナーゼ試金および結合の試金の適切な高純度、均一なタンパク質製剤をもたらす浄化のプロトコルについても述べる古典的な核局在化信号 (cNLS) とその核輸送受容体 karyopherin α。実験計画を支援するためには、タンパク質から Cdk1 固有のリン酸化部位の予測のためのアプローチを確認します。一緒にこれらのプロトコルは Cdk1 のリン酸化サイトを生成でき、Cdk1 が細胞周期を制御する方法を解明する非常に強力なアプローチを提示します。このメソッドは浄化された蛋白質、細胞機能の研究と組み合わせる場合は特に任意モデル有機体そして利回り信頼性の高い結果に適用できます。
Introduction
キナーゼは、ATP からのリン酸基を基板に転送し、多くの細胞プロセスを調整する酵素です。このリン酸化は可逆的で、高速、2 つの負電荷を追加しますと自由エネルギーを格納、セルで使用される最も一般的な修飾の一つです。Cdk1 はまたとして知られている細胞分裂周期蛋白質 2 相同物 (cdc2) マスター コント ローラーではすべて真核生物1,2,3,4、5、細胞周期では、廃止、プロテオーム6、7の推定 8 ~ 13%。
一方、最近のプロテオミクス研究は、タンパク質においてはほとんどの場合、多くのリン酸化サイトを識別したキナーゼのこれらの変更のための責任は不明です。ヒトの細胞、特に、知られている Cdk1 ターゲット数は低7です。Cdk1 が細胞周期を制御する方法を確立する解明が可能、Cdk1 固有のリン酸化部位の同定が重要です。細胞周期制御は忠実な染色体分配と細胞分裂のために重要、無数の細胞プロセスのこの重要な生理機能をサポートするために行う必要があります。これは転写や細胞構造と核膜、染色体凝縮と紡錘アセンブリの分解など、組織における劇的な再編と同様に有糸分裂、発症する前に翻訳を停止含まれています。規制緩和とこれらのプロセスでのエラーは、がん、先天異常、または有糸分裂細胞死を引き起こします。RO 3306 など Cdk1 の特異的阻害剤が開発8、機能研究の強力なツールを提供してこれらの阻害物質は、現在がん治療の臨床試験 (レビューの9を参照してください)。
ここでは、Cdk1 固有のリン酸化部位の同定を可能にする生体外でキナーゼ分析について述べる。このアッセイ市販人間 Cdk1/サイクリン B を使用して体外に精製されたターゲットのタンパク質をリン酸化します。基質のリン酸化その質量を増加され、2 つの負電荷;したがって、成功したリン酸化を SDS-PAGE の蛋白質ゲルのバンドの上方シフトを確認しました。Cdk1 固有のリン酸化サイトその後試験管内でリン酸化蛋白質の質量分析によって識別されます。実験計画を支援するためには、また計算のツールおよび蛋白質シーケンスから Cdk1 固有のリン酸化部位の予測を参照を確認します。さらに、高純度、均一なタンパク質製剤キナーゼのアッセイに最適をもたらすの浄化のプロトコルについても述べる。最後に、特定のリン酸化のサイトの機能の研究によって検証が必要、単純な結合の試金はその目的のためここに記載されています。組み合わせることで、これは Cdk1 のリン酸化サイトを生成して Cdk1 が細胞周期7,10,11を制御する方法に解明をしたりできるように非常に強力なアプローチです。このメソッドは、浄化された蛋白質に依存しているので、モデル有機体および利回り信頼性の高い結果に適用できます。得られるリン酸化サイト、体外の機能検証を推奨するただし、細胞局在や相互作用パートナー翻訳後修飾など、場所に追加的な規制メカニズムを持っていることアクセス可能または Cdk1 による認識のリン酸化サイトをレンダリング可能性があります。
Cdk1 は成っている (Ser/スレオニン-プロ-X-Lys/アルゼンチン)、X は任意の残基、セリンまたはトレオニンのリン酸化のサイトは、コンセンサスのリン酸化部位を認識しています。+1 の位置にプロリンの存在は認識のために特に重要です。また、塩基性残基、+2 や +3 位置に適して、+3 で Lys または Arg を含むほとんどの Cdk1 のリン酸化サイトを6,12の位置します。
Cdk1 活性化が堅く調整され、有糸分裂1,2,3,4、5の発症に 。サイクリン依存性キナーゼの活動は一般に振動する細胞周期13全体レベルで個別のサイクリン (サイクリン A、B、C、D、および E の人間) との関連付けに依存します。Cdk1 式細胞周期で一定であるし、サイクリン A ととして B5,13,14,15をサイクリン調節サブユニットとの関連付けに依存してその活動の規制同様のポスト翻訳の修正。Cdk1/サイクリン B の複合体の形成は、キナーゼ活性化5,14,15,16,17,18に必要です。G2 段階でサイクリン B は細胞質で翻訳され Cdk15,14,15,16,17,18; に結合核にインポートただし、Cdk1/サイクリン B は Myt1 人間 Cdk1 抑制キナーゼによって残基 Thr14 と Tyr15 のリン酸化 (膜準チロシン、スレオニン-固有抑制 cdc2 キナーゼ) と Wee1、それぞれ19、によって不活化保持されます。 20,21。遅い G2 段階で細胞分裂サイクル 25 ホスファターゼ (cdc25) による Thr14 と Tyr15 の脱燐酸化が Cdk1/サイクリン B の複合体のキナーゼ活動をアクティブにし、有糸分裂12,14,の開始をトリガー18,20,22,23. Thr161 リン酸化 Cdk1/サイクリン B の活性化にも必要ですし、Cdk 活性化キナーゼ (CAK)18Cdk7 によって媒介されます。後期ではサイクリン B の分解は、有糸分裂24,25からの出口を許可する Cdk1 を不活性化します。Cdk1/サイクリン B の活性化は、複雑なプロセスである従って。ここで提示されたプロトコルが市販 Cdk1/サイクリン B で実行されます。昆虫細胞で、この複合体の組み換え式の中にそれは活性生体内で内因性キナーゼ14,20清められた状態でアクティブなままになります。結果、組換え人間 Cdk1/サイクリン B キナーゼ試金体外に適しています。
