Yakalama Bileşik Kütle Spektrometre - Roman c-di-GMP Efektör Proteinler tanımlamak için güçlü bir araç
Summary
The ubiquitous second messenger c-di-GMP controls growth and behavior of many bacteria. We have developed a novel Capture Compound Mass Spectrometry based technology to biochemically identify and characterize c-di-GMP binding proteins in virtually any bacterial species.
Abstract
Kayda değer bir ilerleme, ikinci haberci, c-di-GMP sentezi (diguanylate siklazlar) ve ayrışma (fosfodiesteraz) yer alan enzimler üzerindeki tanımı ve karakterizasyonu için doğru, son on yıl içinde yapılmıştır. Buna karşılık, az bilgi bu sinyal molekülü hücresel süreçlerin çeşitli bir yelpazede düzenleyen hangi aracılığıyla moleküler mekanizmalar ve hücresel bileşenleri ile ilgili mevcuttur. Bilinen efektör proteinlerin çoğu Pilz ailesine ait veya kataliz vazgeçmiş ve efektör fonksiyonunu benimsemiş diguanylate siklazlar veya fosfodiesterazları dejenere edilmektedir. Bu nedenle, daha iyi bir deneysel yöntemler siliko tahminler güvenilir başarısız olduğu için yeni etkenleri tanımlamak ve doğrulamak için gerekli olan bakterilerin geniş bir aralıkta hücre C-di-GMP ağ tanımlamak için kullanılır.
Biz son zamanlarda güçlü bir araç olarak bir roman Yakalama Bileşik Kütle Spektrometre (MERNİS) tabanlı teknoloji geliştirdikbiyokimyasal tespit ve c-di-GMP bağlayıcı proteinler karakterize etmektedir. Bu teknik, daha önce organizmaların 1 geniş uygulanabilir olduğu bildirilmiştir. Burada biz böyle sinyal bileşenlerini prob kullanan protokol ayrıntılı bir açıklamasını verir. Bir örnek olarak, Pseudomonas aeruginosa, C-di-GMP hastalık oluşturma ve biyofilm kontrolünde önemli bir rol oynadığı bir fırsatçı patojendir kullanın. MTSK C-di-GMP ağ bilinen ya da tahmin edilen bileşenlerin% 74 (38/51) tespit edilmiştir. Bu çalışma detaylı MTSK prosedürü açıklar ve küçük molekül sinyalizasyon dahil yeni bileşenleri tanımlamak için güçlü ve çok yönlü bir araç olarak kurar.
Introduction
c-di-GMP onların büyüme ve davranış çeşitli yönlerini kontrol etmek için en bakteriler tarafından kullanılan bir anahtar ikinci habercidir. Örneğin, Cı-di-GMP hücre döngüsü ilerlemesini, motilite ve eksopolisakaridlerin ve yüzey adhesinler 2-4 ekspresyonunu düzenler. Bu işlemler, koordinasyonu yoluyla, c-di-GMP biyofilm oluşumunu, patojenik bakterilerin 5 bir dizi kronik enfeksiyonlar ile ilişkili olan bir süreci desteklemektedir. c-di-GMP katalitik GGDEF alanı 4 liman diguanylate siklazlar (KEGM) olarak adlandırılan enzimler tarafından sentezlenmiş edilir. Bazı KEGM aşağı c-di-GMP bağlanması üzerine siklaz aktivitesini düzenleyen bir inhibitör sitesine sahip. C-di-GMP bozulması katalitik EAL veya HD-GYP ya etki 6,7 barındıran fosfodiesteraz iki farklı sınıflarına (PDE) ile katalize edilmektedir.
