JP6502854B2 - ポリユビキチン化基質の同定方法 - Google Patents
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Description
[1](1)細胞内、又は細胞抽出液中において、トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質とユビキチンリガーゼを発現させる工程;(2)前記工程(1)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質を含有する複合体を分離する工程;(3)前記工程(2)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;及び(4)前記工程(3)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程;を有する、ポリユビキチン化基質の同定方法。
[2]さらに、(1’)前記細胞と同種の別個の細胞内、又は前記細胞抽出液と同種で別個に調製した細胞抽出液において、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質と、前記ユビキチンリガーゼのユビキチンリガーゼ活性領域を欠損させたドミナントネガティブ変異体を発現させる工程;(2’)前記工程(1’)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質を含有する複合体を分離する工程;(3’)前記工程(2’)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;(4’)前記工程(3’)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程;及び(5)前記工程(4)において同定されたペプチドであり、かつ前記工程(4’)において同定されなかったペプチドを、ポリユビキチン化基質に含まれるペプチドであると判断する工程;を有する、前記[1]のポリユビキチン化基質の同定方法。
[3]前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、リンカーにより連結されている2以上のユビキチン結合ドメインを含む、前記[1]又は[2]のポリユビキチン化基質の同定方法。
[4]前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、4〜8のユビキチン結合ドメインを含む、前記[3]のポリユビキチン化基質の同定方法。
[5]前記ユビキチン結合ドメインが、配列番号1で表されるアミノ酸配列のうち、18〜71番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列からなる、前記[3]又は[4]のポリユビキチン化基質の同定方法。
[6]前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、ポリユビキチン鎖との結合部位に加えて、タグ部分を有しており、前記工程(2)において、前記複合体を、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質中の前記タグ部分と特異的に結合する抗体又はリガンドを用いた免疫反応を利用して分離する、前記[1]〜[5]のいずれかのポリユビキチン化基質の同定方法。
[7]前記工程(4)が、前記消化工程により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを選択的に分離回収した後、同定する工程である、前記[1]〜[6]のいずれかのポリユビキチン化基質の同定方法。
[8]抗diGly抗体を用いて、ユビキチン化サイトを含むペプチドを選択的に分離回収する、前記[7]のポリユビキチン化基質の同定方法。
(1)細胞内、又は細胞抽出液中において、TR−PUBPとユビキチンリガーゼを発現させる工程;
(2)前記工程(1)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記TR−PUBPを含有する複合体を分離する工程;
(3)前記工程(2)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;及び
(4)前記工程(3)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程。
(1’)前記細胞と同種の別個の細胞内、又は前記細胞抽出液と同種で別個に調製した細胞抽出液において、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質と、前記ユビキチンリガーゼのドミナントネガティブ体を発現させる工程;
(2’)前記工程(1’)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質を含有する複合体を分離する工程;
(3’)前記工程(2’)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;
(4’)前記工程(3’)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程;及び
(5)前記工程(4)において同定されたペプチドであり、かつ前記工程(4’)において同定されなかったペプチドを、ポリユビキチン化基質に含まれるペプチドであると判断する工程。
<Flag−TR−PUBP1発現ベクターの作製>
UBQLN1(NCBIのアクセッション番号:Q9UMX0)のUBAドメインには3つのアルギニン残基が存在し、トリプシンによる消化を受ける。そこで、当該UBAドメインのアルギニン残基を全てアラニン残基に置換した変異UBAドメインを、トリプシン耐性UBA(TR−UBA)ドメイン(TR-UBD)として設計した。当該TR−UBAドメイン4つを互いに7アミノ酸からなるフレキシブルリンカー配列(N−GGGSGGG−C)で連結し、さらにそのN末端にFlagタグを連結したタンパク質をFlag−TR−PUBP1とした。当該Flag−TR−PUBP1のアミノ酸配列(配列番号1)及びこれをコードするDNA配列(配列番号2)を図2に示す。図2中、実線四角で囲まれた領域がTR−UBAドメインを示し、二点鎖線四角で囲まれた領域がFlagタグ(DYKDDDDK)(配列番号3)を示す。
UBQLN1(NCBIのアクセッション番号:Q9UMX0)のUBAドメインのN末端にFlagタグを連結したタンパク質(Flag−Ub)をコードするDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、Flag−Ub発現用ベクターを作製した。
