ניתוח ספקטרומטר המסה כדי לזהות את אוביקווילציה של EYFP-מתויג CENP-A (EYFP-CENP-A)
Summary
CENP-מהווה מהווה דרישה חשובה עבור CENP-A התצהיר ב צנטרומר, ירש דרך dimerization בין החטיבה התא, והכרחי לקיום תאים. כאן אנו מתארים ניתוח ספקטרומטר המסה כדי לזהות אובילילציה של EYFP-מתויג CENP-A (EYFP-CENP-A) חלבון.
Abstract
לימוד המבנה והדינמיקה של קינטומטלות וצנטורמרים חשובים בהבנת אי יציבות כרומוזומלית (CIN) והתקדמות הסרטן. כיצד המיקום הכרומוזומים ותפקודו של מרכז הריכוז (כלומר, זהות צנטוררה) נקבעים ומשתתפים בהפרדה מדויקת של כרומוזום היא שאלה יסודית. CENP-A מוצע להיות אינדיקטור non-DNA (מארק אפיגנטי) של זהות מרוכזת, ו-CENP-A אובידילציה נדרש עבור CENP-A התצהיר על צנטרומר, ירש דרך dimerization בין החטיבה התא, הכרחי הכדאיות התא.
כאן אנו מתארים ניתוח ספקטרומטר המסה כדי לזהות אובילילציה של EYFP-CENP-A K124R מוטציה רומז כי אובילילציה ב ליזין שונים נגרמת בגלל תיוג EYFP ב-K124R מוטציה חלבון CENP. ליזין 306 (K306) אוביזלציה ב-EYFP-K124R התגלתה בהצלחה, המתאימה ליזין 56 (K56) ב-CENP-A באמצעות ניתוח ספקטרומטר המסה. אזהרה נדונה בשימוש GFP/EYFP או תיוג של חלבון משקל מולקולרי גבוה ככלי לנתח את הפונקציה של חלבון. המגבלה הטכנית הנוכחית נדונה גם לאיתור להקות אוביקווילבטים, זיהוי אוביקווילציה ספציפיים לאתר, ויזואליזציה של אובידלציה בתאים חיים או תא יחיד מסוים במהלך מחזור התא כולו.
השיטה של ניתוח ספקטרומטר המסה המוצג כאן ניתן להחיל על האנושי CENP-חלבון עם תגים שונים ושאר מרכז החלבונים-הקיטוכורה. ניתן להמליץ על שיטות שונות הכוללות מספר בדיקות/ניתוח שנועדו לחוקרים המעוניינים לזהות תפקידים פונקציונליים של אובילציה.
Introduction
ברוב eukaryotes, מיקרוטובוקלס ציר חייב לצרף לאזור אחד של כל כרומוזום, כינה ריכוז. קינטוכור הוא קומפלקס של חלבונים הנמצאים במרכז הריכוז. לימוד העיתוי של התנועה של מרכז ומעטפת החלבון והמבנה של קינטומאז חשוב להבנת אי-יציבות כרומוזום (CIN) והתקדמות הסרטן. השאלות העיקריות הן כיצד המיקום הכרומוזומים ותפקודו של מרכז הריכוז (כלומר, הזהות הצנטורלית) נקבעים וכיצד הם משתתפים בהפרדה מדויקת של כרומוזום. ברוב המינים, הנוכחות של נוקלאוטיס מיוחד המכיל חלבון דומה histone הנקרא מגדיר את הזהות צנטרומר. לכן, מוצע כי CENP-A הוא מחוון שאינו DNA (סימן אפיגנטי) של הזהות צנטרומר. חשוב להבהיר את המנגנון של האופן שבו CENP-A מגדיר את הזהות הצנטרומר בבני אדם.
זיהוי של צומת הולידיי-היומי חלבון (hjurp) הוא המלווה cenp-a-מיוחד שעליו הפיקדונות cenp-a ב מרכז הריכוז של היום1,2,3. אנו דיווחו בעבר כי CUL4A-RBX1-COPS8 E3 לליגאז נדרש עבור cenp-A אובילציה על ליזין 124 (K124) ו צנטוררה לוקליזציה4. כמו כן, התוצאות שלנו הראו כי הגיוס צנטרומר של החדש מסונתז CENP-A דורש מראש הקיים אוביp-A5. לפיכך, מודל נמסר רומז כי CENP-A אובילציה עוברת בירושה דרך דימריזציה בין חטיבות התאים.