doğrudan, c-di-GMP bağlayan bilinen efektör proteinlerin çoğunluğu protein sadece üç sınıftan birine ait: katalitiğimüttefiki inaktif GGDEF veya EAL etki ve Pilz alanları, c-di-GMP 8 bağlanması üzerine yapısal değişikliklere uğrarlar küçük moleküler anahtarlar. KEGM, KDD ve Pilz proteinleri iyi karakterize edilir ve onların etki nispeten güvenli silico tahmin edilebilir. Belirli bir ilgi şimdi c-di-GMP efektörlerinin yeni sınıfların belirlenmesi üzerine odaklanmıştır. Farklı bağlama motifleri ile Bazı c-di-GMP efektörleri Burkholderia cenocepacia CRP / FNR protein ailesi Bcam1349 veya P. transkripsiyonel regülatör FleQ olarak son zamanlarda böyle tarif edildi aeruginosa 9,10. Buna ek olarak, c-di-cGMP-spesifik riboswitches son zamanlarda belirlenen ve bir C-di-GMP-bağımlı bir şekilde 11 içinde gen ekspresyonunu kontrol etmek için gösterilmiştir. Farklı etkileyicilerin c-di-GMP bağlama motifleri sadece kötü korunmuş tür proteinlerin biyoinformatik tahminleri zor yapıyoruz. Bu sorunu çözmek için, bir C-di-GMP SPE kullanımına dayanan bir biyokimyasal yöntemler geliştirilmiştir, spesifik yakalama Bileşik kütle spektrometresi 1,12,13 ile birlikte.
Biz son zamanlarda (CDG-CC, Şekil 1) yeni bir üç değerlikli c-di-GMP Yakalama Bileşik tasarladık 1. Bu kimyasal iskele oluşmaktadır: bağlayıcı proteinleri, c-di-GMP yakalamak için yem olarak kullanılan 1), bir c-di-GMP kısım, 2) bir UV ışıkla reaktif grup bağlantı geçmek için kullanılan bağlı proteinlere CdG-CC ve 3) ise biotin streptavidin-kaplı manyetik boncuklar kullanılarak çekilen proteinleri izole etmek. CdG-CC doğrudan olarak ve özellikle hücre lizatları gibi makromoleküllerin kompleks bir karışımdan, c-di-GMP efektör yakalamak için kullanılabilir. Yakalama Bileşik bazlı ve kimyasal proteomik temelli yaklaşımlar, daha önce organizmaların geniş bir yelpazede için geçerli olduğu bildirilmiştir, örneğin Caulobacter crescentus, Salmonella enterica serovar typhimurium ve S. aeruginosa 1,14.
Bu metodolojik yazıda,Biz P. özler kullanılarak MTSK prosedürü derinliği açıklamasında bir sağlamak Örneğin, aeruginosa. Bu çalışma, biyokimyasal küçük molekül sinyalizasyon dahil yeni bileşenleri tanımlamak için güçlü ve çok yönlü bir araç olarak CCMS kurar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Özel dikkat protokolünün çeşitli adımlarda alınmalıdır. Protein konsantrasyonu, 10 mg bir konsantrasyonda olan kritik bir parametredir / ml hücreleri özel büyüme koşulları altında (örneğin, biyofilm veya küçük koloni varyantları) altında yetiştirilir zaman erişilmesi zor olan. Bu nedenle, pelet yeniden süspansiyon lisis tamponu düşük bir hacme yapılmalıdır. Protein konsantrasyonları, 8 mg / ml'ye kadar azaltılabilir. Nesper ve diğ. 1 tarafından yayınl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Alberto Reinders for his work in optimizing the CCMS conditions for P. aeruginosa. We also thank Pablo Manfredifor the annotation of the P. aeruginosa proteins. This work was supported by the Swiss National Science Foundation (SNF) Sinergia grant CRSII3_127433.
Materials
| caproBox | caprotec bioanalytics | 1-5010-001 (220 V) | UV lamps coupled to a cooling 96-plate cooling block, for the photoactivation |
| caproMag | caprotec bioanalytics | included in the CCMS Starter Kit | For easy handling of magnetic particles without pipetting |
| c-di-GMP caproKit | caprotec bioanalytics | upon request | The kit contains the c-di-GMP-capture compound, c-di-GMP (for the competition control), streptavidin coated magnetic beads, capture buffer, and washing buffer |
| Disposable PD-10 Desalting Columns | GE Healthcare | 17-0851-01 | |
| 12-tube PCR strips | Thermo Scientific | AB-1114 | |
| UIS250v sonicator with VialTweeter | Hielscher ultrasound technology | UIS250v and VialTweeter | |
| Miniature French Pressure Cell | Thermo Electron Corporation | FA-003 |
References
- Nesper, J., Reinders, A., Glatter, T., Schmidt, A., Jenal, U. A novel capture compound for the identification and analysis of cyclic di-GMP binding proteins. J Proteomics. 75, 4874-4878 (2012).
- Hengge, R. Principles of c-di-GMP signalling in bacteria. Nature reviews. Microbiology. 7, 263-273 (2009).
