Summary

ölçme<em> İn Vitro</emEnzimatik Karakterizasyonu için> ATPaz Aktivitesi

Published: August 23, 2016
doi:

Summary

We describe a basic protocol for quantitating in vitro ATPase activity. This protocol can be optimized based on the level of activity and requirements for a given purified ATPase.

Abstract

ATP-hidrolize edici enzimler ya da ATPaz, hücresel fonksiyonların çeşitli bir dizi çok önemli bir rol oynar. Bu dinamik proteinler, protein kaçakçılığı ve yıkımı, madde geçişinde ve hücresel hareketler gibi mekanik çalışmaları için enerji üretebilir. Burada açıklanan protokol fonksiyonel karakterizasyon için saflaştınldı ATPazların in vitro aktivitesini ölçmek için basit bir testtir. Proteinler, inorganik fosfat serbest sonuçlanan bir reaksiyon ATP hidroliz ve serbest fosfat miktarının bir kolorimetrik tahlil kullanılarak hesaplanır. Bu son derece uyumlu bir protokol kinetik ve bitiş noktası deneylerinde ATPaz aktivitesini ölçmek için ayarlanabilir. Temsili bir protokol aktivitesi ve Epse gereklerine göre burada sağlanan, AAA + ATPaz bakterisinin Vibrio cholerae Tip II salgılanması yer. aktivitesini ölçmek için ihtiyaç duyulan pürifiye protein miktarı, tayinin uzunluğu ve SA zamanlaması ve sayısımpling aralıkları, tampon ve tuzlu bileşim olup, sıcaklık, ko-faktörler, uyarıcı (eğer varsa) gibi burada açıklanan farklı olabilir, ve bu nedenle bazı optimizasyon gerekli olabilir. Bu protokol karakterize ATPaz'ları için temel bir çerçeve sağlar ve hızlı bir şekilde gerçekleştirilir ve kolay gerektiğinde ayarlanabilir.

Introduction

ATPases are integral enzymes in many processes across all kingdoms of life. ATPases act as molecular motors that use the energy of ATP hydrolysis to power such diverse reactions as protein trafficking, unfolding, and assembly; replication and transcription; cellular metabolism; muscle movement; cell motility; and ion pumping1-3. Some ATPases are transmembrane proteins involved in transporting solutes across membranes, others are cytoplasmic and may be associated with a biological membrane such as the plasma membrane or those of organelles.

AAA+ ATPases (ATPases associated with various cellular activities) make up a large group of ATPases that share some sequence and structural conservation. These proteins contain conserved nucleotide binding motifs such as Walker-A and -B boxes and form oligomers (generally hexamers) in their active state1. Large conformational changes in these proteins upon nucleotide binding have been characterized among diverse members of the AAA+ family. EpsE is a AAA+ ATPase and member of the bacterial Type II/IV secretion subfamily of NTPases4-6. EpsE powers Type II Secretion (T2S) in Vibrio cholerae, the causative agent of cholera. The T2S system is responsible for the secretion of a wide variety of proteins, such as the virulence factor cholera toxin that causes profuse watery diarrhea when V. cholerae colonizes the human small intestine7.

Techniques for quantitating in vitro ATPase activity are varied, but commonly measure phosphate release using colorimetric, fluorescent, or radioactive substrates8-11. We describe a basic method for determining in vitro ATPase activity of purified proteins using a colorimetric assay based on a commercially available malachite green-containing substrate that measures liberated inorganic phosphate (Pi). At low pH, malachite green molybdate forms a complex with Pi and the level of complex formation can be measured at 650 nm. This simple and sensitive assay may be used to functionally characterize new ATPases and to evaluate the roles of potential activators or inhibitors, to determine the importance of domains and/or specific residues, or to assess the effect of particular treatments on enzymatic activity.

Protocol

1. Saflaştırılmış proteinin ATP hidroliz reaksiyonu gerçekleştirme Saf Protein Kuluçka İçin Gerekli Tüm Reaktifler stokları hazırlayın. 100 mM HEPES pH 8.5, 65 mM NaCl ve% 5 gliserol (veya başka bir deney tamponu gibi uygun olduğunda) içeren 5x HEPES / NaCl / gliserol (KŞÇ) tamponu hazırlayın. Su (ATPaz metal bağımlı olup olmadığını, ya da başka metal), 100 mM MgCl2 hazırlayın. yüksek saflıkta ATP kullanılarak (daha fazla pH ayarı yokt…

Representative Results

T2S ATPaz EPSE in vitro aktivitesi sitoplazmik EpsL (EPSE-cytoEpsL) alanında ve asidik fosfolipid kardiyolipin 12 ilavesi ile EPSE bölgesinin copurification ile stimüle edilebilir. Deney kullanılarak protein varyant formlarının vahşi tip (WT) etkinliğinin kıyaslanmasıyla ATP hidroliz özellikle EPSE kalıntılarının rolü belirlemek için de mümkündür. Burada, EPSE, çinko bağlayıcı alan olarak iki lisin artığına ikame etkisi EPSE K417AK419A-cytoE…

Discussion

Bu biyokimyasal karakterizasyonu için saflaştırılmış proteinlerin in vitro ATPaz aktivitesi ölçüm için genel bir protokoldür. Bu yöntem kolayca optimize edilmiştir; Örneğin protein, tampon ve tuzlu bileşimlerinde, sıcaklık ve deney uzunluğu ve değişken (aralıklarının toplam sayısını da dahil olmak üzere), aralıklarla miktarının ayarlanması aktivitesi kantitatif artırabilir. Ticari olarak temin edilebilen malakit yeşili bazlı reaktifler oldukça duyarlıdır, ve fosfat…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge funding from a National Institutes of Health grant RO1AI049294 (to M. S.).

