Co-immunoprecipitation Assay met behulp van endogene nucleaire eiwitten uit cellen gekweekt onder hypoxische voorwaarden
Summary
Hier beschrijven we een co-immunoprecipitation protocol om te bestuderen van de eiwit-eiwit interactie tussen endogene nucleaire eiwitten hypoxische omstandigheden. Deze methode is geschikt voor de demonstratie van de interacties tussen transcriptiefactoren en transcriptionele co regelgevers op hypoxie.
Abstract
Lage zuurstofniveaus (hypoxie) leiden tot een verscheidenheid van adaptieve reacties met de hypoxie-afleidbare factor 1 (HIF-1) complexe fungeert als een meester regulator. HIF-1 bestaat uit een heterodimeric zuurstof-gereglementeerde α subeenheid (HIF-1α) en constitutively uitgedrukt β subeenheid (HIF-1β) ook bekend als aryl koolwaterstof receptor nucleaire translocator (ARNT), regulering van de genen die betrokken zijn bij verschillende processen, met inbegrip van angiogenese , Erytropoëse en glycolyse. De identificatie van HIF-1 interacterende eiwitten is de sleutel tot het begrip van de signalering traject hypoxie. Naast de regulering van de HIF-1α stabiliteit leidt hypoxie ook tot de nucleaire translocatie van vele transcriptiefactoren waaronder HIF-1α en ARNT. Met name, zijn de meeste van de huidige methoden gebruikt bij het bestuderen van deze eiwit-eiwitinteractie (PPIs) gebaseerd op systemen waar eiwitniveaus kunstmatig worden verlengd door middel van eiwit overexpressie. Eiwit overexpressie vaak leidt tot niet-fysiologische resultaten die voortvloeien uit de temporele en ruimtelijke artefacten. Hier beschrijven we een gemodificeerde co-immunoprecipitation protocol na hypoxie behandeling met behulp van endogene nucleaire eiwitten, en als een proof of concept, om te laten zien van de interactie tussen HIF-1α en ARNT. In dit protocol, de hypoxische cellen zijn geoogst hypoxische omstandigheden en van de Dulbecco zoute Phosphate-Buffered (DPBS) was buffer was ook vooraf equilibrated hypoxische voorwaarden vóór gebruik ter vermindering van de aantasting van het proteïne of eiwit complex Dissociatie tijdens heroxygenatie. Daarnaast werden de nucleaire breuken vervolgens gehaald om te concentreren en het stabiliseren van de endogene nucleaire eiwitten en het voorkomen van mogelijke valse resultaten vaak gezien tijdens eiwit overexpressie. Dit protocol kan worden gebruikt om aan te tonen van endogene en inheemse interacties tussen transcriptiefactoren en transcriptionele co regelgevers hypoxische omstandigheden.
Introduction
Hypoxie treedt op wanneer onvoldoende zuurstof aan de cellen en weefsels van het lichaam wordt geleverd. Het speelt een cruciale rol in verschillende fysiologische en pathologische processen zoals stamcel differentiatie, ontsteking en kanker1,2. Hypoxie-afleidbare factoren (HIFs) fungeren als heterodimers samengesteld uit een zuurstof-gereglementeerde α subeenheid en een constitutively uitgedrukt β-subunit ook bekend als ARNT3. Drie isoforms van de HIF-α-subunits (HIF-1α, HIF-2α en HIF-3α) en drie HIF-β-subunits (ARNT/HIF-1β, ARNT2 en ARNT3) zijn tot nu toe geïdentificeerd. HIF-1α en ARNT worden overal uitgedrukt, overwegende dat de HIF-2α HIF-3α, ARNT2 en ARNT3 hebben meer expressie patronen4beperkt. De HIF-1 eiwit complex is de belangrijke regulator van de reactie van hypoxie. Hypoxische omstandigheden HIF-1α wordt gestabiliseerd, vervolgens translocates op de nucleus en dimerizes met ARNT5. Vervolgens dit complex wordt gebonden aan bepaalde nucleotiden hypoxie responsieve elementen (HREs) genoemd en regelt de uitdrukking van de doelgenen die betrokken zijn bij verschillende processen, met inbegrip van angiogenese, Erytropoëse en glycolyse6. Naast deze “canonieke” reactie, de signalering traject van hypoxie is ook bekend Overspraak met meerdere cellulaire respons op de signalering van studierichtingen zoals de Inkeping en Nuclear Factor-kappa B (NF-recombination)7,8,9.