בניגוד לממצאים שלנו ולאלה של יו ואח ‘, התוצאות השליליות בנוגע ל-CENP-A והלוקליזציה הצנטגוניות שלה פורסמו לאחרונה6. המאמר טען כי CENP-A שינויים על ליזין 124 (K124) הם לוותר על הקמתה, תחזוקה, ותפקוד לטווח ארוך של מרכז האדם, מבוסס על התוצאות השליליות שלהם מראה כי מוטציה של K124R לא להשפיע על CENP-A צנטורייר לוקליזציה לא תאים6. עם זאת, יש מספיק מקום לדיון בתוצאות ובמסקנות שלהם, וכבר תיארנו איזו בעיה יכולה להיות בפרסום הקודם שלהם7. יש לשלם שימו לב כי הם התמזגו חלבונים עם CENP-A, שיש להם הרבה משקולות מולקולריות יותר מאשר בגודל של האנדוגניים CENP-A: למשל, הם התמזגו ~ 30 kDa חלבון פלורסנט משופרת (EYFP) כדי ~ 16 kDa CENP-A וניתח EYFP-CENP-K124R היתוך חלבון במערכת RPE-1 CENP-A-/F מערכת. K124 אוביקוויב לא צפוי לאגד ישירות HJURP מבוסס על תחזיות מבנית4, עם זאת, תוספת של מונו-אוביקוויב הוא ניבא יש השפעה על היווצרות חלבון של Cenp-A. החלבון של CENP-A קונפורמציה יכול להיות שונה על ידי נוכחות של חלבון פיוז’ן גדול, ושינוי זה התאמות עשוי להסוות את השינויים מבניים שנגרמו על ידי אובדן אוביפורמציה. אנו מציעים כי המיזוג של חלבון בגודל גדול גורם אוביקווילציה על ליזין אחר מאשר K124 ב-EYFP-CENP-A K124R מוטציה ואת זה אוביקווילציה באתר אחר מעכב/מסכות המקורי K124R המוטציה פנוטיפים. ראיות כי אובילציה מתרחשת על ליזין שונים ב-CENP-A K124R חלבון מוטציה עם חלבון תג גדול (EYFP) דווחה בפרסום הקודם שלנו8. נמצא כי התיוג EYFP גורמת אוביקווינציה של אתר ליזין אחר של EYFP-CENP-A K124R וכי EYFP-CENP-K124R מוטציה נקשר HJURP. כתוצאה מכך, אובילציה זה באתר אחר מעכב/מסכות המקורי K124R יחיד מוטציה פנוטיפ, ושניהם EYFP-CENP-מוטציות K124R הראו צנטרומר לוקליזציה (השתמשנו והשוו pBabe-EYFP-CENP-A WT ו K124R מוטציה, יחד עם בקרת pBabe-EYFP.). התוצאות הראו כי דגל-מתויג או לא מתויגים CENP-A K124R מוטציות קטלניות אבל ניתן להציל על ידי פיוז ‘ ן monoubi, מציע כי CENP-A אובילציה היא הכרחית לכדאיות התא.
בשנים האחרונות, מחקרים רבים פיתחו בחני שונים לזהות שינויים פוסטטרנסלוניים (לפטין) של cenp-חלבון ואחרים מרכז-החלבונים קיטומודים, הן בvivo והן במבחנה9,10,11. מקביל לפטין של חלבונים היסטון, כי הם מנגנון מרכזי המסדיר את הפונקציה של כרומטין, לפטין של רכיבים מרוכזת של כרוממיה מעורבים גם במנגנון חיוני כדי לווסת את המבנה הכולל ואת התפקוד של צנטרומרים. רוב האתרים של cenp-a ptm הם ספציפיים ל-cenp-a המכיל נוקלאוטיזומים, למרות כמה מהם נשמרים ב היסטון H3, מציע כי שינוי של שאריות אלה תורמים לפונקציה הספציפית צנטרומר. בשנת הבית, מתילציה, מתיונין, ואוביזלציה דווחו בעבר9, מציע כי cenp-A נתון למגוון מגוון של מערכי הקומבינטורית ומערכים שלהם על הטרמינוס האמינית והתחום הקיפול C-טרמינוס. חשיבותו של CENP-A שינויים בפונקציות מרובות נחשף על ידי קבוצות רבות כולל שלנו. פונקציות אלה כרוכות בתצהיר של CENP-A בריכוז, יציבות חלבונים, וגיוס של CCAN (הרשת המשויכת למרכז)9. עם זאת, מחקרים מוגבלים וממצאים של CENP-A השני מראש היכן ההשוואות נעשים עם אחד האבנים קאנוני כי ישירות או עקיף להסדיר את תפקידם. דוחות טכניים התמקדות במתודולוגיה כדי לזהות אלה CENP-A לפטין מוגבלים גם.
