Summary

Vitro Tahlil Fosfatidiletanolamin Metiltransferaz Aktivite Tedbir

Published: January 05, 2016
doi:

Summary

The present report describes an in vitro enzymatic assay to measure phosphatidylethanolamine methyltransferase activity using Leishmania cell extracts. This assay is based on the transfer of a radioactive methyl group from S-[Methyl-3H]adenosyl-L-methionine onto endogenous phosphatidylethanolamine.

Abstract

Phosphatidylethanolamine methyltransferases are biosynthetic enzymes that catalyze the transfer of one or more methyl group(s) from S-adenosyl-L-methionine onto phosphatidylethanolamine, monomethyl-phosphatidylethanolamine, or dimethyl-phosphatidylethanolamine to give either monomethyl-phosphatidylethanolamine, dimethyl-phosphatidylethanolamine or phosphatidylcholine. These enzymes are ubiquitous in animal cells, fungi, and are also found in approximately 10% of bacteria. They fulfill various important functions in cell physiology beyond their direct role in lipid metabolism such as in insulin resistance, diabetes, atherosclerosis, cell growth, or virulence. The present manuscript reports on a simple cell-free enzymatic assay that measures the transfer of tritiated methyl group(s) from S-[Methyl-3H]adenosyl-L-methionine onto phosphatidylethanolamine using whole cell extracts as an enzyme source. The resulting methylated forms of phosphatidylethanolamine are hydrophobic and thus, can be separated from water soluble S-[Methyl-3H]adenosyl-L-methionine by organic extraction. This assay can potentially be applied to any other cell types and used to test inhibitors/drugs specific to a phosphatidylethanolamine methyltransferase of interest without the need to purify the enzyme.

Introduction

Fosfatidiletanolamin metiltransferaz (PEMT) PEMT enzimler monometil-PE, dimetil-PE ve / veya vermek için PE, monometil-PE veya dimetil-PE üzerine metil grubu donörü S -adenosylmethionine (SAM) ile bir veya daha fazla metil grubu kovalent bağlanmasını katalize eden bir fosfatidilkolin (PC). Bu enzimler, hayvan hücreleri ve mantarlar hemen hemen her zaman görülmektedir. Ayrıca, bazı bitkilerin 1 ve bakterilerin yaklaşık% 10, ökaryotlarda 2 ile etkileşim özellikle bulunabilir.

PEMTs değil, aynı zamanda diğer önemli hücresel fonksiyonları yerine getirerek hayvan hücrelerinde ana lipid sınıf PC, üretimine katkıda bulunarak hücre biyolojisine alakalı. Memelilerde, PEMTs esas olarak çok düşük yoğunluklu lipoprotein normalin üzerinde bir salgılama için gerekli olan karaciğer olarak ifade edilmiştir ve ayrıca diyet indükte obeziteye 3, ateroskleroz 4 katkıda bulunur ve insülin karşıance 5. Buna ek olarak, bir memeli PEMT da her ne kadar düşük seviyelere, adipositler ile ifade edilmiştir ve yağ depolanması 6, 7 katılırlar. Kanser gelişimi 8, 9 apoptoz ve hücre büyümesi 10'da PEMT rolü de ortaya konmuştur. Bakterilerde PEMT enzimler ana bitki 11, normal hücre çoğalması 2, virülans 2 ve simbiyoz için önemli olduğu gösterilmiştir.

