研究文章|gydF4y2Ba开放获取gydF4y2Ba
Aleksandar Rakovic, Anne Grünewald, Lisa Voges, Sarah Hofmann, Slobodanka Orolicki, Katja Lohmann, Christine KleingydF4y2Ba,gydF4y2Ba "gydF4y2BaPINK1相互作用蛋白:过表达PINK1的蛋白质组学分析gydF4y2Ba",gydF4y2Ba帕金森病gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 卷。gydF4y2Ba2011gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 文章的IDgydF4y2Ba153979gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 页面gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 2011gydF4y2Ba.gydF4y2Ba https://doi.org/10.4061/2011/153979gydF4y2Ba
PINK1相互作用蛋白:过表达PINK1的蛋白质组学分析gydF4y2Ba
摘要gydF4y2Ba
最近的研究表明,帕金森病(PD-)相关的PINK1/Parkin通路通过自噬促进功能失调线粒体的消除。我们使用串联亲和纯化(TAP)、SDS-PAGE和质谱作为鉴定PINK1可能底物的第一步。通过Western blotting检测选定的相互作用体的细胞丰度。此外,在46例非典型帕金森病患者中测定了一个候选基因。除了两个已知的结合伙伴(HSP90, CDC37), TAP检测还鉴定出12个蛋白;其中四个是线粒体定位的(GRP75, HSP60, LRPPRC和TUFM)。Western blot分析显示这些蛋白的细胞丰度没有差异gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba突变和控制成纤维细胞。当测序gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba,检测到4个外显子同义变化和20个非编码区多态性。我们的研究提供了一份推定的PINK1结合伙伴列表,确认了之前描述的相互作用,但也引入了新的线粒体蛋白作为PINK1/Parkin自噬通路的潜在成分。gydF4y2Ba
1.介绍gydF4y2Ba
帕金森病(PD)是一种进行性神经退行性疾病,主要有三种表现:震颤、强直和运动迟缓。在大约25%的PD患者中,至少有一名受影响的家庭成员可以被发现,这可能指向该疾病的直接遗传原因。迄今为止,已有8个基因被证实与帕金森病相关[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
除了pd连锁基因的突变分析外,寻找这些基因的蛋白产物之间的潜在相互作用最近变得越来越重要。自从发现PD的第二个单基因产物Parkin以来,提出了导致多巴胺能神经退行性变的共同途径。到目前为止,一些研究报告了这种联系。gydF4y2Ba
首先,Shimura等假设Parkin在α -synuclein (SNCA)的协同调节中发挥作用。该小组在正常人类大脑中发现了一种蛋白复合物,包括E3泛素连接酶Parkin, UBCH7作为其相关的E2泛素连接酶,以及一种新型SNCA作为其底物[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba].后来,一个早期发病的PD患者在两个杂合子错义突变gydF4y2BaDJ-1gydF4y2Ba和gydF4y2Bapten诱导的推定激酶1gydF4y2Ba(gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba)基因已被描述。此外,过度的gydF4y2BaDJ-1gydF4y2Ba和gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba在SHSY-5Y细胞中发现,两种蛋白的野生型和突变型相互作用,DJ-1稳定了PINK1 [gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba].此外,gydF4y2Ba果蝇pink1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba帕金gydF4y2Ba功能缺失突变体表现出类似的线粒体表型。自gydF4y2Bapink1gydF4y2Ba相关的异常可以通过gydF4y2Ba帕金gydF4y2Ba过表达而不是相反,有人认为pink1通过共同途径作用于parkin的上游[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba].最近的研究提供了证据,表明PINK1/Parkin途径通过丝裂蛋白的泛素化促进线粒体裂变,这是线粒体自噬的第一步[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
然而,只有少数遗传型PD可以用9个PD相关基因中的一个突变来解释[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba].因此,本研究不仅关注已知参与PD的蛋白质,还关注新型的相互作用体。gydF4y2Ba
在本研究中,我们采用串联亲和纯化(TAP)分离与PINK1直接相关的蛋白。利用这种方法,我们旨在更好地表征PINK1/Parkin自噬通路。gydF4y2Ba