- Sondermann, H., Shikuma, N. J., Yildiz, F. H. You’ve come a long way: c-di-GMP signaling. Curr. Opin. Microbiol. 15, 140-146 (2012).
- Schirmer, T., Jenal, U. Structural and mechanistic determinants of c-di-GMP signalling. Nature reviews. Microbiology. 7, 724-735 (2009).
- Furukawa, S., Kuchma, S., O’Toole, G. Keeping their options open: acute versus persistent infections. J. Bacteriol. 188, 1211-1217 (2006).
- Christen, M., Christen, B., Folcher, M., Schauerte, A., Jenal, U. Identification and characterization of a cyclic di-GMP-specific phosphodiesterase and its allosteric control by GTP. J. Biol. Chem. 280, 30829-30837 (2005).
- Ryan, R. P., Fouhy, Y., Lucey, J. F., Dow, J. M. Cyclic di-GMP signaling in bacteria: recent advances and new puzzles. J. Bacteriol. 188, 8327-8334 (2006).
- Habazettl, J., Allan, M. G., Jenal, U., Grzesiek, S. Solution structure of the PilZ domain protein PA4608 complex with cyclic di-GMP identifies charge clustering as molecular readout. J. Biol. Chem. 286, 14304-14314 (2011).
- Fazli, M., et al. The CRP/FNR family protein Bcam1349 is a c-di-GMP effector that regulates biofilm formation in the respiratory pathogen Burkholderia cenocepacia. Molecular Microbiology. 82, 327-341 (2011).
- Hickman, J. W., Harwood, C. S. Identification of FleQ from Pseudomonas aeruginosa as a c-di-GMP-responsive transcription factor. Molecular Microbiology. 69, 376-389 (2008).
- Sudarsan, N., et al. Riboswitches in eubacteria sense the second messenger cyclic di-GMP. Science. 321, 411-413 (2008).
- Lenz, T., et al. Profiling of methyltransferases and other S-adenosyl-L-homocysteine-binding Proteins by Capture Compound Mass Spectrometry (CCMS). J Vis Exp. , (2010).
- Köster, H., et al. Capture compound mass spectrometry: a technology for the investigation of small molecule protein interactions. Assay Drug Dev Technol. 5, 381-390 (2007).
- Düvel, J., et al. A chemical proteomics approach to identify c-di-GMP binding proteins in Pseudomonas aeruginosa. Journal of Microbiological Methods. 88, 229-236 (2012).
- Christen, B., et al. Allosteric control of cyclic di-GMP signaling. J. Biol. Chem. 281, 32015-32024 (2006).
- Balasubramanian, D., Mathee, K. Comparative transcriptome analyses of Pseudomonas aeruginosa. Human genomics. 3, 349-361 (2009).
- Smyth, G. K. Linear models and empirical bayes methods for assessing differential expression in microarray experiments. Stat Appl Genet Mol Biol. 3 (3), (2004).
- Baraquet, C., Harwood, C. S. Cyclic diguanosine monophosphate represses bacterial flagella synthesis by interacting with the Walker A motif of the enhancer-binding protein FleQ. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 18478-18483 (2013).
- Nesper, J., Reinders, A., Glatter, T., Schmidt, A., Jenal, U. A novel capture compound for the identification and analysis of cyclic di-GMP binding proteins. J Proteomics. 75, 4874-4878 (2012).
- Roelofs, K. G., Wang, J., Sintim, H. O., Lee, V. T. Differential radial capillary action of ligand assay for high-throughput detection of protein-metabolite interactions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 15528-15533 (2011).
- DeSantis, K., Reed, A., Rahhal, R., Reinking, J. Use of differential scanning fluorimetry as a high-throughput assay to identify nuclear receptor ligands. Nuclear receptor signaling. 10, e002 (2012).
- Seidel, S. A., et al. Microscale thermophoresis quantifies biomolecular interactions under previously challenging conditions. Methods. 59, 301-315 (2013).
- Merighi, M., Lee, V. T., Hyodo, M., Hayakawa, Y., Lory, S. The second messenger bis-(3‘-5’)-cyclic-GMP and its PilZ domain-containing receptor Alg44 are required for alginate biosynthesis in Pseudomonas aeruginosa. Molecular Microbiology. 65, 876-895 (2007).
- Qi, Y., et al. Binding of cyclic diguanylate in the non-catalytic EAL domain of FimX induces a long-range conformational change. J. Biol. Chem. 286, 2910-2917 (2011).