De identificatie van roman HIF-1 interacterende eiwitten is belangrijk voor een beter begrip van de signalering traject hypoxie. In tegenstelling tot ARNT, die ongevoelig voor zuurstofniveaus en constitutively uitgedrukt is, worden de HIF-1α eiwitniveaus strak gereguleerd door cellulaire zuurstofniveaus. Normoxia (21% zuurstof) zijn HIF-1α proteïnen snel aangetaste10,11. De korte halfwaardetijd van HIF-1α op normoxia biedt specifieke technische uitdagingen voor de detectie van het eiwit uit cel extracten, alsook voor de identificatie van eiwitten HIF-1α-interactie. Bovendien translocate verschillende transcriptiefactoren met inbegrip van die van het complex HIF-1 in de kern onder hypoxische voorwaarden12,13,14. De meeste van de huidige methoden voor PPI studies worden uitgevoerd met behulp van niet-fysiologische overexpressie van eiwitten. De overexpressie van dergelijke eiwitten is gemeld aan de verschillende cellulaire defecten veroorzaken door meerdere mechanismen, met inbegrip van resource overbelasting, stoichiometrische onbalans, promiscue interacties en traject modulatie15,16. In termen van PPI studies, kan eiwit overexpressie leiden tot valse positieve, of zelfs valse negatief, resultaten, afhankelijk van de eigenschappen van de eiwitten en de functies van de overexpressie eiwitten. Daarom moeten de huidige methoden voor PPI studies worden gewijzigd om te onthullen het fysiologisch relevante PPIs onder hypoxische voorwaarden. Wij hebben eerder aangetoond dat de interactie tussen HIF-1 en de familie transcriptiefactor Ets GA-bindend-proteïne (GABP) in hypoxische P19 cellen, die tot de reactie van de Hes1 -promotor op hypoxie17 bijdraagt. Hier beschrijven we een co-immunoprecipitation protocol om te studeren van PPIs tussen endogene nucleaire eiwitten hypoxische omstandigheden. De interactie tussen HIF-1α en ARNT wordt weergegeven als een proof of concept. Dit protocol is geschikt voor het aantonen van de interacties tussen transcriptiefactoren en transcriptionele co regelgevers hypoxische voorwaarden, met inbegrip van maar niet beperkt tot de identificatie van HIF-1 interacterende eiwitten.
Protocol
Representative Results
Discussion
De HIF-1-complex is een meester regulator van cellulaire zuurstof homeostase en regelt een overvloed van genen die betrokken zijn bij verschillende cellulaire adaptieve reacties op hypoxie. Identificatie van nieuwe HIF-1 interacterende eiwitten is belangrijk voor het begrijpen van hypoxische signaaltransductie. Co-immunoprecipitation experimenten worden vaak gebruikt voor PPIs studies af te bakenen Cellulaire signaaltransductie trajecten. Echter, eiwit overexpressie is nog steeds veel gebruikt en dit kan leiden tot exper…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Assoc. Prof. Sin Tiong Ong voor het gebruik van het werkstation van hypoxie. Dit werk werd ondersteund door de volgende: Singapore ministerie van onderwijs, MOE 1T1-02/04 en MOE2015-T2-2-087 (naar Y.A.), Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University start-up subsidie M4230003 (P.O.B.), de Zweedse Raad voor onderzoek, de Familie Erling Persson Stichting, de Novo Nordisk Stichting, de Stichting af Jochnick Foundation, de Zweedse vereniging van de Diabetes, de verzekeringsmaatschappij Scandia, het onderzoek naar Diabetes en Wellness Foundation, ligplaats von Kantzow van de Stichting, de Strategische onderzoeksprogramma in Diabetes op Karolinska Institutet, de ERC ERC-2013-AdG-338936-Betalmage, en de Knut en Alice Wallenberg Foundation.
