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GST pull-down方法尋找組蛋白去乙?;傅幕プ鞯鞍籽芯?/h1>
2018-04-02 06:56宮艷超張薈趙偉偉
天津化工 2018年1期
關(guān)鍵詞:乙?;?/a>緩沖液標(biāo)簽

宮艷超,張薈,趙偉偉

(天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與環(huán)境工程系,天津300402)

蛋白質(zhì)的翻譯后修飾與基因轉(zhuǎn)錄有著密切的關(guān)系,其中,蛋白質(zhì)的乙?;c去乙酰化修飾是由組蛋白去乙?;福℉DACs)和組蛋白乙酰化酶(HAT)協(xié)同調(diào)控的。它們通過(guò)調(diào)節(jié)賴氨酸殘基末端的電荷狀態(tài),改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能[1]。

目前,組蛋白去乙酰化酶根據(jù)其與酵母同源物被分為四種類型[2,3]。I型HDACs成員包括HDAC 1,HDAC 2,HDAC 3,HDAC 8,與酵母 Rpd3 同源,長(zhǎng)度是350~500個(gè)氨基酸,主要位于細(xì)胞核中;II型HDACs成員包括:IIa類,HDAC 4,HDAC 5,HDAC 7和 HDAC 9;IIb 類,HDAC 6 和 HDAC 10,與酵母Hda1同源;IV型成員主要包括HDAC11,主要是酶活中心與I型、II型不同,也是Zn2+依賴型的水解酶[4]。HDAC與多種人類重大疑難疾病密切相關(guān),包括癌癥、心臟疾病、神經(jīng)退行性疾病和自身免疫性疾病等[5]。

本研究選擇I類HDAC成員HDAC8作為研究對(duì)象,采用GST pull-down的方法尋找組蛋白去乙酰化酶的互作蛋白[6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中所用的HDAC8質(zhì)粒pGEX-6p-1-hHDAC8由實(shí)驗(yàn)室保存,用于質(zhì)粒擴(kuò)增的菌株E.coli trans 5α(DH 5α)感受態(tài)細(xì)胞和用于表達(dá)蛋白的菌株BL21(DE3)感受態(tài)細(xì)胞購(gòu)買于全式金生物技術(shù)有限公司,所用細(xì)胞株Hela細(xì)胞由實(shí)驗(yàn)室凍存。

1.2 儀器與試劑

Millipore型純水儀(蘇州賽恩斯儀器有限公司)、BS124S天平(德國(guó) Sartorius)、YC-2層析實(shí)驗(yàn)冷柜(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)、AKTA蛋白純化儀(通用醫(yī)療生命科學(xué)上海有限公司)、Hitrap Q離子交換柱(通用醫(yī)療生命科學(xué)上海有限公司)、Superdex 200分子篩柱(通用醫(yī)療生命科學(xué)上海有限公司)、還原型谷胱甘肽(上海生工生物工程有限公司)、氯化鈉(上海生工生物工程有限公司)、胰蛋白胨(上海生工生物工程有限公司)、酵母粉(上海生工生物工程有限公司)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 pGEX-6p-1-hHDAC8的表達(dá)純化

取20μL HDAC8蛋白甘油菌于5 mL含氨芐(100 mg/L LB)液體培養(yǎng)基中,37℃220 rpm振蕩培養(yǎng)12 h。次日將過(guò)夜培養(yǎng)菌加入1 L LB液體培養(yǎng)基(含氨芐 100 mg/L)中,于 37℃振蕩培養(yǎng),4~6 h后加入0.4 mM IPTG誘導(dǎo)表達(dá),繼續(xù)16℃培養(yǎng)18 h后收取菌體。取6 L收集好的溶解在平衡液中的菌體,待其解凍,在冰浴中超聲破碎40%功率,超4 s,停6 s,30 min,每隔10 min將菌液攪拌均勻,最后將超聲好的菌液放到高速離心管里,18000 rpm 4℃離心40 min,保留上清,棄去沉淀。

使用GST-HDAC8平衡緩沖液平衡GST柱三次,每次一到兩個(gè)柱體積,放于4℃。將高速所得的菌液上清流經(jīng)GST柱三遍,用高低鹽洗雜緩沖液進(jìn)行交替洗雜,取20 μL的洗雜液和80 μL的G250混合,直至G250不變藍(lán),洗雜結(jié)束,然后用2×GSH洗脫目的蛋白。取20 μL的洗脫液和80 μL的G250混合,直至G250不變藍(lán),洗脫結(jié)束,用10 KD的濃縮管將GST-HDAC8蛋白濃縮到小體積,備用。

