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点击化学用于靶向蛋白质泛素化和泛素链形成。

Click chemistry for targeted protein ubiquitylation and ubiquitin chain formation.

机构信息

Department of Chemistry, Konstanz Research School Chemical Biology, University of Konstanz, Konstanz, Germany.

Department of Biology, Konstanz Research School Chemical Biology, University of Konstanz, Konstanz, Germany.

出版信息

Nat Protoc. 2015 Oct;10(10):1594-611. doi: 10.1038/nprot.2015.106. Epub 2015 Sep 24.

DOI:10.1038/nprot.2015.106
PMID:26401915
Abstract

Herein we describe a simple protocol for the efficient generation of site-specific ubiquitin-protein conjugates using click chemistry. By using two different methods to expand the genetic code, the two bio-orthogonal functionalities that are necessary for Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC), an alkyne and an azide, are co-translationally incorporated into the proteins of interest with unnatural amino acids. Protein ubiquitylation is subsequently carried out with the purified proteins in vitro by CuAAC. In addition, we provide a protocol for the incorporation of two unnatural amino acids into a single ubiquitin, resulting in a 'bifunctional' protein that contains both an alkyne and an azide functionality, thereby enabling assembly of free ubiquitin chains as well as ubiquitin chains conjugated to a target protein. Our procedure enables the synthesis of nonhydrolyzable ubiquitin-protein conjugates within 1 week (given that the relevant cDNAs are at hand), and it yields conjugates in milligram quantities from 1-liter expression cultures. The approach described herein is faster and less laborious than other methods, and it requires only standard molecular biology equipment. Moreover, the protocol can be readily adapted to achieve conjugation at any site of any target protein, which facilitates the generation of custom-tailored ubiquitin-protein conjugates.

摘要

在这里,我们描述了一种使用点击化学高效生成定点泛素化蛋白质缀合物的简单方案。通过使用两种不同的方法扩展遗传密码,将两种生物正交官能团(铜(I)催化的叠氮-炔环加成(CuAAC)所需的炔烃和叠氮化物)共翻译地掺入到感兴趣的蛋白质中,使用非天然氨基酸。然后通过 CuAAC 在体外用纯化的蛋白质进行蛋白质泛素化。此外,我们提供了一种将两个非天然氨基酸掺入单个泛素中的方案,得到一种“双功能”蛋白质,其中包含炔烃和叠氮化物官能团,从而能够组装游离泛素链以及连接到靶蛋白的泛素链。我们的程序可以在 1 周内(如果手头有相关的 cDNA)合成非水解泛素化蛋白质缀合物,并且可以从 1 升表达培养物中以毫克量获得缀合物。与其他方法相比,本方法更快、更省力,并且只需要标准的分子生物学设备。此外,该方案可以很容易地适应任何靶蛋白的任何位置的缀合,从而方便地生成定制的泛素化蛋白质缀合物。

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