Materials
| Material | |||
| 1.0 M Tris-HCl Buffer, pH 7.4 | 1st BASE | 1415 | |
| Protein A/G Sepharose beads | Abcam | ab193262 | |
| Natural Mouse IgG protein | Abcam | ab198772 | |
| EDTA | Bio-Rad | 1610729 | |
| 2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 1610737 | |
| 2-Mercaptoethanol | Bio-Rad | 1610710 | |
| Nitrocellulose Membrane | Bio-Rad | 1620112 | |
| Blotting-Grade Blocker | Bio-Rad | 1706404 | Non-fat dry milk for western blotting applications |
| 10x Tris Buffered Saline (TBS) | Bio-Rad | 1706435 | |
| 10% Tween 20 | Bio-Rad | 1610781 | |
| 10x Tris/Glycine/SDS | Bio-Rad | 1610732 | |
| 10x Tris/Glycine Buffer | Bio-Rad | 1610771 | |
| Precision Plus Protein Dual Color Standards | Bio-Rad | 1610374 | |
| Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling | 7074 | |
| Anti-mouse IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling | 7076 | |
| SignalFire ECL Reagent | Cell Signaling | 6883 | |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline | Corning | 21-030-CV | |
| Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Merck Millipore | 52332 | |
| ARNT/HIF-1 beta Antibody | Novus Biologicals | NB100-124 | Concentration: 1.4 mg/mL |
| HIF-1 alpha Antibody | Novus Biologicals | NB100-479 | Concentration: 1.0 mg/mL |
| YY1 Antibody | Novus Biologicals | NBP1-46218 | Concentration: 0.2 mg/mL |
| Qproteome Nuclear Protein Kit | Qiagen | 37582 | Lysis buffer NL and Extraction Buffer NX1 are provied in the kit |
| GAPDH Antibody | Santa Cruz | sc-47724 | Concentration: 0.2 mg/mL |
| Glycerol (≥99%) | Sigma | G5516 | |
| Potassium chloride | Sigma | P9541 | |
| RIPA buffer | Sigma | R0278 | |
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma | 71376 | |
| NP-40 | Sigma | 127087-87-0 | |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM, 4.5 g/L glucose) | Thermo Fisher Scientific | 11995065 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Thermo Fisher Scientific | R0861 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 10270106 | |
| HEK293A cell line | Thermo Fisher Scientific | R70507 | |
| Methanol | Thermo Fisher Scientific | 67-56-1 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Pierce Protease Inhibitor Tablets | Thermo Fisher Scientific | 88660 | |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
| QSP gel loading tip | Thermo Fisher Scientific | QSP#010-R204-Q-PK | 1-200 uL |
| Equipment/Instrument | |||
| Thick Blot Filter Paper, Precut, 7.5 x 10 cm | Bio-Rad | 1703932 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoresis Cell for Mini Precast Gels, with Mini Trans-Blot Module and PowerPac Basic Power Supply | Bio-Rad | 1658034 | |
| 4–15% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 4561083 | |
| ChemiDoc XRS+ System | Bio-Rad | 1708265 | |
| I-Glove | BioSpherix | I-Glove | |
| Synergy HTX Multi-Mode Microplate Reader | BioTek | BTS1LFTA | |
| Costar 5mL Stripette Serological Pipets | Corning | 4487 | |
| Costar 10mL Stripette Serological Pipets | Corning | 4488 | |
| Costar 25mL Stripette Serological Pipets | Corning | 4251 | |
| Corning 96-Well Clear Bottom Black Polystyrene Microplates | Corning | 3631 | |
| 15mL High Clarity PP conical Centrifuge Tubes | Corning | 352095 | |
| Small Cell Scraper | Corning | 3010 | |
| Gilson Pipetman L 4-pipettes kit | Gilson | F167370 | P2, P20, P200, P1000 and accessories |
| 1.5mL Polypropylene Microcentrifuge Tubes | Greiner Bio-One | 616201 | |
| PIPETBOY acu 2 Pipettor | INTEGRA Biosciences | 155 000 | |
| Justrite Flammable Liquid Storage Cabinets | Justrite Manufacturing Co. | 896000 | |
| Vortex mixer | Labnet | S0200 | |
| CO2 incubator | NuAire | NU-5820 | |
| Orbital shakers | Stuart | SSL1 | |
| Tube rotator SB3 | Stuart | SB3 | |
| MicroCL 21R Microcentrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002470 | |
| Sorvall ST 16 Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75004240 | |
| Tissue Culture Dishes (100 mm) | Thermo Fisher Scientific | 150350 | |
| Slide-A-Lyzer MINI Dialysis Device | Thermo Fisher Scientific | 69580 | 10K MWCO, 0.1 mL |
| Float Buoys for 0.1mL Slide-A-Lyzer MINI Dialysis Devices | Thermo Fisher Scientific | 69588 | |
| LSE Digital Dry Bath Heaters | Thermo Fisher Scientific | 1168H25 | |
| Thermo Scientific 1300 Series A2 Class II, Type A2 Bio Safety Cabinets | Thermo Fisher Scientific | 13-261-308 | |
| Software | |||
| Image Lab Software | Bio-Rad | 1709691 |
References
- Semenza, G. L. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell. 148 (3), 399-408 (2012).
- Bartels, K., Grenz, A., Eltzschig, H. K. Hypoxia and inflammation are two sides of the same coin. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (46), 18351-18352 (2013).
