KRAS4b المؤتلف المجهزة بالبالكامل: عزل وتوصيف البروتين فارنيسلاتيد وميثيل
Summary
[برتيلايشن] تعديل مهمة علي طرفيه غشاء يربط بروتينات. يمكن التلاعب بخلايا الحشرات لإنتاج KRAS4b بكميات من البروتينات والبروتينات والدهون البروتينية والتي تمكن من القياسات البيوفيزيائية.
Abstract
البروتين قبل الزواج هو تعديل المفتاح الذي هو المسؤول عن استهداف البروتينات لاغشيه داخل الخلايا. KRAS4b, الذي تحور في 22% من السرطانات البشرية, يتم معالجتها من قبل farnesylation و كربوكسيميثييون بسبب وجود ‘ CAAX ‘ عزر مربع في C-المحطة. تم استخدام نظام الفيروسات التي تمت هندستها للتعبير عن KRAS4b في خلايا الحشرات وتم وصفه سابقا. هنا ، ونحن وصف مفصله وعمليه تنقيه وتوصيف البيوكيميائية للبروتين. وعلي وجه التحديد ، استخدمت التقارب واللوني تبادل الأيونات لتنقيه البروتين إلى التجانس. واستخدم قياس الطيف الكتلي السليم والأصلي للتحقق من صحة التعديل الصحيح لKRAS4b وللتحقق من ربط النيوكليوتيد. وأخيرا ، تم قياس جمعيه غشاء من farnesylated و KRAS4b الكربوكسيميثيد إلى الجسيمات الشحمية باستخدام البلازما الطيفية الرنين السطحي.
Introduction
التعديلات بعد الانتقالية تلعب دورا رئيسيا في تحديد النشاط الوظيفي للبروتينات. التعديلات مثل فوسفولات و glycosylation راسخة جيدا. ومع ذلك ، فان التعديلات الدهنية اقل تميزا. ويقدر ان ما يصل إلى 0.5 ٪ من جميع البروتينات الخلوية قد يكون قبل الزواج1. [برتيلايشن] النقل من [15-كربون] [فرنيسيل] أو [20-كربون] جيرانيلجيرانيل دهن سلسله إلى [اكتور] بروتين يحتوي ال [كاكس] عزر2. وقد تورط البروتينات قبل الزواج في تطور العديد من الامراض البشرية بما في ذلك الشيخوخة المبكرة3, الزهايمر4, العجز القلبي5, تنكس المشيميه6, والسرطان7. الصغيرة GTPases ، HRAS ، NRAS ، و KRAS1، الصفيحات النووية ، والاعمال الروتينية cenp-E و F هي البروتينات farnesylated تحت الشرط القاعدي. GTPases الصغيرة الأخرى ، وهي الروا ، RhoC ، Rac1 ، cdc-42 ، و RRAS geranylgeranylated8، في حين يمكن ان يكون الموقد farnesylated أو geranylgeranylated9.
الصغيرة GTPase KRAS4b يعمل كمفتاح الجزيئية ، ونقل أساسا عامل النمو خارج الخلية يشير إلى مسارات محول الاشاره داخل الخلايا التي تحفز نمو الخلايا والانتشار ، عن طريق التفاعلات بروتين البروتين متعددة. هناك نوعان من الجوانب الرئيسية لKRAS4b الكيمياء الحيوية التي هي ضرورية لنشاطها. أولا ، دورات البروتين بين الناتج المحلي الإجمالي غير النشط والدولة النشطة GTP ملزمه حيث يتفاعل بنشاط مع المستجيبين. الثانية ، وهو C-المحطة الطرفية بولي يسين المنطقة وسيستين فارنيسلاتيد وكربوكسيميثياتيد مباشره البروتين إلى غشاء البلازما ، وتمكين التوظيف وتفعيل المستجيبين المصب. متحولة KRAS4b هو سائق اونكوغينيك في البنكرياس, القولون والمستقيم, وسرطان الرئة10, وعلي هذا النحو, التدخل العلاجي سيكون لها فائده سريريه ضخمه. إنتاج البروتين المؤتلف المعدل بشكل أصلي والذي هو farnesylated و كربوكسيميثليتيد من شانه تمكين الفحص البيوكيميائية باستخدام KRAS4b في تركيبه مع البدائل غشاء مثل الدهنية أو الدهون نانوديسك11،12.