2.材料和方法gydF4y2Ba
2.1.病人gydF4y2Ba
所有患者都接受了由运动障碍专家进行的标准化神经系统检查。为了对其中一个候选基因进行测序,gydF4y2Ba富亮氨酸PPR motif-containinggydF4y2Ba(gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba), 46例以痴呆、抑郁或疾病进展迅速为特征的非典型帕金森病患者纳入本研究。在获得知情同意后,我们根据公布的方案采集所有患者的血液进行DNA提取[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
此外,研究中包括来自三种Pd患者的三种PD患者的成纤维细胞和来自两个匹配的突变阴性健康对照的蛋白。这些突变载体的临床特征在其他地方描述了[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
2.2.组织培养gydF4y2Ba
HEK细胞和成纤维细胞在添加10%胎牛血清和1%青霉素-链霉素的Dulbecco 's modified Eagle 's培养基(PAA Laboratories)中培养。所有细胞在含5% CO的饱和湿度气氛中保持在37°CgydF4y2Ba2gydF4y2Ba.所有实验都使用<10的段落数。为抑制线粒体膜电位,用钾离子载体缬霉素(1gydF4y2BaμgydF4y2Ba米,σ)。gydF4y2Ba
2.3.TAP和质谱联用技术分离蛋白质gydF4y2Ba
InterPlay哺乳动物TAP系统是根据生产商(Stratagene)的协议使用的。简而言之,使用RNeasy Mini Kit (Qiagen)提取人对照RNAgydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba使用上标II逆转录酶合成cDNA,与寡核苷酸引物(Invitrogen)组合。全长gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba将cDNA克隆到pCTAP表达载体中,该载体在多个克隆位点后编码两个串联亲和标签(链亲和素结合肽和钙调素结合肽)。接下来,10gydF4y2Ba8gydF4y2Ba在HEK细胞上瞬时转染pCTAP-gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba向量CagydF4y2Ba2+gydF4y2Ba阿宝gydF4y2Ba4gydF4y2Ba方法(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba].24小时后,收集细胞并在添加了蛋白酶抑制剂(Sigma)的裂解缓冲液中重悬。细胞冻融三轮,细胞碎片16000 × g离心10 min,收集上清。接下来,2毫米EDTA, 10毫米gydF4y2BaβgydF4y2Ba-巯基乙醇和InterPlay链霉亲和素树脂加入到细胞裂解液中,在4℃下旋转孵育2 h。取树脂,1500 × g离心5 min,洗涤2次,4℃下生物素缓冲液孵育30 min,洗脱结合蛋白复合物。为了进一步纯化蛋白复合物,在上清液中加入钙调素树脂和含钙缓冲液。4℃孵育2 h后收集树脂(1500 × g离心5 min),洗涤2次。从钙调素树脂中,通过添加含edta的缓冲液洗脱蛋白复合物,并在4°C旋转器上孵育30分钟。用三氯乙酸沉淀法浓缩得到的洗脱液,然后用蛋白酶和磷酸酶抑制剂(Roche Diagnostics)重悬在放射免疫沉淀分析(RIPA)缓冲液(50 mM Tris-HCl pH7.6, 150 mM NaCl, 1% DOC和1% NP-40)中。纯化后的蛋白通过一维sds -聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)进行解析,并通过银染色在凝胶上显示[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba].在对照实验中,仅使用珠子进行下拉方法。从Pink1过表达实验出现在凝胶上的条带,但不能切除对照实验,并送到MS分析到Taplin生物质谱设施,哈佛医学院,美国波士顿。根据该设施的质量要求,如果两个或更多个肽与SWISS-PROT数据库中的相应蛋白质匹配,则蛋白质只能被视为互动剂。gydF4y2Ba
2.4.可拆卸的方法gydF4y2Ba
为gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba和gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Bah_pink1_4_hp (Qiagen)和LRPPRC UTR(与LRPPRC的3'UTR区域片段互补)[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba) sirna的最终浓度为50 nM。未发现哺乳动物同源性的杂乱siRNA (Silencer negative control 1 siRNA [Ambion])为阴性对照(终浓度50 nM)。转染使用核因子装置(Lonza)。gydF4y2Ba
2.5.线粒体制备gydF4y2Ba
如前所述,从成纤维细胞中分离出线粒体[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba].简而言之,收集细胞并在含有250 mM蔗糖、10 mM Tris和1 mM EDTA (pH7.4)的缓冲液中均质。1500 × g离心20 min,去除细胞核和未破碎细胞。将含有完整线粒体的上清转移到新管中,12000 × g离心10分钟。由此产生的上清液(胞质部分)转移到另一个新的管中,富含线粒体的颗粒(线粒体部分)溶解在含有蛋白酶和磷酸酶抑制剂的RIPA缓冲液中(罗氏诊断公司)。根据制造商的说明,使用Centricon YM-10装置(Millipore)浓缩细胞质组分。gydF4y2Ba