ここでは、ひと動原体タンパク質 F (CENP F)10の Cdk1 固有のリン酸化部位の同定のためのプロトコルについて述べる。CENP F (G1、S 期) 中間期のほとんどの間、核に存在すると Cdk1 依存方法10, G2 の相26,27,28に細胞質にエクスポートは、動原体タンパク質である11. 核局在化二部 cNLS26によって授与されます。cNLSs は、karyopherin β と RanGDP、cNLS 貨物の核29へのインポートを容易にする核輸送因子 karyopherin α によって認識されます。G2 段階で核の輸出は、不明な輸出経路10を介して促進されます。CENP F は、細胞質に存在する、それが核封筒に募集、順番モーター蛋白質ダイニンの複雑な30,31を募集します。この経路は、有糸分裂開始のタイミングが正しいと脳で根本的なプロセスのために重要であるダイニン依存方法で紡錘アセンブリの最初の段階の間に中心体にそれぞれの核を配置することが重要開発30,31,32。G2 段階で開始、CENP F も完成、動原体に忠実な染色体分離27,28,33,34,35 に重要な役割をしています。.これらの経路の重要な規制ステップは Cdk110,11に依存している G2 段階で CENP F の核輸出です。CENP F の cNLS で Cdk1 固有のリン酸化部位の同定のためのプロトコルをご紹介します。これらのサイトの Phosphomimetic 突然変異は Cdk1/サイクリン B は、直接、cNLS10のリン酸化による CENP F の局在を調節することを示唆している CENP-F の核輸入に遅くなります。
全体的にみて、キナーゼ Cdk1。 精製された標的タンパク質リン酸化は体外市販 Cdk1/サイクリン B 複合体とリン酸化のサイトでこの体外のキナーゼ試金の特定の基板の識別を可能します。その後、質量分析によって識別されます。Cdk1 固有のリン酸化部位の同定は、Cdk1 が細胞周期を制御する方法を明らかにする機構の研究をサポートしています。
Protocol
Representative Results
Discussion
私たちの in vitroのキナーゼ試金は、細胞周期のマスター コント ローラーであり多くの重要な細胞プロセスを調整するキナーゼ Cdk1 のための分子ターゲットを識別するために非常に強力な方法です。浄化された蛋白質が Cdk1 の基板は、でき特定のリン酸化部位の同定であるかどうか、方法が決まります。Cdk1 による燐酸化によってこれを容易に解明の細胞プロセスの規則のため。
<p c…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
博士デビッド王、ハワード ヒューズ医学研究所、カリフォルニア大学バークレーは、質量分析および有用なコメントを感謝いたします。Xuelian 朱先生、上海、研究所生物科学、中国科学院、フルレングス CENP F 構造を提供するため、中国上海に感謝いたします。最後に、博士スーザンの命とり、博士ブライアン キャラハン博士クリストフ Grewer アット ビンガムトン ユニバーシティは、機器へのアクセスを感謝いたします。この研究は、ニューヨーク州立大学、ニューヨーク州立大学ビンガムトン校化学科研究財団によって賄われていた。
Materials
| 2800 ml baffled Fernbach flask | Corning | 44232XL | |
| ampicillin | Gold Biotechnology | A-301-25 | |
| ATP | Fisher Scientfiic | BP413-25 | |
| benzamidine hydrochloride | Millipore Sigma | B6506-25 | |
| bottletop filter | Corning | 431161 | |
| Cdk1/cyclin B recombinant, human 20,000 U/mL | New England Biolabs | P6020 | |
| Cdk1/cyclin B (alternate source) | EMD Millipore | 14-450 | |
| Cdk1/cyclin B (alternate source) | Invitrogen | PV3292 | |
| Cdk1/cyclin B + 10x PK buffer | New England Biolabs | P6020 | |
| CENP-F (residues 2987 – 3065) pGEX6P1 plasmid | Available upon request. | ||
| centrifuge: Heraeus Multifuge X3R, cooled, with TX-1000 swing-out rotor | Thermo Scientific | 10033-778 | |