فرينسريل ترانسفيتاز (FNT) يحفز أضافه بيروفوسفات فارنيسيل إلى C-الطرفية السيستين في عزر CAAX في KRAS4b. بعد الزواج ، يتم الاتجار بالبروتين إلى الشبكية الاندوبلازميه (ER) حيث يلتصق انزيم راس التحويل (RCE1) بالبقايا الثلاثة للمحطة C. الخطوة الاخيره في معالجه هو ميثيل من الجديدة ج-الطرفية farnesylcysteine بقايا من البروتين الغشاء ER ، ايزوريزيلسيستين ميثيل ترانسفيرتاز (ICMT). التعبير عن KRAS4b المؤتلف في e. القولونية النتائج في إنتاج بروتين غير معدله. وكانت المحاولات السابقة لإنتاج الKRAS4b المجهزة محدوده بسبب عدم كفاية الغلة لتجارب الفحص الهيكلي أو الدوائي أو فشلت في تلخيص البروتين الناضج الأصلي الكامل الطول13,14. البروتوكول المعروض هنا يستخدم نظام التعبير خليه الحشرات المستندة إلى الفيروسات التي تعتمد علي البكتيريا وطريقه تنقيه التي تولد تنقيه عاليه ، ومعالجتها بالبالكامل KRAS4b في غله من 5 ملغ/لتر من ثقافة الخلية.
وصف البروتين الدقيق ضروري للتحقق من جوده البروتينات المؤتلف قبل الشروع في البيولوجيا الانشائيه أو دراسات فحص المخدرات. اثنين من المعلمات الرئيسية للمعالجة بالبالكامل KRAS4b هي التحقق من التعديل الصحيح قبل الزواج وتوافر فارنيسلاتيد و الكربوكسيميثيلتيد C-المحطة (FMe) للتفاعل مع بدائل الغشاء أو الدهون. وقد استخدم مقياس الطيف الكتلي للتاين بالكهرباء (ESI-MS) لKRAS4b لقياس الوزن الجزيئي والتاكد من وجود التعديلات التي أدخلت علي فارنيسيل وكربوكسيل الميثيل. واستخدم قياس الطيف الكتلي الأصلي ، حيث يتم رش العينات بالمذيبات غير المستخدمة ، لإثبات ان KRAS4b كانت ملزمه أيضا بالعامل المساعد للناتج المحلي الإجمالي. وأخيرا ، تم استخدام الطيفية صدي البلازما السطحية لقياس الربط المباشر لل KRAS4b مع الدهنيات المعبئة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكما لوحظ في قسم النتائج التمثيلية ، فان الخطوة الأكثر اهميه اثناء التنقية هي التعامل مع العينة خلال الوقت الذي يكون فيه الملح السفلي. الحد من الوقت الذي يتعرض العينة إلى اقل من 200 mM NaCl سوف تساعد في الحد من هطول الامطار وزيادة الغلة عينه. ويمكن ان يكون تفسير نتائج اللجنة الخاصة صعبا إذا كان ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نعترف بدعم الاستنساخ والتعبير من كاريسا غروس ، جين ميلهالكو ، ومات درو في مختبر تعبير البروتين ، مختبر فريدريك الوطني لأبحاث السرطان. وقد تم تمويل هذا المشروع كليا أو جزئيا مع الأموال الاتحادية من المعهد الوطني للسرطان ، والمعاهد الوطنية للصحة ، ببموجب العقد رقم HHSN261200800001E. لا يعكس محتوي هذا المنشور بالضرورة اراء أو سياسات أداره الصحة والخدمات الانسانيه ، كما انه لا يشير إلى الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية أو المنظمات التي تنطوي علي تاييد حكومة الولايات الامريكيه
Materials
| 1.8 mL Safe-Lock Tubes, Natural | Eppendorf | 22363204 | |
| 11 mm Cl SS Interlocked Insert Autosampler Vials | Thermo Scientific | 30211SS-1232 | |
| 1-palmitoyl-2-oleoyl-glycero-3-phosphocholine (POPC) | AVANTI POLAR LIPIDS | 850457 | purchase as liquid stocks in chloroform |
| 1-palmitoyl-2-oleoyl-glycero-3-phospho-L-serine (POPS) | AVANTI POLAR LIPIDS | 840034 | purchase as liquid stocks in chloroform |
| 5427R Centrifuge | Eppendorf | ||
| Acetonitrile, HPLC Grade | Fisher Chemical | A998-1 1L | |
