• Keine Ergebnisse gefunden

1.    Introduction

1.4  Aim of the studies

1.4  Aim of the studies 

NEDD8  (Neural  precursor  cell‐Expressed Developmentally Down‐regulated  8)  was  originally  identified as a developmentally down‐regulated ubiquitin‐like protein. Moreover, it was found to  be involved in cell cycle regulation by being covalently conjugated to cullins. In the meantime,  several additional substrates for NEDD8 have been identified being involved in various cellular  functions  like  e.g.  transcriptional  regulation,  cell  growth  or  apoptosis.  Similar  to  ubiquitin,  covalent  attachment  of  NEDD8  to  substrates  involves  three  consecutive  steps  catalyzed  by  activating  enzymes  E1,  conjugating  enzymes  E2,  and  ligases  E3.  For  NEDD8,  one  E1  enzyme  (APPBP1/UBA3 heterodimer), two E2 enzymes (Ubc12 and Nce2), and several substrate specific  E3 enzymes  have  been identified so  far. However, only little is known about if and how these  enzymes are regulated. Furthermore, the specificity of Ubc12 and Nce2 for most of the NEDD8  substrates remains elusive. Especially, functions of Nce2 other than the NEDDylation of Cullin5  have not been identified yet.  

Recent proteomics data reveal a variety of further possible substrates for NEDDylation, playing  roles  in  mRNA  splicing,  DNA  replication  and  repair,  chromatin  remodeling  and  proteasomal  degradation.  Thus,  it  seems  that  there  are  many  yet  unknown  and  uncharacterized  substrates  for the NEDDylation pathway in the cell.  

 

This study therefore aimed at:  

 

1. Identifying new substrates and interaction partners of NEDD8  2. Investigating the regulation of the NEDD8‐conjugation cascade  3. Characterizing a second isoform of Nce2  

 

In  conclusion,  this  work  shall  not  only  contribute  to  a  better  understanding  of  physiological  functions  of  NEDD8  but  also  of  the  NEDDylation  pathway  in  general.  Currently,  this  field  is  of  special  interest  since  MLN4924,  an  inhibitor  of  the  NEDD8‐activating  enzyme,  is  tested  in  clinical trials for the treatment  of several types  of cancer such as acute myeloid leukemia  and  lymphoma. 

         

2. Material and Methods 

 

2.1 Material 

2.1.1 Solutions and media 

Name  Composition 

Laemmli loading buffer (2x)  125 mM Tris‐HCl pH 6.8, 200 mM DTT,  4 % SDS, 0.001 % Bromphenol‐blue   

10x Ergänzungspuffer  7.15 M β‐Mercaptoethanol, 40 % (v/v)  Glycerol, 100 mM Tris‐HCl, Orange G, pH 7.5   

Urea loading buffer (2x)  6 M Urea, 4 % (v/v) SDS, 125 mM Tris‐HCl     pH 6.8, 20 % (v/v) Glycerol 

 

Laemmli running buffer (10x)  250 mM Tris‐HCl, 2 M Glycin, 1 % SDS, pH 8.4  

Stacking gel buffer  0.5 M Tris‐HCl pH 6.8, 0.4 % SDS   Separating gel buffer  1.5 M Tris‐HCl pH 8.8, 0.4 % SDS 

 

Transfer buffer (20x)  12.5 mM Tris‐HCl, 100 mM Glycine, pH 8.3  

TNE ‐T  10 mM Tris‐HCl, 2.5 mM EDTA, 50 mM NaCl, 

0.1 % Tween 20, pH 7.5   

Stripping buffer for western blots  62.5 mM Tris‐HCl pH 6.8, 2 % SDS, 100 mM     β‐Mercaptoethanol 

 

Coomassie Blue staining solution  2 g/L Coomassie Brilliant Blue R250 in  Coomassie Destain Solution 

 

SDS gel fixation solution / Destain solution  40 % Methanol, 10 % Acetic Acid   

DNA loading buffer (10x)  60 % Saccharose, 0.25 M EDTA,  Bromphenol‐blue 

   

   

   