離子交換層析(Hitrap Q柱),按系統(tǒng)操作執(zhí)行進(jìn)行洗泵,結(jié)束后將泵頭A、B分別放入到抽濾過(guò)的His-HDAC8離子交換低鹽緩沖液和GST-HDAC8離子交換高鹽緩沖液中。設(shè)置流速,接離子柱,高低鹽各處理離子柱三次,最后用緩沖液平衡離子柱。上樣,待樣品進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)后,將模式由Inject改為L(zhǎng)oad。用0%~50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GST-HDAC8離子交換高鹽緩沖液進(jìn)行梯度洗脫,1 mL/tube進(jìn)行適當(dāng)收集。SDS-PAGE跑膠鑒定。

凝膠過(guò)濾層析(Superdex 200),按系統(tǒng)操作執(zhí)行進(jìn)行洗泵,結(jié)束后將泵頭A、B放入到抽濾過(guò)的GST-HDAC8分子篩緩沖液中。設(shè)置流速,接柱,用GST-HDAC8分子篩緩沖液平衡Superdex 200。上樣,收集0.5 mL/tube。SDS-PAGE跑膠鑒定。

1.3.2 GST pull-down的方法尋找互作蛋白

Hela細(xì)胞的收集與裂解,刮下細(xì)胞,離心,冰PBS清洗三次,置于冰上。用RIPA裂解液,取適量加入細(xì)胞中冰上裂解30 min,離心,取上清備用。GST-HDAC8和GST標(biāo)簽蛋白的固化,介質(zhì)混勻。取200 μL介質(zhì)懸液分別于至1.5 mL EP管中,標(biāo)為A、B管,4000 rmp離心5 min,小心棄掉上清。洗雜。重復(fù)以上步驟3次。根據(jù)蛋白定量將等量的GST-HDAC8蛋白和GST標(biāo)簽蛋白移入預(yù)冷的裝有谷胱甘肽介質(zhì)的A、B管中,4℃,旋轉(zhuǎn)結(jié)合3h。取出EP管,小心棄掉上清。往EP管中加入1 mL PBS,輕輕顛倒混勻,4℃,4000 rmp離心 5 min,小心棄掉上清。按1:500的比例加入Hela細(xì)胞的總蛋白裂解液,輕輕顛倒混勻,4℃,結(jié)合12 h。次日,用2×GSH將融合蛋白洗脫,各步驟取樣跑膠,質(zhì)譜鑒定。

2 結(jié)果與討論

2.1 pGEX-6p-1-hHDAC8的表達(dá)純化

本實(shí)驗(yàn)將pGEX-6p-1-hHDAC8蛋白,經(jīng)超聲破碎前后,分別取全菌、上清、沉淀、穿透、洗雜、洗雜后的柱料、洗脫、洗脫后的柱料的樣,洗脫步驟可以完全洗脫下目的蛋白,幾乎無(wú)目的蛋白殘留于柱料上,pGEX-6p-1-hHDAC8蛋白的親和層析各步驟的結(jié)果如圖1。

結(jié)果如下:由于HDAC8蛋白與GST融合蛋白相對(duì)分子質(zhì)量是67 KD左右,所以由親和層析圖可以看出,HDAC8融合蛋白出現(xiàn)在洗脫樣品中,可以進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。我們將洗脫液經(jīng)過(guò)換buffer之后濃縮到1.5 mL,采用陰離子交換柱Hitrap Q進(jìn)行純化,平衡離子柱用低鹽緩沖液,蛋白洗脫將鹽濃度由0 mM拉至500 mM NaCl,初期的上樣過(guò)程蛋白有穿透峰,當(dāng)電導(dǎo)為24 mS/cm左右時(shí),即開始出現(xiàn)目的蛋白峰,如圖2,SDS-PAGE結(jié)果顯示34管-46管均為目的蛋白,取37-46管進(jìn)行下一步純化,如圖3。

圖2pGEX-6p-1-hHDAC8 Hitrap Q陰離子交換峰形圖

圖3pGEX-6p-1-hHDAC8 Hitrap Q陰離子交換SDS-PAGE結(jié)果

取第37~46管用10 KD濃縮管進(jìn)行濃縮,濃縮到500 μL左右的時(shí)候,使用Superdex 200進(jìn)行進(jìn)一步的純化,平衡Superdex 200,保持離子濃度在150 mM NaCl,上樣,洗脫,從10 mL到13 mL出現(xiàn)了雜峰,14 mL左右開始出現(xiàn)目的蛋白峰,峰形單一對(duì)稱,按照峰寬收集蛋白跑膠,如圖4,SDS-PAGE結(jié)果顯示 14~26 管均為目的蛋白 HDAC8(67 KDa),取第18~26管進(jìn)行濃縮,-80℃?zhèn)溆谩?/p>