Mevcut protokolün amacı ve gerekçesi enzimi arındırmak gerek kalmadan bütün hücre ekstrelerinden PEMT aktivitesini ölçmektir. İki farklı protokoller PEMT aktivitesini ölçmek için, geliştirilmiştir. İlk ve en yaygın olanı, bu makalenin konusu olan PE, üzerine radyoaktif SAM trityumlu metil grubunun transferini ölçer. Bu protokol, ilk olarak bir underst elde etmek için maya 12 ve memeli hücrelerinde (karaciğer) 13 den PEMT aktivitesini ölçmek için, geliştirilmiştirBu hücrelerde PC biyosentezinin anding yanı sıra, bu enzim özgüllüğünü belirlemek için. Daha sonra, bu teknik ve tek hücreli parazitlerin 14 (15 olsa deneyi için bir bazik pH değeri kullanılarak) bu tür bakteri 2 gibi diğer hücre tiplerinde uygulanmıştır. Bu teknik, bütün hücre hülasaları hem de saflaştırılmış enzim ile birlikte kullanılabilir ve potansiyel olarak herhangi bir hücre ekstresi sistemine uygulanabilir. Olmayan bir radyoaktif deneyi de S -adenosylhomocysteine, SAM 16 metillenmenin ürünün enzimatik miktarının dayandığı dizayn edilmiştir. Bu radyoaktivite içermeyen olarak ikinci deney daha uygun olabilir ancak saflaştınldı enzimler için uygundur.

Protocol

1. Hücre Özüt Hazırlama 20 mM HEPES pH7.4, 100 U / ml penisilin / ml streptomisin, 5 ug / ml heme 100 ug ile takviye edilmiş M199 1 x yapılmış bir ortam içinde 26 ° C 'de hava geçirmez kapak ile sızdırmaz steril plastik şişe Leishmania hücreleri büyümek çalkalamadan, 0.35 g / L NACO 2H, 0.1 mM adenin, ve 2 ug / ml biopterin. Bunlar 1-2 x 10 7 / ml'lik bir hücre yoğunluğuna ulaştığında 4 ° C 'de 5 dakika süre ile 1500 g'de santrifüje e…

Representative Results

Şekil 1, bir alt-tabaka olarak endojen PE kullanılarak, bir enzim kaynağı olarak Leishmania bütün hücre ekstresi ile gerçekleştirildiği zamana bağlı PEMT deneyi göstermektedir. Organik faz içinde radyoaktivite miktarı, sintilasyon sayımı ile nicelendirildi. Elde edilen PE numaraları üzerine transfer tritiye metil gruplarının miktarını hesaplamak için kullanıldı. PEMT aktivitesi yaklaşık 20 dakika boyunca doğrusal olmuştur. Daha sonr…

Discussion

Bu basit, pratik PEMT tahlil, bir protein kaynağı olarak bütün hücre ekstresi kullanarak PE üzerine SAM radyoaktif metil gruplarının transferi sonucu PE metillenmiş formlarının ölçümü sağlar. Bu, hızlı, hassas ve tekrarlanabilir ve saflaştırılmış enzimler 17 için de uygundur. Ilgi metiltransferaz yerine PE 12,13,18,19 daha Bu yüzeylerde özgü olup olmadığını monometil veya dimetil-PE tahlilinde eklenebilir. Saflaştınldı PEMT enzim kullanılırsa, PE tahlilinde eklen…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by NIH grants ARRA RO3 AI078145 and 1SC3GM113743 to RZ.

Materials

S-[Methyl-3H]adenosyl-L-methionine (specific activity of 5-15 Ci/mMole) Perkin Elmer NET155050UC Aliquot the reagent and freeze at -20 °C; follow radiation safety guidelines while using this reagent
Protease inhibitor cocktail Roche Life Sciences 11836170001 dilute it fresh 
Glass beads, acid washed, 425-600 mm Sigma Aldrich G8772
Bicinchoninic acid solution Sigma Aldrich B9643
Copper (II) sulfate Sigma Aldrich C2284
Scintillation counter MicroBeta2 with 1-detector Perkin Elmer  2450-0010
Spectrophotometer Biomate 3 Thermo Scientific 840208300
BSA stock solution (10 mg/ml) New England Biolabs B9001S
Scintillation liquid  Research Product International Corp 111198
S-(5'-Adenosyl)-L-methionine chloride (hydrochloride)  Cayman Chemicals 13956 dilute the reagent in 20 mM HCl and freeze aliquots at -80 °C 