TAE buffer (50x)  2 M Tris‐HCl, 950 mM Acetic Acid, 50 mM  EDTA 

 

Affinity pulldown buffer  20 mM TEA, 50 mM NaCl, 1 mM EDTA, 0,5 %  NP40, 10 % glycerol, pH 7.4 

 

TNN lysis buffer   100 mM Tris‐HCl, 100 mM NaCl, 1 % NP‐40,      1 mM Pefabloc, 1 μg/mL Aprotinin/Leupeptin,  1 mM DTT, pH 8.0 

 

RIPA lysis buffer  25 mM Tris‐HCl, 50 mM NaCl, 0.5 % 

NP40, 0.5% Deoxycholate, 0.1 % SDS, 1 mM  Pefabloc, 1 μg/mL Aprotinin/Leupeptin,         pH 8.8 

 

Guanidinium lysis buffer  100 mM Na2HP04/NaH2PO4

6 M Guanidinium‐Hydrochloride, 10 mM  Imidazole, 10 mM β‐Mercaptoethanol, pH 8.0   

HP buffer (cellular fractionation)   10 mM HEPES‐NaOH, 20 mM NaCl, 10 mM  MgCl2, 0.5 mM ATP, pH 7.4 

 

2x KE buffer (cellular fractionation)  4 g Saccharose, 40 mM HEPES‐NaOH, 1 mM  MgCl2, 1 mM ATP, pH 7.4 

 

Buffer Z (β‐gal assay)  100 mM NaH2PO4, 10 mM KCl, 1 mM MgS04,    50 mM β−Μercaptoethanol, pH 7.0 

 

ONPG  4 mg/mL in 100mM Na2HPO4, pH 7.0 

 

Luria Broth medium (LB)  10  g/L NaCl, 5g/L yeast extract 

10g/L Bacto‐Tryptone, pH 7.5 (complemented  with 100 μg/mL ampicillin, 25 μg/mL 

kanamycin or 170 μg/mL chloramphenicol  final concentrations) 

 

SOC medium  20 g/L Tryptone, 5 g/L yeast Extract, 0.5 g/L 

NaCl, 20 mM Glucose, pH 7   

NMM medium  7.5 mM (NH4)2SO4, 8.5 mM NaCl, 22 mM 

KH2PO4, 50 mM K2HPO4, 1 mM MgSO4, 1 mg/L  CaCl2, 1 mg/L FeCl2, 1 μg/L CuCl2, 1 μg/L  MnCl2, 1μg/L ZnCl2, 20 mM Glucose, 10 mg/L  thiamine hydrochloride, 10 mg/L d‐biotin,     

S1  50 mM Tris‐HCl, 10 mM EDTA, 

100 μg/mL RNaseA, pH 8.0   

S2  200 mM NaOH, 1 % SDS

 

S3  2.8 M KAc, pH 5.1  

T25N50  25 mM Tris‐HCl, 50m M NaCl, pH 8.0 

 

Washing buffer (antibody purification)  20 mM Tris‐HCl, 500mM NaCl, 0.2 % Triton‐X‐

100, pH 7.5   

Elution buffer (antibody purification)  150 mM NaCl, 200mM Glycin, pH 2.3 

 

2.1.2 Chemicals and Reagents 

Name  Company 

Amplifyer  GE Healthcare 

Aprotinin/Leupeptin  SIGMA 

Ammonium persulfate  ROTH 

ATP  SIGMA 

β‐Mercaptoethanol  Merck 

BIO‐RAD protein assay  BIORAD 

Cycloheximide  SIGMA 

DAPI  SIGMA 

DTT  ROTH 

EDTA  ROTH 

Ethidiumbromide  ROTH 

Glutathione Sepharose 4B  GE Healthcare 

Glycine  ROTH 

Guanidinium Hydrochloride  ROTH 

HA‐beads        (monoclonal anti‐HA agarose conjugate) 