בגלל CENP-A אוביקווילציה נדרש עבור CENP-A התצהיר על צנטרומר12, ירש דרך dimerization בין חלוקת התא5, והכרחית לכדאיות התאים8, השיטה לזהות cenp-A אובילציה יהיה חיוני בעתיד כדי ללמוד את הפעילות הפונקציונלית, מיצוב, ומבנה של צנטרומר. לכן, כאן אנו מתארים בניתוח ספקטרומטר המסה כדי לזהות אוביקווילציה של EYFP-CENP-A K124R מוטציה רומז כי התיוג EYFP שגורם אוביקווילציה על ליזין שונים ב-CENP-A K124R מוטציה חלבון8. פרוטוקולים של בקרת שליטה אחרים וניתוחים (ניתוח אימונוoforסנס, המושבה התרחבות הגידול, ו בvivo אוביקווילציה) מוצגים גם כדי לדון את התוצאה של ניתוח המסה הגדולה ספקטרומטריה כראוי.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן תיארנו שיטות של ניתוח ספקטרומטר המסה כדי לזהות אוביקווילציה של EYFP-CENP-A K124R מוטציה רומז כי התיוג EYFP שגורם אוביקווילציה על ליזין שונים ב-CENP-A K124R מוטציה חלבון8. בתוצאות שלנו, זיהינו בהצלחה אוביקווילציה על ליזין 306 (K306) ב-EYFP-CENP-K124R, המתאים ליזין 56 (K56) ב-CENP-A באמצעות ניתוח ספקטרומטר ה…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לצ-ג’ון לי במרכז לחקר בעלי חיים במודל, באוניברסיטת נאנג’ינג לניתוח ספקטרומטר המסה. אנו מודים ליאנמיני דלאל, טאסואו פאקאגאווה, והחוקרים הנוכחיים במרכז לחקר בעלי חיים במודל, אוניברסיטת נאנג’ינג ומכון המחקר לחקר הסרטן של הילדים למען הדיון המועיל שלהם, הדרכה ניסויית וריאגנטים. אנו מודים לדון ולקליבלנד, דנילה פצ’נטי, יאנמיני דלאל, מין ובאר, גוסטבו ולאונה, ג’ון תומפסון, לורנס ס. קירשנר, אמרוטה אשקאר, בן א. שחור, גלניס א. לוגסדון, קנג’י טאגו, ודון ס. צ’נדלר על המתנות הנדיבות שלהם של ריאגנטים. Y.N. היה נתמך על ידי מחוז ג’יאנגסו ‘ ‘ כפול ממדרגה ראשונה ‘ ‘ קרן בנייה, ג’יאנגסו מחוז המדע הטבעי קרן (SBK2019021248), מחוז ג’יאנגסו 16th שישה כישרון גדול פסגות 31970665 הקרן (TD-swyy-001), מחוז ג’יאנגסו “מומחה זר 100 כשרונות תוכנית” קרן (SBK2019010048), ו הלאומית למדעי הטבע ה מחקר זה היה נתמך באופן חלקי NCI גרנט R21 CA205659.