2.6.蛋白质的提取gydF4y2Ba
蛋白用含0.1% SDS的RIPA缓冲液提取。细胞或富含线粒体的微球溶解在适量的缓冲液中,置于冰上孵育30分钟。4℃,16000 × g离心20 min。上清转移到新管中进行进一步处理。gydF4y2Ba
2.7。Western印迹分析gydF4y2Ba
使用NuPAGE 4%-12% Bis-Tris凝胶(Invitrogen)进行SDS-PAGE。电泳后,将蛋白质转移到硝化纤维素膜(突起)上,并用抗体进行检测gydF4y2BaβgydF4y2Ba-actin (Sigma), Mortalin (GRP75, Abcam), Heat shock 60kda蛋白(HSP60, Cell signaling),线粒体编码的细胞色素c氧化酶I (MT-CO1, MitoSciences),电压依赖性负离子通道1 (VDAC1, Abcam)和延伸因子TU (TUFM, Abcam)。美国纽约西奈山医学院布鲁克代尔分子、细胞和发育生物学系S. Piñol-Roma教授提供了一种针对LRPPRC的抗体[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
2.8。突变筛查gydF4y2Ba
所有的38个编码gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba利用ABI 3100基因分析仪对外显子和侧翼内含子区域进行测序。引物和PCR条件综述见补充表1gydF4y2Bahttp://dx.doi.org/10.4061/2011/153979gydF4y2Ba.gydF4y2Ba
3。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1.新PINK1扶少团团员gydF4y2Ba
利用过表达PINK1 (PINK1+)或空珠(PINK1−)的TAP方法,我们确定了靶蛋白的相互作用者。得到的TAP洗脱物用SDS-PAGE进行解析。用银染色法观察PAGE凝胶上的蛋白条带。从PINK1+凝胶中切除7条条带(图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba, a-g),在PINK1−凝胶上检测不到(图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba)并由MS分析(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).gydF4y2Ba
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(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
通过数据库检索程序,共鉴定出14个蛋白质,它们符合有两个或两个以上肽段匹配的要求。其中,7种主要存在于细胞质中(热休克90kda蛋白α和β,热休克70kda蛋白1,2,8和1-like,和Hsp90共伴蛋白Cdc37), 2种是微管的组成部分(微管蛋白α - 1c链和微管蛋白α - 3c /D链),一个与内质网相关(78 kDa葡萄糖调节蛋白),四个是线粒体定位的(GRP75, HSP60, LRPPRC和TUFM)(关于亚细胞定位的详细信息见:gydF4y2Bahttp://expasy.org/sprot/gydF4y2Ba).值得注意的是,在PAGE凝胶的大多数分析条带中,PINK1本身也被MS鉴定出来(图)gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Bab-g)。gydF4y2Ba
据我们所知,目前仅描述了HSP90/CDC37伴侣系统与PINK1的相互作用[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba].CDC37是一种分子副伴侣,与HSP90共同作用,促进激酶的折叠[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba].关于PINK1,伴侣系统被发现影响蛋白质的亚细胞分布。本研究的作者提出,HSP90/CDC37/PINK1复合物的易位导致PINK1的加工,而在复合物中没有HSP90时,PINK1可能作为全长前体附着在线粒体上[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
鉴于PINK1被报道与线粒体相关[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba],接下来的实验主要集中在线粒体蛋白GRP75、HSP60、LRPPRC和TUFM。gydF4y2Ba
3.2.GRP75、HSP60、LRPPRC和TUFM的细胞丰度gydF4y2Ba
首先,我们通过敲除方法确定了非商业可用的LRPPRC抗体的质量。这个实验表明当siRNA对抗时LRPPRC水平下降gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba而当使用干扰siRNA时则不使用,证实了抗体的特异性。LRPPRC蛋白水平也不受agydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba击倒(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).gydF4y2Ba