| Ammonium Acetate | Sigma-Aldrich | 09689-250g | |
| Argon gas | Airgas | ARUP | |
| Assay Plate 384 | CORNING | 3544 | |
| Biacore T200 Instrument | GE Healthcare | ||
| Blue Snap-It Seals, T/S | Thermo Scientific | C4011-54B | |
| Branson Ultrasonic Bath | Thermo Fisher | 15-336-1000 | |
| Cation Exchange Chromatography (CEX) column | GE Healthcare Life Sciences | 29018183 | HiPrep SP Sepharose High Performance |
| CHAPS | Sigma | C3023 | |
| Dyna Pro Plate Reader | Wyatt Technologies | ||
| Exactive Plus EMR Mass Spectrometer | Thermo Scientific | ||
| Formic Acid | Sigma-Aldrich | F0507-500Ml | Use Reagent Grade or better |
| Gilson vials 7×14 mm Tubes | GE Healthcare | BR-1002-12 | |
| Glass screw thread vials with PTFE foam liners | Scientific Specialities | B69302 | |
| High speed/benchtop centrifuge | Thermo Fischer Scientific | 05-112-114D | capable of up to 4,000 xg |
| His6-Tobacco Etch Virus (TEV) protease | Addgene | 92414 | Purified as per Raran-Kurussi et al. (2017) Removal of Affinity Tags with TEV Protease. In: Burgess-Brown N. (eds) Heterologous Gene Expression in E.coli. Methods in Molecular Biology, vol 1586. Humana Press, New York, NY |
| Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) column | GE Healthcare Life Sciences | 28-9365-51 | HisPrep FF 16/10 |
| In-House Water Supply, Arium Advance | Sartorius Stedim | Resistivity of 18 MΩ0-cm | |
| Lipid extruder set with holder | AVANTI POLAR LIPIDS | 610023 | |
| Liquid nitrogen | Airgas | NI-DEWAR | |
| M110-EH microfluidizer | Microfluidics | ||
| MabPac RP UHPLC Column, 4 um, 3.0 x 50 mm | Thermo Scientific | 088645 | |
| MabPac SEC-1 Column, 5 um, 300 Å, 2.1 x 150 mm | Thermo Scientific | 088790 | |
| MagTran software | Thermo Scientific | ||
| Methanol, HPLC Grade | VWR Chemicals | BDH20864.400 | |
| NGC Chromatography System | BioRad | 78880002 | NGC QuestTM 100 Chromatography system |
| Protease Inhibitor Cocktail without EDTA or other chelators | Millipore Sigma | P8849 | |
| Rubber Caps type 3 | GE Healthcare | BR-1005-02 | |
| Series S Sensor Chip L1 | GE Healthcare | 29104993 | |
| Spectrophotometer | Thermo Fischer Scientific | 13-400-519 | Absorbace at 280nm |
| Ultra-15 Centrifugal Filter Units, 10K NMWL | Millipore Sigma | UFC901008 | PES membrane |
| Ultracel 10K MWCO Ultra 0.5 mL Centrifuge Filters | Amicon | UFC501024 | |
| Ultracentrifuge | Beckman Coulter | Optima – L80K | capable of 100,000 xg |
| Vanquish UHPLC (Pump, Column Hearter, and LC System) | Thermo Scientific | ||
| Vortex Genie 2 | Fisher | 12-812 | |
| Water, HPLC Grade | Sigma-Aldrich | 270733-1L | May use in-house water source (see below) |
| Whatman GD/XP PES 0.45 mm syringe filter | GE Healthcare – Whatman | 6994-2504 | |
| Xcalibur QualBrowser | Thermo Scientific | proteomics software |
Referências
- Cox, A. D., Der, C. J. Protein prenylation: more than just glue. Current Opinion in Cell Biology. 4 (6), 1008-1016 (1992).