Materials
| Equpiments/Tools | |||
| 0.5 ml protein low binding tubes | Eppendorf | 022431064 | For mass spectrometry analysis |
| 10cm cell culture dish | BIOFIL/JET, China | 700224 | 10 cm tissue culture dish (Yohei lab, PN63) |
| 6 Well Cell Culture Cluster | Fisher/Corning Incorporated | 07-200-83 | 6-well culture plate |
| CentriVap | LABCONCO | – | Benchtop vacuum concentrator for vaccum dry peptides for mass spectrometry analysis |
| ChromXP C18CL, 120A, 15 cm x 75 μm | Eksigent Technologies | 805-00120 | Liquid chromatography (RPLC) column for mass spectrometry analysis |
| HCX PL APO 100x oil immersion lens | Leica | LEICA HCX PL APO NA 1.40 OIL PHE | 100X Oil immersion lens |
| HCX PL APO 63x oil immersion lens | Leica | LEICA HCX PL APO NA 1.40 OIL PH 3 CS | 63X Oil immersion lens |
| Immobilon-FL PVDF Transfer Membrane | EMD Millipore | IPVH00010 | For western blot |
| Leica DM IRE2 motorized fluorescence microscope | Leica | – | motorized fluorescence microscope |
| Leica EL6000 compact light source | Leica | External light source for fluorescent excitation | |
| Micro Cover glass (22 mm x 22 mm) | Surgipath | 105 | Cover glass (22 mm x 22 mm) |
| Model V16-2 polyacrylamide gel electrophoresis apparatus | Apogee Electrophoresis/CORE Life Sciences | 31071010 | Gel electrophoresis apparatus I to apply bigger SDS-PAGE gel |
| nanoLC.2D | Eksigent Technologies | – | liquid chromatography system for mass spectrometry analysis |
| NuPAGE 4%-12% Bis-Tris Protein Gels | Thermo Fisher | NP0335BOX | The commercially available 4%-12% Bis-Tris protein gels for mass spectrometry analysis |
| Olympus FLUOVIEW FV3000 confocal laser scanning microscope | Olympus | – | Confocal laser scanning microscope (https://www.olympus-lifescience.com.cn/en/support/ downloads/#!dlOpen=%23detail847250519) |
| ORCA-R2 Degital CCD camera | Hamamatsu | C10600-10B | CCD camera |
| PAP Pen | Binding Site | AD100.1 | For a water repellant barrier in immunofluorescent staining |
| TISSUE CULTURE DISHES 10CM | VWR | 25382-166 | 10 cm tissue culture dish |
| Vertical electrophoresis for gel running (big size) | Junyi, China | JY-SCZ6+ | Gel electrophoresis apparatus II to apply bigger SDS-PAGE gel (Yohei lab, PE23) |
| VWR Micro Slides, Frosted | VWR International | 48312-013 | Micro slides |
| Primary antibodies | |||
| Anti-CENP-A antibody | Stressgen/Enzo Life Sciences | KAM-CC006 | Mouse monoclonal antibody |
| Anti-CENP-B antibody | Novus Biologicals | H00001059-B01P | Mouse monoclonal antibody |
| anti-GAPDH | ABCAM | ab37168 | Rabbit polyclonal antibody |
| anti-GAPDH | Invitrogen | PA1987 | Rabbit polyclonal antibody |
| anti-GFP antibody | ANTI #76 (Homemade antibody) | Rabbit polyclonal antibody | |
| anti-HA (3F10) | Roche | 11815016001 | Rat monoclonal antibody |
| anti-HJURP | Proteintech Group | 15283–1-AP | Rabbit polyclonal antibody |
| anti-Ubiquitin | Bethyl Laboratories | A300-317A-1 | Rabbit polyclonal antibody |
| Reagents | |||
| Bio-Rad Protein Assay | Bio-Rad | 500-0006 | Commercial protein assay reagent I for measurement of protein concentration (compatible with 0.1% SDS) |
| Branson SONIFIER 450 | Sonicator | ||
| Branson Ultrasonics sonicator Microtip Step, Solid, Threaded 9.5 mm | VWR Scientific Products Inc. | 33995-325 | Disruptor horn for sonication |
| Branson Ultrasonics sonicator Microtip Tapered 6.5 mm | VWR Scientific Products Inc. | 33996-185 | Microtip for sonication |
| Buffer A1 | – | – | 20 mM Tris-HCl, pH 7.4; 50 mM NaCl; 0.5% Nonidet P-40; 0.5% deoxycholate; 0.5% SDS; 1 mM EDTA; complete EDTA-free protease inhibitor reagent |
| Complete EDTA-free protease inhibitor cocktail | Roche | 11-873-580-001 | Complete EDTA-free protease inhibitor reagent for buffer A1 |
| Coomassie brilliant blue R-250 | BBI Life Sciences | CAS 6104-59-2 | Coomassie blue solution for mass spectrometry analysis |
| Crystal violet solution (2.3% crystal violet, 0.1% ammonium oxylate, 20% ethanol) | SigmaI-Aldrich | HT90132-1L | For colony staining |