ユビキチンリガーゼSkp2(NCBIのアクセッション番号:Q9Z0Z3)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、HA−Skp2発現用ベクターを作製した。
10cmφディッシュに1.3x106個の293T細胞又はHeLa細胞を、10容量%ウシ胎児血清を添加したダルベッコ−イーグル培地(DMEM)を用いて、37℃のCO2インキュベーター内で24時間培養した。293T細胞は、3.5μgのFlag−TR−PUBP1発現用ベクターと3.5μgのHA−Skp2発現用ベクターを、21μLのPEI溶液〔1mg/mL Polyethylenimin、linear(Polysciences社製)、pH7.4〕を用いてトランスフェクションし、48時間培養した。HeLa細胞は、2.5μgのFlag−TR−PUBP1発現ベクターと2.5μgのHA−Skp2発現用ベクターを30μLのリポフェクトアミン、21μLのプラス試薬(ライフテクノロジーズ社製)を用いてトランスフェクションし、24時間培養した。
対照として、HA−Skp2発現用ベクターに代えて、HAタグをコードするDNA配列からなるDNAフラグメントのみをpcDNA3に挿入したHA−空ベクターを用いて、同様に293T細胞又はHeLa細胞にトランスフェクションし、培養した。
Flag−TR−PUBP1発現用ベクターに代えて、Flag−Ub発現用ベクターを用いた以外は、前記と同様にして、293T細胞又はHeLa細胞にトランスフェクションし、培養した。
トランスフェクション後、培養した細胞の培養上清を除去し、セルスクレーパーを用いて細胞を掻き取り、1.5mL容サンプルチューブに移した後、2,000rpm、3分間の遠心分離処理によって細胞を集め、培地を除去した。培地除去後の細胞に1mLのPBSを加えて細胞を懸濁した後、2,000rpm、3分間の遠心分離処理によって細胞を集めて上清を除去した。回収した細胞に対して、氷冷したタンパク質抽出バッファー(25mM Tris−HCl、pH7.5、150mM NaCl、0.5%NP−40、complete−EDTA free(Roche社製))1mLを添加し、ボルテックスミキサーにより激しく撹拌した後、10分間氷上に置いた。次いで、15,000rpm、20分間の遠心分離処理を行い、上清(全細胞抽出液、WCL)を新しい1.5mL容サンプルチューブに回収した。回収した上清の一部をSDS−PAGE電気泳動及び銀染色用サンプルとして分取した後、残りに、6μgのDDDK抗体(抗Flag抗体)(FLA−1、MBL社製)を結合させたDynabeads−ProteinG(Veritas社製)を添加し、4℃で30分間ローテーターを用いて穏やかに混和することにより、Flagタグタンパク質及びこれと結合するタンパク質を免疫沈降させた。
参考例1で示したように、TR−PUBPはポリユビキチン化タンパク質を効率よく細胞内に蓄積させることができる。このため、Flag−TR−PUBP1の免疫沈降物の中には内在性のユビキチンリガーゼによるユビキチン化タンパク質も濃縮されてしまう(図3B)。ユビキチンリガーゼを共発現させた場合には、より強く基質タンパク質のポリユビキチン化は進行した。
そこで、逆にユビキチンリガーゼのドミナントネガティブ変異体を発現させることにより、基質のポリユビキチン化を抑制できるかを解析した。
ユビキチンリガーゼSkp2(NCBIのアクセッション番号:NM_013787)のユビキチンリガーゼ活性領域を欠損させたドミナントネガティブ変異体Skp2ΔF(配列番号4)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、HA−Skp2ΔF発現用ベクターを作製した。
ユビキチンリガーゼFbw7(NCBIのアクセッション番号:NM_033632)又はユビキチンリガーゼFbw1(NCBIのアクセッション番号:NM_033637)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、それぞれHA−Fbw7発現用ベクター、HA-Fbw1発現用ベクターを作製した。
<HA−Fbw7ΔF発現ベクター及びHA−Fbw1ΔF発現ベクターの作製>
ユビキチンリガーゼFbw7(NCBIのアクセッション番号:Q969H0)又はユビキチンリガーゼFbw1(NCBIのアクセッション番号:NM_033637)のユビキチンリガーゼ活性領域を欠損させたドミナントネガティブ変異体Fbw7ΔF(配列番号5)、変異体Fbw1ΔF(配列番号11)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、それぞれHA−Fbw7ΔF発現用ベクター、HA−Fbw1ΔF発現用ベクターを作製した。
ユビキチンリガーゼ(NCBIのアクセッション番号:XM_005268872)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、HA‐MDM2発現用ベクターを作製した。
これまでの結果を踏まえ、Flag−TR−PUBP1を発現させた細胞から抗Flag抗体を用いて免疫沈降したものをトリプシン分解したものについて、質量分析を行い、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定した。
参考例1において調製された各サンプルの抗Flag抗体免疫沈降物溶液のうちの残りの50μLに、5μLの50mM Tris(2−carboxy−ethyl)phosphine hydrochloride(Sigma社製)を添加し、60℃で30分間処理した後、2.5μLの200 mM Methyl Methanethiosulphoate(和光純薬社製)を添加し、室温で10分置いた。その後、当該溶液に50μgのTrypsin Gold(Promega社製)を添加し、37℃で16時間反応させ、トリプシン消化物を得た。
前記トリプシン消化物に、20μLの25xcomplete−EDTA freeと102.5μLの純水を添加した。PTMScan Ubiquitin Remnant Motif(K−ε−GG)kit(Cell Signaling社製)に付属の10xIAP Bufferを20μL添加した200μLの溶液に、予めPBSで洗浄した15μLのPTMScan Ubiquitin Remnant Motif(K−ε−GG) antibody Bead Conjugate(抗diGly抗体結合ビーズ)を添加し、ローテーターを用いて4℃で2時間穏やかに混和した。その後、ビーズを1xIAP Bufferで2回洗浄し、続いて純水で3回洗浄した。上清を完全に除いた後、当該ビーズから20μLの0.15% トリフルオロ酢酸で3回抽出した。