Materials

HEPES buffer Fisher BP310-500
Sodium chloride Fisher BP358-212
Magnesium chloride Fisher BP214-500
Adenosine triphosphate (ATP) Fisher BP41325
96-well plates (clear, flat-bottom) VWR 82050-760
BIOMOL Green Enzo Life Sciences BML-AK111 Preferred phosphate detection reagent. Caution: irritant.
Microplate reader BioTek Synergy or comparable
Prism 5 GraphPad Software

References

  1. Hanson, P. I., Whiteheart, S. W. AAA+ proteins: have engine, will work. Nat Rev Mol Cell Biol. 6 (7), 519-529 (2005).
  2. Baker, T. A., Sauer, R. T. ClpXP, an ATP-powered unfolding and protein-degradation machine. Biochimica et Biophysica Acta. 1823 (1), 15-28 (2012).
  3. Maxson, M. E., Grinstein, S. The vacuolar-type H+-ATPase at a glance – more than a proton pump. J Cell Sci. 127 (23), 4987-4993 (2014).
  4. Planet, P. J., Kachlany, S. C., DeSalle, R., Figurski, D. H. Phylogeny of genes for secretion NTPases: Identification of the widespread tadA subfamily and development of a diagnostic key for gene classification. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (5), 2503-2508 (2001).
  5. Robien, M. A., Krumm, B. E., Sandkvist, M., Hol, W. G. J. Crystal Structure of the Extracellular Protein Secretion NTPase EpsE of Vibrio cholerae. J Mol Biol. 333 (3), 657-674 (2003).
  6. Camberg, J. L., Sandkvist, M. Molecular analysis of the Vibrio cholerae type II secretion ATPase EpsE. J Bacteriol. 187 (1), 249-256 (2005).
  7. Sandkvist, M. Type II secretion and pathogenesis. Infect Immun. 69 (6), 3523-3535 (2001).
  8. Brune, M., Hunter, J. L., Corrie, J. E. T., Webb, M. R. Direct, Real-time measurement of rapid inorganic phosphate release using a novel fluorescent probe and its application to actomyosin subfragment 1 ATPase. Biochemistry. 33 (27), 8262-8271 (1994).
  9. Carter, S. G., Karl, D. W. Inorganic phosphate assay with malachite green: An improvement and evaluation. J Biochem Biophys Methods. 7 (1), 7-13 (1982).
  10. Henkel, R. D., VandeBerg, J. L., Walsh, R. A. A microassay for ATPase. Anal Biochem. 169 (2), 312-318 (1988).
  11. Harder, K. W., Owen, P., Wong, L. K. H., Aebersold, R., Clark-Lewis, I., Jirik, F. R. Characterization and kinetic analysis of the intracellular domain of human protein tyrosine phosphatase β (HPTP β) using synthetic phosphopeptides. Biochem J. 298 (2), 395-401 (1994).
  12. Camberg, J. L., Johnson, T. L., Patrick, M., Abendroth, J., Hol, W. G., Sandkvist, M. Synergistic stimulation of EpsE ATP hydrolysis by EpsL and acidic phospholipids. EMBO J. 26 (1), 19-27 (2006).
  13. McLaughlin, S. H., Smith, H. W., Jackson, S. E. Stimulation of the weak ATPase activity of human Hsp90 by a client protein. J Mol Biol. 315 (4), 787-798 (2002).
  14. Shiue, S., Kao, K., Leu, W., Chen, L., Chan, N., Hu, N. XpsE oligomerization triggered by ATP binding, not hydrolysis, leads to its association with XpsL. EMBO J. 25 (7), 1426-1435 (2006).
  15. Ghosh, A., Hartung, S., van der Does, C., Tainer, J. A., Albers, S. V. Archaeal flagellar ATPase motor shows ATP-dependent hexameric assembly and activity stimulation by specific lipid binding. Biochem J. 437 (1), 43-52 (2011).
  16. Savvides, S. N., et al. VirB11 ATPases are dynamic hexameric assemblies: new insights into bacterial type IV secretion. EMBO J. 22 (9), 1969-1980 (2003).
  17. Sanghera, J., Li, R., Yan, J. Comparison of the luminescent ADP-Glo assay to a standard radiometric assay for measurement of protein kinase activity. Assay Drug Dev Techn. 7 (6), 615-622 (2009).
  18. Sherman, D. J., et al. Decoupling catalytic activity from biological function of the ATPase that powers lipopolysaccharide transport. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (13), 4982-4987 (2014).
  19. Zhang, X., et al. Altered cofactor regulation with disease-associated p97/VCP mutations. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (14), E1705-E1714 (2015).
  20. Rowlands, M. G., Newbatt, Y. M., Prodromou, C., Pearl, L. H., Workman, P., Aherne, W. High-throughput screening assay for inhibitors of heat-shock protein 90 ATPase activity. Anal Biochem. 327 (2), 176-183 (2004).
check_url/54305?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Rule, C. S., Patrick, M., Sandkvist, M. Measuring In Vitro ATPase Activity for Enzymatic Characterization. J. Vis. Exp. (114), e54305, doi:10.3791/54305 (2016).

View Video