SIGMA 

HEPES (1M)  Gibco 

Imidazole  USB 

IPTG  ROTH 

Lipofectamine 2000  Invitrogen 

MG132  SIGMA 

MgCl2  ACROS organics 

Milk powder  ROTH 

MLN4924  Active Biochem 

Na2HPO4  SIGMA 

NaH2PO4  Merck 

Ni‐NTA‐Agarose  Qiagen 

NP‐40  MP Biomedicals 

NP‐40 for cellular fractionation  Fluka 

ONPG  SIGMA 

PBS  Gibco 

PefaBloc  Boehringer Ingelheim 

Protein A‐Sepharose  GE Healthcare 

Q Sepharose Fast Flow  GE Healthcare 

5x Roti Blue  ROTH 

Rotiphorese Gel 30  ROTH 

SDS  ROTH 

Sepharose CL‐4B  GE Healthcare 

SulfoLink Coupling Gel  Pierce 

TEMED  ROTH 

Triton‐X‐100  ROTH 

Trizma Base (Tris)  SIGMA 

TRIZOL Reagent  Invitrogen 

Turbofect  Fermentas 

Tween‐20  ROTH 

Western Lightning ECL  Perkin Elmer 

 

2.1.3 Bacterial strains 

E. coli DH5α: 

F endA1 glnV44 thi‐1 recA1 relA1 gyrA96 deoR nupG Φ80dlacZΔM15 Δ(lacZYA­argF)U169,  hsdR17(rK‐ mK+), λ– 

 

E. coli BL21‐CodonPlus‐RIL competent cells:  

B F ompT hsdS(rB– mB–) dcmTetr gal endA Hte [argU ileY leuW Camr] (Stratagene)   

E. coli BL21 (DE3): 

F ompT gal dcm lon hsdSB(rB‐ mB‐) λ(DE3 [lacI lacUV5‐T7 gene 1 ind1 sam7 nin5])   

E. coli B834 (DE3): 

F ompT hsdSB(rB‐ mB‐) gal dcm met (DE3)    

E. coli XL10‐Gold: 

Tetr D(mcrA)183 D(mcrCB­hsdSMR­mrr)173 endA1 supE44 thi­1 recA1 gyrA96 relA1 lac Hte [F¢ 

proAB lacI qZDM15 Tn10 (Tetr) Amy Camr] (Stratagene) 

   

 

2.1.4 Mammalian cell lines 

H1299: non‐small cell lung carcinoma, p53‐/‐ ;   HEK293T: human embryonal kidney cells;  

Cells  were  cultured  in  DMEM  (Gibco)  containing  10  %  FCS  (Gibco)  and  50  µg/mL  Normocin  (Invivogen) or Penicillin/Streptomycin (1:100, Gibco) on CellStar plates (Greiner). 

 

2.1.5 Antibodies 

Primary antibodies 

protein  name  species & type  company  dilution 

HA‐tag  α HA 1.1  mouse, 

monoclonal 

Covance  1:2500 

6x His‐tag  α His  mouse, 

monoclonal 

Qiagen  1:1000 

Myc‐tag  α c‐Myc 9E10  rabbit,  monoclonal 

Abcam  1:1000 

Nce2 

Abgent  1:100 (IF) 

Nce2 

NEDD8  α NEDD8  rabbit, 

polyclonal 

Alexis  1:1000 

NEDD8  α NEDD8  rabbit, 

monoclonal 

Epitomics  1:1000 

PCNA  α PC10  mouse, 

monoclonal 

Abcam  1:5000 

 

Secondary Antibodies 

name  species  company  dilution 

HRP‐coupled α mouse  goat  Dianova  1:20000 

HRP‐coupled α rabbit  goat  Dianova  1:20000 

AlexaFluor568 α mouse  donkey  Invitrogen  1:1000 

AlexaFluor488 α mouse  goat  Invitrogen  1:1000 

   

 

2.1.6 Primers 

Name  Sequence 

AR28  ggggatccttacccacctctgagacggag 

AR31  ggcagggatccttatcctcctctaagagccaacaccaggtg  AR64  gcggtcgacttatttcaggcagcgctc

AR84  gtcggatccatgctaacgctagcaagtaaactg AR89  gtccatatgctaacgctagcaagtaaactg  AR95  cacctcgagtcatctggcataacgtttgat 