- Zhang, F. L., Casey, P. J. Protein Prenylation: Molecular Mechanisms and Functional Consequences. Annual Review of Biochemistry. 65, 241-269 (1996).
- Hottman, D. A., Li, L. Protein prenylation and synaptic plasticity: implications for Alzheimer’s disease. Molecular Neurobiology. 50 (1), 177-185 (2014).
- Hottman, D. A., Chernick, D., Cheng, S., Wang, Z., Li, L. HDL and cognition in neurodegenerative disorders. Neurobiology of Disease. 72, 22-36 (2014).
- Nakagami, H., Jensen, K. S., Liao, J. K. A novel pleiotropic effect of statins: prevention of cardiac hypertrophy by cholesterol-independent mechanisms. Annals of Medicine. 35 (6), 398-403 (2003).
- Kohnke, M., et al. Rab GTPase prenylation hierarchy and its potential role in choroideremia disease. PLoS One. 8 (12), 81758 (2013).
- Berndt, N., Hamilton, A. D., Sebti, S. M. Targeting protein prenylation for cancer therapy. Nature Reviews Cancer. 11 (11), 775-791 (2011).
- Kho, Y., et al. A tagging-via-substrate technology for detection and proteomics of farnesylated proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (34), 12479-12484 (2004).
- Armstrong, S. A., Hannah, V. C., Goldstein, J. L., Brown, M. S. CAAX geranylgeranyl transferase transfers farnesyl as efficiently as geranylgeranyl to RhoB. Journal of Biological Chemistry. 270 (14), 7864-7868 (1995).
- Stephen, A. G., Esposito, D., Bagni, R. K., McCormick, F. Dragging ras back in the ring. Cancer Cell. 25 (3), 272-281 (2014).
- Denisov, I. G., Sligar, S. G. Nanodiscs in Membrane Biochemistry and Biophysics. Chemical Reviews. 117 (6), 4669-4713 (2017).
- Bao, H., Duong, F., Chan, C. S. A Step-by-step Method for the Reconstitution of an ABC Transporter into Nanodisc Lipid Particles. Journal of Visualized Experiments. (66), e3910 (2012).
- Dementiev, A. K-Ras4B lipoprotein synthesis: biochemical characterization, functional properties, and dimer formation. Protein Expression and Purification. 84 (1), 86-93 (2012).
- Lowe, P. N., et al. Characterization of recombinant human Kirsten-ras (4B) p21 produced at high levels in Escherichia coli and insect baculovirus expression systems. Journal of Biological Chemistry. 266 (3), 1672-1678 (1991).
- Gillette, W., et al. Production of Farnesylated and Methylated Proteins in an Engineered Insect Cell System. Methods in Molecular Biology. 2009, 259-277 (2019).
- Agamasu, C., et al. KRAS Prenylation Is Required for Bivalent Binding with Calmodulin in a Nucleotide-Independent Manner. Biophysical Journal. 116 (6), 1049-1063 (2019).
- Talsania, K., et al. Genome Assembly and Annotation of the Trichoplusia ni Tni-FNL Insect Cell Line Enabled by Long-Read Technologies. Genes. 10 (2), 79 (2019).
- Spencer-Smith, R., et al. Inhibition of RAS function through targeting an allosteric regulatory site. Nature Chemical Biology. 13 (1), 62-68 (2016).
- Lowe, P. N., et al. Expression of polyisoprenylated Ras proteins in the insect/baculovirus system. Biochemical Society Transactions. 20 (2), 484-487 (1992).
- Dharmaiaha, S., et al. Structural basis of recognition of farnesylated and methylated KRAS4b by PDEδ. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (44), 6766-6775 (2016).
- Abdiche, Y. N., Myszka, D. G. Probing the mechanism of drug/Lipid membrane interactions using Biacore. Analytical Biochemistry. 328 (2), 233-243 (2004).
- Fisher, R. J., et al. Complex interactions of HIV-1 nucleocapsid protein with oligonucleotides. Nucleic Acids Research. 34 (2), 472-484 (2006).
- Lakshman, B., et al. Quantitative biophysical analysis defines key components modulating recruitment of the GTPase KRAS to the plasma membrane. Journal of Biological Chemistry. 294, 2193-2207 (2019).