得られた抽出物(diGlyペプチド精製物)から、ZipTip(Millipore社製)やStageTips(Thermo社製)などのC18カラムを用いて精製したペプチドを質量分析により解析した。質量分析は、質量分析計(nano−LC−HRMS:Thermo Scientific社製、Q−exactive)を用いて行った。更に、MASCOTサーチエンジンによるProteome Discovere software version 1.3(Thermo Scientific社製)を用いて、diGlyペプチドを含んでいた、ポリユビキチン化基質蛋白質の同定を行った。293T細胞にFlag−TR−PUBP1とHA−Skp2を発現させた細胞からは、最終的に932個の確実性の高いペプチドが同定され、そのうち902個がユビキチンシグニチャーであるdiGlyを有していた。これらは332個のタンパク質に帰属された。このうち、Skp2のドミナントネガティブ体(ΔF)を発現させた場合にはみられなかったものは15個有り、その中には、CDT1、CDKN1B、CDKN1Aの3つの既知の基質が含まれており、これらはウエスタンブロッティングでもユビキチン化が確認できた。CDT1のdiGly配列を含むペプチドのアミノ酸配列は、IAPPK[di−GlyGly]LAC[methylthio]R(配列番号6)であり、CDKN1BのdiGly配列を含むペプチドのアミノ酸配列は、K[di−GlyGly]RPATDDSSTQNK[di−GlyGly]R(配列番号7)であり、CDKN1AのdiGly配列を含むペプチドのアミノ酸配列は、QTSM[Oxid]TDFYHSK[di−GlyGly]R(配列番号8)であった。
また、Skp2に代えて、機能未知であり、多くの臓器や細胞で発現がみられるF−boxタンパク質Fbxo21(NCBIのアクセッション番号:O94952)を用いて、実施例1と同様にして、新たなポリユビキチン化基質の探索を行った。
F−boxタンパク質Fbxo21をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、HA−Fbxo21発現用ベクターを作製した。
Fbxo21のユビキチンリガーゼ活性領域と推定される領域を欠損させたドミナントネガティブ変異体Fbxo21ΔF(配列番号9)をコードするDNA配列のN末端にHAタグをコードするDNA配列を連結したDNA配列からなるDNAフラグメントを哺乳類細胞用発現ベクターpcDNA3に挿入し、HA−Fbxo21ΔF発現用ベクターを作製した。
Claims (8)
- (1)細胞内、又は細胞抽出液中において、トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質とユビキチンリガーゼを発現させる工程;
(2)前記工程(1)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質を含有する複合体を分離する工程;
(3)前記工程(2)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;及び
(4)前記工程(3)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程;
を有する、ポリユビキチン化基質の同定方法。 - さらに、
(1’)前記細胞と同種の別個の細胞内、又は前記細胞抽出液と同種で別個に調製した細胞抽出液中において、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質と、前記ユビキチンリガーゼのユビキチンリガーゼ活性領域を欠損させたドミナントネガティブ変異体を発現させる工程;
(2’)前記工程(1’)後の前記細胞又は前記細胞抽出液から、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質を含有する複合体を分離する工程;
(3’)前記工程(2’)により分離された複合体を、トリプシン消化する工程;
(4’)前記工程(3’)により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを同定する工程;及び
(5)前記工程(4)において同定されたペプチドであり、かつ前記工程(4’)において同定されなかったペプチドを、ポリユビキチン化基質に含まれるペプチドであると判断する工程;
を有する、請求項1に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。 - 前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、リンカーにより連結されている2以上のユビキチン結合ドメインを含む、請求項1又は2に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。
- 前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、4〜8のユビキチン結合ドメインを含む、請求項3に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。
- 前記ユビキチン結合ドメインが、配列番号1で表されるアミノ酸配列のうち、18〜71番目のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列からなる、請求項3又は4に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。
- 前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質が、ポリユビキチン鎖との結合部位に加えて、タグ部分を有しており、
前記工程(2)において、前記複合体を、前記トリプシン耐性ポリユビキチン鎖結合タンパク質中の前記タグ部分と特異的に結合する抗体又はリガンドを用いた免疫反応を利用して分離する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。 - 前記工程(4)が、前記消化工程により得られた消化物中から、ユビキチン化サイトを含むペプチドを選択的に分離回収した後、同定する工程である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。
- 抗diGly抗体を用いて、ユビキチン化サイトを含むペプチドを選択的に分離回収する、請求項7に記載のポリユビキチン化基質の同定方法。
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