AR109  cccggatcctcagtgatggtgatggtgatgtctggcataacgtttgatgtagt  AR111  gacaggggaaatatCtctgagtttattgag 

AR112  ctcaataaactcagagatatttcccctgtc AR113  gacaggggaaataGCtctgagtttattgag  AR114  ctcaataaactcagagctatttcccctgtc  AR121  gtcggatccatgactcggagggtttctgtgagag 

AR130  GagatatacatATGcatcaccatcaccatcacatgctaattaaagtgaagacg 

AR131  GagatatacatATGcatcaccatcaccatcacATGCAGATCTTCGTCAAGACC  AR190  ggcGGATCCatgctaattaaagtgaagacg 

DP7  CAAGATCTGGCACCCCGCCATCACAGAGACAGG 

DP8  CCTGTCTCTGTGATGGCGGGGTGCCAGATCTTG

DP9  CAATGGTCTATCACCCCGCCATTGACCTCGAGGGC  DP10  GCCCTCGAGGTCAATGGCGGGGTGATAGACCATTG  DP24  TAACGCTAGCAAGTAGACTGAGGCGTGACGATGGTCT DP25  AGACCATCGTCACGCCTCAGTCTACTTGCTAGCGTTA

DP26  ATGATCAGGCTGTTCTCGCTGAGGCAGCAGAGGAAGGAGGAGGAGTC  DP27  GACTCCTCCTCCTTCCTCTGCTGCCTCAGCGAGAACAGCCTGATCAT  DP28  GGCAGATCTATGCTAATTAAAGTGAAGACGC 

DP31  TTGGCTCTGAGAGGAGTAATGATCAAGCTGTTCTCG  DP32  CGAGAACAGCTTGATCATTACTCCTCTCAGAGCCAA  DP46  GTCGGATCCATGCTAACGCTAGCAAGTAG 

DP59  CTTTTGCACTGAGGTTCCTGAACTTCTTTAC  DP60  GTAAAGAAGTTCAGGAACCTCAGTGCAAAAG 

DP68  GACTTGTCCCGCAAATGATG 

DP69  CATCATTTGCGGGACAAGTCCCCAATGCTGTTACTCCACAGGAG  DP70  CATCCACTTTATTCCGGAAGTCCTCCTGTGGAGTAACAGCATT  DP71  GACTTCCGGAATAAAGTGGATGACTACATCAAACGTTATGCCAG 

Name  Sequence 

DP72  CTGCAATCGTCCCCTTTTATTATCTGGCATAACGTTTGATGTAGT  DP73  ATAATAAAAGGGGACGATTGCAGGCCCATGGACTGTGTTACA  DP74  AACTCGAGTCATGTTAGAGACAAACTGTAACACAGTCCATGGGC 

DP75  CCGGATCCTCAGTGATGGTGATGGTGATGTGTTAGAGACAAACTGTAACAC  DP76  GGCCTCGAGTTATCTTAGTCTTAAGACAAG 

DP77  CTGTGGAGTAACAGCATTGG 

 

2.1.7 Plasmids constructed and used in this study 

Name  Insert  Vector  Primers 

Dana1  His‐NEDD8  pET3a AR130/AR31 

Dana4  His‐Ubiquitin  pET3a AR131/AR28 

Dana7  Nce2 wt‐His  pET3a AR89/AR109 

Dana19   

His‐Nce2 N108A  pET3a Mutagenesis 

(DP7/DP8) 

Dana20  His‐Ubc12 N103A pET3a Mutagenesis 

(DP9/DP10) 

Dana45  Ubc12 K3R/K8R/K11R pcDNA 3HA Mutagenesis              (DP 26/DP27) 

Dana46  Ubc12 K3R/K8R/K11R‐

His  pET3a Mutagenesis                 

(DP 26/DP27) 

Dana48  Nce2 K7R/K9R  pcDNA 3HA DP46/AR95      

(from Dana52) 

Dana49  Nce2 K7R/K9R‐His pET3a Mutagenesis 

(DP24/DP25) 