接下来,我们在对照组和对照组的线粒体中检测GRP75、HSP60、LRPPRC和TUFM的丰度gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba突变成纤维细胞。本实验显示两组中GRP75、HSP60和LRPPRC水平相当(图)gydF4y2Ba3(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3 (b)gydF4y2Ba离开了一半)。在所有调查样本中,TUFM的丰度是可变的,在比较突变体和对照时没有明显的趋势(图)gydF4y2Ba3(一个)gydF4y2Ba).gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
此外,我们通过研究缬霉素胁迫条件下胞质部分的GRP75来检测GRP75抗体的质量。GRP75是一种线粒体基质伴侣蛋白,为679氨基酸前蛋白,含有51残基n端线粒体靶向序列(MTS)。膜电位依赖导入线粒体后,被裂解成成熟蛋白,比前蛋白短约5.5 kDa [gydF4y2Ba23gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba25gydF4y2Ba].当用线粒体膜电位抑制剂缬氨酸霉素治疗细胞时,在突变体和对照中检测到胞质骨分数的全长形式的GRP75(MTS-GRP75)。因此,我们认为具体抗GRP75抗体。在这两组中,MTS-GRP75的水平是可比的(图gydF4y2Ba3 (b)gydF4y2Ba-对一半)。经过处理的GRP75在胞质部分的丰度可能是由于线粒体部分的污染,尽管以前的研究表明,GRP75也可以在胞质部分定位[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
虽然我们的Western blot结果不支持PINK1和检测到的任何线粒体蛋白之间的直接联系,但应该注意的是,GRP75、HSP60和LRPPRC已经被蛋白质组学分析确定为Parkin的潜在相互作用者[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba].此外,它们的分子函数在PD的背景下使它们有趣的目标。gydF4y2Ba
GRP75作为一种主要的线粒体分子伴侣,在两个线粒体膜和基质内的核编码蛋白的导入和分割中起着关键作用[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].此外,GRP75似乎通过pd相关蛋白DJ-1在氧化应激管理中发挥作用。DJ-1的突变被发现削弱了蛋白质与GRP75的相互作用[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba].GRP75也被认为是一种抗凋亡药物。通过结合转录调控因子p53, GRP75阻止促凋亡p53/Bcl-xL/Bcl-2复合物的形成[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba].此外,假定突变gydF4y2BaGRP75gydF4y2Ba会增加患帕金森病的风险[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba与对照组相比,PD患者大脑中GRP75表达降低[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
HSP60是一种线粒体伴侣,负责核编码蛋白通过线粒体膜运输,并在基质中重新折叠[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba并且与阿尔茨海默病的发病机制有关。显然,HSP60提供了对细胞内的保护gydF4y2BaβgydF4y2Ba-通过维持线粒体呼吸复合体IV活动而产生的淀粉样蛋白应激[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba].复合IV缺乏症也与帕金森病有关[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba,gydF4y2Ba41gydF4y2Ba为HSP60在该病发病机制中发挥作用提供了可能性。gydF4y2Ba
LRPPRC与细胞色素C氧化酶缺乏有关。基因突变较低gydF4y2BaMT-CO1gydF4y2Ba和gydF4y2BaMT-CO3gydF4y2BamRNA水平,进而损害复合体IV组装[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba,gydF4y2Ba43gydF4y2Ba].最近的功能研究进一步加强了LRPPRC与线粒体RNA代谢之间的联系[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba,gydF4y2Ba45gydF4y2Ba].然而,当我们将MT-CO1蛋白水平与成纤维细胞进行比较gydF4y2BaPINK1gydF4y2Ba突变体和对照,没有观察到差异(图gydF4y2Ba3(一个)gydF4y2Ba).LRPPRC被鉴定为PGC-1的一个组分gydF4y2BaαgydF4y2Ba复合体本身也与细胞内的能量稳态有关[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba].如在HSP60的情况下,LRPPRC对呼吸链的影响提供了与PD的潜在连接。gydF4y2Ba