| centrifugal filter units: Amicon Ultra-15 centrifugal filter units, 3 kDa cutoff, Ultracel-PL membranes | EMD Millipore | UFC900324 | |
| chlorampenicol | Gold Biotechnology | C-105-100 | |
| D/L methionine | Agros Organics / Fisher | 125650010 | |
| desalting pipet tips: Zip tips | Millipore Sigma | ZTC18S008 | |
| disposable chromatography columns, Econo-Pac 1.5 x 12 cm | Biorad | 7321010 | |
| dithiothreitol | Gold Biotechnology | DTT50 | |
| E. coli Rosetta 2(DE3)pLysS strain | EMD Millipore | 71403 | |
| electrospray ionization Fourier transform ion | Bruker Amazon | Apex III | |
| cyclotron resonance mass spectrometer | |||
| electrospray ionization ion trap mass spectrometer | Bruker Amazon | custom | |
| fixed angle rotor: Fiberlite F15-8x-50cy | Thermo Scientific | 97040-276 | |
| FPLC system: Äkta Pure FPLC | GE Healthcare | 29032697 | |
| Gel filtration column: Superdex 200 Increase 10/300 GL | GE Healthcare | 28990944 | |
| glutathione agarose | Pierce | 16101 | |
| glutathione, reduced | Millipore Sigma | G4251-50g | |
| incubation shaker: multitron shaker | Infors | I10102 | |
| isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside | Gold Biotechnology | I2481C50 | |
| kanamycin | Gold Biotechnology | K-120-25 | |
| karyopherin α pet-28a pres plasmid | Available upon request. | ||
| Luria Bertani medium | Fisher Scientfiic | BP1426-2 | |
| microcentrifuge 5418R, refrigerated | Eppendorf | 5401000013 | |
| microtubes (0.5 ml) | Eppendorf | 30121023 | |
| microtubes (1.5 ml) | Eppendorf | 30120086 | |
| Nickel affinity gel: His-Select Nickel affinity gel | Millipore Sigma | P6611-100ml | |
| pGEX-6P-1 plasmid | Millipore Sigma | GE28-9546-48 | |
| phenylmethylsulfonyl fluoride | Gold Biotechnology | P470-10 | |
| PS protease: PreScission protease | GE Healthcare | 27084301 | |
| Phos-tag acrylamide | Wako Pure Chem. Ind. | 304-93521 | |
| reduced gluthathione | Millipore Sigma | G4251-50g | |
| roundbottom centrifuge tubes (Oakridge tubes) | Fisher Scientfiic | 055291D | |
| site-directed mutagenesis kit: QuikChange Lightning | Agilent | 210518 | |
| Site-Directed Mutagenesis Kit | |||
| sonifier: Branson S-250D sonifier | Branson | 15 338 125 | |
| Spectra/Por 1RC dialysis membrane (6-8 kDa cutoff) | Spectrum Labs | 08 670B | |
| swing out rotor TX-1000 | Thermo Scientific | 10033-778 |
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