| DAPI | SIGMA-SLDRICH | D9542 | For nuclear staining |
| DMEM: F12 Medium | ATCC | 30-2006 | DMEM: F12 Medium |
| Fetal Bovine Serum, certified, heat inactivated, US origin | Life Technologies/Gibco | 10082 | FBS (fetal bovine serum) |
| High-glucose DMEM (Dulbecco’s modified Eagle’s medium) | Life Technologies/BioWhittaker | 12-604 | high-glucose DMEM |
| Lipofectamin 3000 | Life Technologies/Invitrogen | L3000 | Transfection reagent I for chemical transfection |
| Lipofectamin 3000, P3000 solution | Life Technologies/Invitrogen | L3000 | Transfection reagent II for chemical transfection |
| Methanol | Fisher | A412-4 | Fixation reagant |
| Non fat powdered milk (approved substitution for carnation powdered milk) | Fisher Scientific | NC9255871 (Reorder No. 190915; Lot# 90629) | Non-fat skim milk |
| Opti-MEM I | Life Technologies/Invitrogen | 31985 | Reduced serum media |
| p-phenylenediamine | SIGMA-SLDRICH | P6001 | For mounting medium |
| Penicillin, Streptomycin; Liquid | Fisher/Gibco | 15-140 | Penicillin-streptomycin |
| Poly-L-Lysine SOLUTION | SIGMA-SLDRICH | P 8920 | Poly-L-Lysine, 0.1% w/v, in water |
| Polyethyleneimine [PEI]; 1.0 mg/ml | Polysciences | 23966–2 | Transfection reagent III for chemical transfection |
| Protein A sepharose CL-4B beads | GE Healthcare/Amersham | 17-0963-03 | Protein A sepharose CL-4B beads for in vivo ubiquitylation assays using pQCXIP-EYFP-CENP-A |
| Restore Western Blot Stripping Buffer | Thermo Scientific | PI21059 | Western Blot Stripping Buffer I |
| Sequencing grade trypsin | Promega | V5111 | For mass spectrometry analysis |
| SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate | Thermo | 34095 | Ultra-sensitive enhanced chemiluminescent (ECL) substrate |
| UltraPure Distilled Water | Life Technologies/Invitrogen/Gibco | 10977 | Sterile tissue culture grade water |
| Western Blot Stripping Buffer II ((50 mM Tris-HCl, pH 6.85; 2% SDS; 50 mM DTT; 100 mM 2-Mercaptoethanol) | – | – | Western Blot Stripping Buffer II |
| Secondary antibodies | |||
| Alexa Fluor 488 Goat Anti-Rabbit IgG | Life Technologies/Invitrogen | A11008 | fluorophore-conjugated secondary antibody (Affinity-purified secondary antibody) |
| Alexa Fluor 594 Goat Anti-Mouse IgG | Life Technologies/Invitrogen | A11005 | fluorophore-conjugated secondary antibody (Affinity-purified secondary antibody) |
| Softwares | |||
| Acquisition FV31S-SW software | Olympus | – | Sofware C1 (https://www.olympus-lifescience.com.cn/en/support/ downloads/#!dlOpen=%23detail847250519) |
| Analysis FV31S-DT software | Olympus | – | Sofware C2 (https://www.olympus-lifescience.com.cn/en/support/ downloads/#!dlOpen=%23detail847250519) |
| cellSens Dimension software Ver. 1. 18 | Olympus | – | Sofware C3 (https://www.olympus-lifescience.com.cn/en/ software/cellsens/) |
| Image Studio Analysis Software Ver 4.0 | LI-COR Biosciences | – | Software D |
| Molecular Imager Versadoc MP4000 System | Bio-Rad | – | Chemiluminescence imager for immunoblot detection |
| Odyssey CLx Infrared imaging System | LI-COR Biosciences | – | Infrared imaging system for immunoblot detection |
| OpenCFU saftware | – | – | For colony counting (http://opencfu.sourceforge.net/) |
| Openlab version 5.5.2. Scientific Imaging Software | Improvision/PerkinElmer | – | Software A |
| ProteinPilot Software version 4.5 | AB SCIEX | – | Software F for mass spectrometry analysis |
| Quantity One 1-D analysis software | Bio-Rad | – | Software E |
| TripleTOF 5600+ System | AB SCIEX | – | Mass spectrometry instrument |
| Volocity version 6.3 3D Image Analysis Software (Volocity Acquisition) | PerkinElmer | – | Software B1 |
| Volocity version 6.3 3D Image Analysis Software (Volocity Quantification) | PerkinElmer | – | Software B2 |
Referências
- Dunleavy, E. M., et al. HJURP is a cell-cycle-dependent maintenance and deposition factor of CENP-A at centromeres. Cell. 137 (3), 485-497 (2009).