圖4 pGEX-6p-1-hHDAC8 Superdex 200分子篩峰形圖

2.2 GST標(biāo)簽蛋白的純化

本實(shí)驗(yàn)將GST標(biāo)簽蛋白,經(jīng)超聲破碎前后,分別取全菌、上清、沉淀、穿透、洗雜、洗雜后的柱料、洗脫、洗脫后的柱料的樣,洗脫步驟可以完全洗脫下目的蛋白,幾乎無(wú)目的蛋白殘留于柱料上,GST標(biāo)簽蛋白的親和層析各步驟的結(jié)果如圖6。白,取2-32管進(jìn)行下一步純化備用,如圖8。

圖5pGEX-6p-1-hHDAC8 Superdex 200分子篩SDS-PAGE結(jié)果

圖6GST標(biāo)簽蛋白親和層析SDS-PAGE結(jié)果

圖7 GST標(biāo)簽蛋白hitrap Q陰離子交換峰形圖

結(jié)果如下:由于GST蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量25 KD左右,所以由親和層析圖可以看出,GST蛋白出現(xiàn)在洗脫樣品中,可以進(jìn)行下一步的離子交換實(shí)驗(yàn)如圖7。SDS-PAGE結(jié)果顯示2-32管均為目的蛋

圖8 GST標(biāo)簽蛋白hitrap Q陰離子交換SDS-PAGE結(jié)果

2.3 GST pull-down的方法尋找互作蛋白

本實(shí)驗(yàn)將GST pull-down各個(gè)步驟取樣,SDSPAGE跑膠,結(jié)果如圖9。

圖9GST pull-down尋找HDAC8互作蛋白

將樣品GST-HDAC8+全細(xì)胞的樣進(jìn)行質(zhì)譜送樣,結(jié)果如圖10。

圖10GST pull-down尋找HDAC8互作蛋白質(zhì)譜結(jié)果圖

我們除了發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中報(bào)道的蛋白,還發(fā)現(xiàn)了多個(gè)未見(jiàn)報(bào)道的蛋白,如糖代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用的烯醇酶ENO1,第一次驗(yàn)證了ENO1可能作為HDAC8復(fù)合物發(fā)揮作用過(guò)程中的其中之一蛋白。

3 結(jié)論

我們開展了GST pull-down實(shí)驗(yàn),GST pulldown實(shí)驗(yàn)結(jié)果,除了發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中報(bào)道的蛋白,還發(fā)現(xiàn)了多個(gè)未見(jiàn)報(bào)道的蛋白,如糖代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用的烯醇酶ENO1,第一次驗(yàn)證了ENO1可能作為HDAC8復(fù)合物發(fā)揮作用過(guò)程中的其中之一蛋白。與其他尋找HDAC8互作蛋白的方法相比較,作為參照與互補(bǔ),GST pull-down實(shí)驗(yàn)存在的缺點(diǎn),主要是因?yàn)镚ST標(biāo)簽蛋白占據(jù)了HDAC8蛋白的表位,影響了酶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),造成假陰性和假陽(yáng)性的結(jié)果,我們將在今后提出方法模擬酶過(guò)渡態(tài)設(shè)計(jì)的底物抑制劑分子,一方面,抑制劑分子占據(jù)了酶活中心,沒(méi)有占據(jù)其它位點(diǎn),不影響酶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);另一方面,該抑制劑分子和HDAC8的結(jié)合模擬了底物與酶結(jié)合的過(guò)程,使“抓取”到的互作蛋白結(jié)果更加可靠,本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)pull-down發(fā)現(xiàn)一些未被發(fā)現(xiàn)的互作蛋白,同時(shí),可以將此方法平移到其它HDAC亞型。

ENO1是發(fā)現(xiàn)的未知互作蛋白,我們后期再通過(guò)“凸凹互補(bǔ)”的親和柱實(shí)驗(yàn)繼續(xù)驗(yàn)證此類蛋白,是否與HDAC8存在互作關(guān)系。

參考文獻(xiàn):

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[2]De Ruijter A J,Van Gennip A H,Caron H N,et al.Histone deacet?ylases(HDACs):characterization of the classical HDAC family[J].Biochemical Journal,2003,370(3):737-749.

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[5]柴政斌,張更林,韓金祥.GST pull-down技術(shù)在研究蛋白質(zhì)相互作用中的應(yīng)用[J].中國(guó)生物制品學(xué)雜志,2013.

[6]王學(xué)政,張更林,崔亞洲,等.牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白1功能片段的融合表達(dá)及細(xì)胞定位[J].中國(guó)生物制品學(xué)雜志,2013;26(4):491-494.

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