TUFM是线粒体转译装置的一部分。在蛋白质生物合成过程中,它介导了依赖gtp的氨基酰trna与核糖体a位点的结合[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba].附加描述的TUFM功能包括识别和将共翻译受损蛋白转位到蛋白酶体[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba],重新排列细胞骨骼部件[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba,gydF4y2Ba50gydF4y2Ba和细胞存活调节[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba].突变在这方面gydF4y2BaTUFMgydF4y2Ba基因导致线粒体蛋白合成减少导致的联合氧化磷酸化缺陷4型[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba].然而,有趣的是,也有报道将TUFM与PD联系起来,其中TUFM被发现与PARK8基因编码的富亮氨酸重复激酶2共同免疫沉淀gydF4y2BaLRRK2gydF4y2Ba.与重组TUFM共孵育降低了LRRK2的激酶活性,而GTPase活性保持不变[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba].gydF4y2Ba
3.3.LRPPRC突变屏幕gydF4y2Ba
在鉴定的PINK1相互作用体中,LRPPRC是唯一明确与神经退行性疾病相关的蛋白。突变gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba是法国-加拿大型利氏综合征(LSFC)的病因。LSFC患者表现为脑干、基底节、小脑的进行性局灶性坏死病变,并伴有毛细血管增生。除代谢性酸中毒外,临床特征包括全身性发育迟缓、小脑体征、面部和肢体活动明显减少以及低拟态症[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba].鉴于LSFC患者存在帕金森症状,我们决定对38个外显子和侧翼内含子区域进行测序gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba在46例早发和/或疾病进展迅速和痴呆的非典型帕金森病患者中进行了研究。这个突变筛选显示了24种替换;其中四个尚未在任何数据库中报告(表)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).在编码区检测到四种同义变异(c.246G>A [p.;Q82Q], c.1068A > G (p。Q356Q], c.2481A > G (p。P827P], c.4023T > C [p.Y1341Y])。内含子中有17个变化,1个在5'UTR, 2个在3'UTR。我们样本中大多数替换的频率与NCBI SNP数据库中报道的频率相似(gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/gydF4y2Ba),以欧洲裔人口为基础的研究,如pilot.1。CEU, HapMap-CEU, AoD_Caucasian。有趣的是,单核苷酸多态性C - 45g >A、IVS13+28T>C和IVS30+97T>C的频率明显高于数据库中报道的。这一发现的重要性需要在更大的样本中进行研究。然而,在这里使用的筛选技术只允许鉴定定性序列变化。因此,虽然没有发现单核苷酸变化可能的致病相关gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba基因,基因剂量的变化也不能排除。gydF4y2Ba
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| 注:AF:等位基因频率,DB:数据库,PD:帕金森病,*仅包括基于欧洲人群的研究。gydF4y2Ba |
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4.结论gydF4y2Ba
在目前的研究中,首次采用TAP技术来鉴定粉红色的蛋白质。这些实验导致14个推定的粉红色1结合伴侣列表,确认了两个报告的相互作用(HSP90和CDC37),而且还将四种新型线粒体局部化蛋白(GRP75,HSP60,LRPPRC或TUFM引入Pink1 / Parkin MITOCHAGY的潜在组件途径。虽然来自蛋白质表达和DNA测序分析的初步结果不会加强粉红色的1 / Parkin途径和这些交互式中的任何一个之间的连接,但是不能排除它们与途径的连接可能更复杂。需要进行另外的蛋白质函数研究,例如在线粒体应力条件下,将需要完全表征该潜在的链接。此外,未来的观点包括较大PD患者样品中的所有鉴定基因中的SNP与SNP的关联研究。gydF4y2Ba
致谢gydF4y2Ba
作者感谢美国纽约西奈山医学院布鲁克代尔分子、细胞和发育生物学系的S. Piñol-Roma教授提供了针对LRPPRC的抗体。此外,他们还要感谢N. Kock博士对TAP技术提出的科学建议。资金来源包括德国schungsgemeinschaft、大众基金会、Thyssen基金会和Hermann and Lilly Schilling基金会。A. Rakovic和A. Grünewald对这项研究做出了同样的贡献。gydF4y2Ba
补充材料gydF4y2Ba
补充资料包含一个带有附加信息的表gydF4y2BaLRPPRCgydF4y2Ba基因。gydF4y2Ba
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