References

  1. Keogh, M. R., Courtney, P. D., Kinney, A. J., Dewey, R. E. Functional characterization of phospholipid N-.methyltransferases from Arabidopsis and soybean. J Biol Chem. 284 (23), 15439-15447 (2009).
  2. Geiger, O., Lopez-Lara, I. M., Sohlenkamp, C. Phosphatidylcholine biosynthesis and function in bacteria. Biochim Biophys Acta. 1831 (3), 503-513 (2013).
  3. Gao, X., et al. Decreased lipogenesis in white adipose tissue contributes to the resistance to high fat diet-induced obesity in phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase-deficient mice. Biochim Biophys Acta. 1851 (2), 152-162 (2015).
  4. Zhao, Y., et al. Lack of phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase alters plasma VLDL phospholipids and attenuates atherosclerosis in mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 29 (9), 1349-1355 (2009).
  5. Vance, D. E. Phospholipid methylation in mammals: from biochemistry to physiological function. Biochim Biophys Acta. 1838 (6), 1477-1487 (2014).
  6. Nishimaki-Mogami, T., Suzuki, K., Takahashi, A. The role of phosphatidylethanolamine methylation in the secretion of very low density lipoproteins by cultured rat hepatocytes: rapid inhibition of phosphatidylethanolamine methylation by bezafibrate increases the density of apolipoprotein B48-containing lipoproteins. Biochim Biophys Acta. 1304 (1), 21-31 (1996).
  7. Noga, A. A., Zhao, Y., Vance, D. E. An unexpected requirement for phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase in the secretion of very low density lipoproteins. J Biol Chem. 277 (44), 42358-42365 (2002).
  8. Li, D., et al. Epigenetic repression of phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase (PEMT) in BRCA1-mutated breast cancer. Oncotarget. 5 (5), 1315-1325 (2014).
  9. Cui, Z., Houweling, M., Vance, D. E. Suppression of rat hepatoma cell growth by expression of phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase-2. J Biol Chem. 269 (40), 24531-24533 (1994).
  10. Cui, Z., Shen, Y. J., Vance, D. E. Inverse correlation between expression of phosphatidylethanolamine.N-.methyltransferase-2 and growth rate of perinatal rat livers. Biochim Biophys Acta. 1346 (1), 10-16 (1997).
  11. Minder, A. C., de Rudder, K. E., Narberhaus, F., Fischer, H. M., Hennecke, H., Geiger, O. Phosphatidylcholine levels in.Bradyrhizobium japonicum. membranes are critical for an efficient symbiosis with the soybean host plant. Mol Microbiol. 39 (5), 1186-1198 (2001).
  12. Kodaki, T., Yamashita, S. Yeast phosphatidylethanolamine methylation pathway. Cloning and characterization of two distinct methyltransferase genes. J Biol Chem. 262 (32), 15428-15435 (1987).
  13. Tanaka, Y., Amano, F., Maeda, M., Nishijima, M., Akamatsu, Y. Purification and properties of phosphatidyl-N-.monomethylethanolamine N-.methyltransferase, the enzyme catalyzing the second and the third steps in the phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase system, from mouse liver microsomes. Jpn J Med Sci Biol. 43 (3), 59-73 (1990).
  14. Bibis, S. S., Dahlstrom, K., Zhu, T., Zufferey, R. Characterization of Leishmania major phosphatidylethanolamine methyltransferases LmjPEM1 and LmjPEM2 and their inhibition by choline analogs. Mol Biochem Parasitol. 196 (2), 90-99 (2014).