- Jiang, B. H., Rue, E., Wang, G. L., Roe, R., Semenza, G. L. Dimerization, DNA binding, and transactivation properties of hypoxia-inducible factor 1. J Biol Chem. 271 (30), 17771-17778 (1996).
- Semenza, G. L. HIF-1: mediator of physiological and pathophysiological responses to hypoxia. J Appl Physiol. 88 (4), 1474-1480 (2000).
- Kallio, P. J., et al. Signal transduction in hypoxic cells: Inducible nuclear translocation and recruitment of the CBP/p300 coactivator by the hypoxia-inducible factor-1alpha. EMBO J. 17 (22), 6573-6586 (1998).
- Ke, Q., Costa, M. Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1). Mol Pharmacol. 70 (5), 1469-1480 (2006).
- Gustafsson, M. V., et al. Hypoxia requires notch signaling to maintain the undifferentiated cell state. Dev Cell. 9 (5), 617-628 (2005).
- Zheng, X., et al. Interaction with factor inhibiting HIF-1 defines an additional mode of cross-coupling between the Notch and hypoxia signaling pathways. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (9), 3368-3373 (2008).
- D’Ignazio, L., Bandarra, D., Rocha, S. NF-kappaB and HIF crosstalk in immune responses. FEBS J. 283 (3), 413-424 (2016).
- Wang, G. L., Jiang, B. H., Rue, E. A., Semenza, G. L. Hypoxia-inducible factor 1 is a basic-helix-loop-helix-PAS heterodimer regulated by cellular O2 tension. Proc Natl Acad Sci U S A. 92 (12), 5510-5514 (1995).
- Zheng, X., et al. Cell-type-specific regulation of degradation of hypoxia-inducible factor 1 alpha: Role of subcellular compartmentalization. Mol Cell Biol. 26 (12), 4628-4641 (2006).
- Depping, R., et al. Nuclear translocation of hypoxia-inducible factors (HIFs): involvement of the classical importin alpha/beta pathway. Biochim Biophys Acta. 1783 (3), 394-404 (2008).
- Wei, H., et al. Hypoxia induces oncogene yes-associated protein 1 nuclear translocation to promote pancreatic ductal adenocarcinoma invasion via epithelial-mesenchymal transition. Tumour Biol. 39 (5), (2017).
- Chang, H. Y., et al. Hypoxia promotes nuclear translocation and transcriptional function in the oncogenic tyrosine kinase RON. Cancer Res. 74 (16), 4549-4562 (2014).
- Moriya, H. Quantitative nature of overexpression experiments. Mol Biol Cell. 26 (22), 3932-3939 (2015).
- Prelich, G. Gene overexpression: Uses, mechanisms, and interpretation. Genetics. 190 (3), 841-854 (2012).
- Zheng, X., et al. A Notch-independent mechanism contributes to the induction of Hes1 gene expression in response to hypoxia in P19 cells. Exp Cell Res. 358 (2), 129-139 (2017).
- Farris, M. H., Ford, K. A., Doyle, R. C. Qualitative and quantitative assays for detection and characterization of protein antimicrobials. J Vis Exp. (110), e53819 (2016).
- Chilov, D., et al. Induction and nuclear translocation of hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1): heterodimerization with ARNT is not necessary for nuclear accumulation of HIF-1alpha. J Cell Sci. 112 (Pt 8), 1203-1212 (1999).
- Yin, S., et al. Arylsulfonamide KCN1 inhibits in vivo glioma growth and interferes with HIF signaling by disrupting HIF-1alpha interaction with cofactors p300/CBP. Clin Cancer Res. 18 (24), 6623-6633 (2012).
- Holmquist-Mengelbier, L., et al. Recruitment of HIF-1alpha and HIF-2alpha to common target genes is differentially regulated in neuroblastoma: HIF-2alpha promotes an aggressive phenotype. Cancer Cell. 10 (5), 413-423 (2006).
- Koh, M. Y., Powis, G. Passing the baton: The HIF switch. Trends Biochem Sci. 37 (9), 364-372 (2012).
- Dumetz, A. C., Snellinger-O’brien, A. M., Kaler, E. W., Lenhoff, A. M. Patterns of protein protein interactions in salt solutions and implications for protein crystallization. Protein Sci. 16 (9), 1867-1877 (2007).
- Graven, K. K., Troxler, R. F., Kornfeld, H., Panchenko, M. V., Farber, H. W. Regulation of endothelial cell glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase expression by hypoxia. J Biol Chem. 269 (39), 24446-24453 (1994).
- Caradec, J., et al. Desperate house genes’: The dramatic example of hypoxia. Br J Cancer. 102 (6), 1037-1043 (2010).