- Foltz, D. R., et al. Centromere-specific assembly of CENP-a nucleosomes is mediated by HJURP. Cell. 137 (3), 472-484 (2009).
- Bernad, R., et al. Xenopus HJURP and condensin II are required for CENP-A assembly. J Cell Biol. 192 (4), 569-582 (2011).
- Niikura, Y., et al. CENP-A K124 Ubiquitylation Is Required for CENP-A Deposition at the Centromere. Developmental Cell. 32 (5), 589-603 (2015).
- Niikura, Y., Kitagawa, R., Kitagawa, K. CENP-A Ubiquitylation Is Inherited through Dimerization between Cell Divisions. Cell Reports. 15 (1), 61-76 (2016).
- Fachinetti, D., et al. CENP-A Modifications on Ser68 and Lys124 Are Dispensable for Establishment, Maintenance, and Long-Term Function of Human Centromeres. Developmental Cell. 40 (1), 104-113 (2017).
- Niikura, Y., Kitagawa, R., Kitagawa, K. CENP-A Ubiquitylation Is Required for CENP-A Deposition at the Centromere. Developmental Cell. 40 (1), 7-8 (2017).
- Niikura, Y., Kitagawa, R., Fang, L., Kitagawa, K. CENP-A Ubiquitylation Is Indispensable to Cell Viability. Developmental Cell. 50 (6), 683-689 (2019).
- Srivastava, S., Foltz, D. R. Posttranslational modifications of CENP-A: marks of distinction. Chromosoma. 127 (3), 279-290 (2018).
- Srivastava, S., Zasadzinska, E., Foltz, D. R. Posttranslational mechanisms controlling centromere function and assembly. Current Opinion in Cell Biology. 52, 126-135 (2018).
- Ohkuni, K., Takahashi, Y., Basrai, M. A. Protein purification technique that allows detection of sumoylation and ubiquitination of budding yeast kinetochore proteins Ndc10 and Ndc80. Journal of Visualized Experiment. (99), e52482 (2015).
- Niikura, Y., et al. CENP-A K124 Ubiquitylation Is Required for CENP-A Deposition at the Centromere. Developmental Cell. 32 (5), 589-603 (2015).
- Niikura, Y., Kitagawa, K. Immunofluorescence Analysis of Endogenous and Exogenous Centromere-kinetochore Proteins. Journal of Visualized Experiment. (109), e53732 (2016).
- Lamb, J. R., Tugendreich, S., Hieter, P. Tetratrico peptide repeat interactions: to TPR or not to TPR. Trends in Biochemical Sciences. 20 (7), 257-259 (1995).
- Leopold, A. V., Chernov, K. G., Verkhusha, V. V. Optogenetically controlled protein kinases for regulation of cellular signaling. Chemical Society Reviews. 47 (7), 2454-2484 (2018).
- . Protein gel electrophoresis technical handbook Available from: https://www.thermofisher.com/content/dam/LifeTech/global/Forms/PDF/protein-gel-electrophoresis-technical-handbook.pdf (2015)