  15. deRudder, K. E., Thomas-Oates, J. E., Geiger, O. Rhizobium meliloti. mutants deficient in phospholipid N-.methyltransferase still contain phosphatidylcholine. J Bacteriol. 179 (22), 6921-6928 (1997).
  16. Aktas, M., Narberhaus, F. In vitro characterization of the enzyme properties of the phospholipid N-.methyltransferase PmtA from Agrobacterium tumefaciens. J Bacteriol. 191 (7), 2033-2041 (2009).
  17. Ridgway, N. D., Vance, D. E. Phosphatidylethanolamine N-.methyltransferase from rat liver. Methods Enzymol. 209, 366-374 (1992).
  18. Gaynor, P. M., Carman, G. M. Phosphatidylethanolamine methyltransferase and phospholipid methyltransferase activities from Saccharomyces cerevisiae. Enzymological and kinetic properties. Biochim Biophys Acta. 1045 (2), 156-163 (1990).
  19. Arondel, V., Benning, C., Somerville, C. R. Isolation and functional expression in Escherichia coli. of a gene encoding phosphatidylethanolamine methyltransferase (EC 2.1.1.17) from Rhodobacter sphaeroides. J Biol Chem. 268 (21), 16002-16008 (1993).
  20. Wessel, M., Klusener, S., Godeke, J., Fritz, C., Hacker, S., Narberhaus, F. Virulence of Agrobacterium tumefaciens. requires phosphatidylcholine in the bacterial membrane. Mol Microbiol. 62 (3), 906-915 (2006).
  21. Klusener, S., Aktas, M., Thormann, K. M., Wessel, M., Narberhaus, F. Expression and physiological relevance of Agrobacterium tumefaciens. phosphatidylcholine biosynthesis genes. J Bacteriol. 191 (1), 365-374 (2009).
  22. Henderson, D. M., et al. Cloning of the gene encoding Leishmania donovani.S.-adenosylhomocysteine hydrolase, a potential target for antiparasitic chemotherapy. Mol Biochem Parasitol. 53 (1-2), 169-183 (1992).
  23. Koszalka, G. W., Krenitsky, T. A., Nyhan, W. L., Thompson, L. F., Watts, R. W. E. 5'-Methylthioadenosine (MTA) phosphorylase from promastigote of Leishmania donovani. Purine and Pyrimidine Metabolism in Man V, Adv Exp Med Biol. 131, 559-563 (1986).
  24. Biastoff, S., Teuber, M., Zhou, Z. S., Dräger, B. Colorimetric activity measurement of a recombinant putrescine N.-methyltransferase from Datura stramonium. Planta Med. 72 (12), 1136-1141 (2006).
  25. Hendricks, C. L., Ross, J. R., Pichersky, E., Noel, J. P., Zhou, Z. S. An enzyme-coupled colorimetric assay for S.-adenosylmethionine-dependent methyltransferases. Anal Biochem. 326 (1), 100-105 (2004).
  26. Cannon, L. M., Butler, F. N., Wan, W., Zhou, Z. S. A stereospecific colorimetric assay for (S.,S.)-adenosylmethionine quantification based on thiopurine methyltransferase-catalyzed thiol methylation. Anal Biochem. 308 (2), 358-363 (2002).
  27. Hoffman, J. L. Chromatographic analysis of the chiral and covalent instability of S.-adenosyl-L-methionine. Biochemistry. 25 (15), 4444-4449 (1986).
  28. Wu, S. E., Huskey, W. P., Borchardt, R. T., Schowen, R. L. Chiral instability at sulfur of S.-adenosylmethionine. Biochemistry. 22 (12), 2828-2832 (1983).
  29. Dorgan, K. M., et al. An enzyme-coupled continuous spectrophotometric assay for S.-adenosylmethionine-dependent methyltransferases. Anal Biochem. 350 (2), 249-255 (2006).
check_url/53302?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Zufferey, R. In Vitro Assay to Measure Phosphatidylethanolamine Methyltransferase Activity. J. Vis. Exp. (107), e53302, doi:10.3791/53302 (2016).

View Video