Dana51  Fusion Nedd8 G76V ‐

Ubc12  pcDNA 3HA DP31/DP32 

DP28/AR64 

Dana54  Fusion Nedd8 G76V ‐ Nce2 pcDNA 3HA AR190/AR95       (from Dana‐58) 

Dana77  His‐PCNA Y211F  pcDNA 

3.1/Genestorm  Mutagenesis  DP59/DP60 

Dana95  His‐Nedd8 M50A G76M 

(for click reaction) 

pGDR11  subcloned from pMA‐T 

(Geneart)  EcoRI/BamHI 

Dana97  HA‐ Nce2 isoform 2 pcDNA3HA subcloned from 

Dana99 (pGEX2TK‐

Nce2 isoform2)   BamHI/XhoI 

Dana98  Nce2 isoform 2‐His pET3a AR89/DP75 

Dana104  ΔN26 Nce2 isoform2 pcDNA3HA AR121/DP74 

Dana105  Nce2 isoform2 C116S pcDNA3HA Mutagenesis 

AR111/AR112 

Dana106  Nce2 isoform2 C116A pcDNA3HA Mutagenesis 

AR113/AR114 

Dana107  Nce2 isoform 2 C116S‐His pET3a Mutagenesis 

AR111/AR112 

Dana108  Nce2 isoform 2 C111A‐His pET3a Mutagenesis 

AR113/AR114 

2.1.8 Other plasmids used in this study 

Name  Insert  Vector  Reference 

ARF41  NEDD8  pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF56  Ubc12 ΔN26‐His pET3a M. Scheffner 

ARF123  Nce2 wt pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF129  Nce2 C116A pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF134  Ubc12 wt pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF135  Ubc12 C111S pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF136  Ubc12 C111A pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF137  Ubc12 ΔN26 pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF139  Nce2 C116S pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF140  Nce2 ΔN26‐His pET3a M. Scheffner 

ARF144  Ubc12‐His pET3a M. Scheffner 

ARF145  UbcH5b‐His pET3a M. Scheffner 

ARF162  Nce2 ΔN26 pcDNA3HA M. Scheffner 

ARF175  Nce2  pcDNA4TOmycHisB M. Scheffner 

ARF181  Ubc12  pcDNA4TOmycHisB M. Scheffner 

β‐gal  β‐galactosidase pRcCMV M. Scheffner 

Click NEDD8  His‐NEDD8 M50A 

G76M   pMA‐T ordered from Geneart 

(Invitrogen)  Click Ubiquitin  His‐Ubiquitin 

G76M 

pGDR11 S. Eger (AG Marx, 

University of  Konstanz) 

GST  ‐  pGEX2TK GE Healthcare 

GST‐NEDD8  NEDD8  pGEX2TK M. Scheffner 

GST‐Ubiquitin  Ubiquitin  pGEX2TK M. Scheffner 

HA‐Ubiquitin  Ubiquitin pcDNA3HA M. Scheffner 

His‐Nedp1  Nedp1  pcDNA3.1/V5‐His R. Hay (SCILLS, 

University of Dundee) 

His‐SUMO1  His‐SUMO1 pSG5.0‐Spl M. Scheffner 

His‐Ub  His‐myc‐ubiquitin pcDNA3.1 M. Scheffner 

Myc‐Rad18  Myc‐Rad18 

(human)  pCAGGS Satoshi Tateishi 

(Kumamoto  University, Japan) 

N31,N32  His‐NEDD8 pSG5.0‐Spl

  M. Scheffner 

PCNA for click reaction (164TAG)PCNA  (yeast),  

tRNA (M. barkeri) 

pET11a M. Rubini (AG Marx, 

University of  Konstanz)  PCNA‐SV5‐His wt  PCNA‐SV5‐His

(human)  pcDNA3.1 Genestorm S. Jentsch  

(MPI,Martinsried)  PCNA K164R‐SV5‐His  PCNA K164R‐

SV5‐His (human)  pcDNA3.1 Genestorm S. Jentsch 

(MPI,Martinsried)   

pGSTHsAPPBP1rbsUBA3  GST‐

APPBP1/UBA3  pGST (Huang and Schulman, 

2005) 

PylS  Pyrrolysine 

Synthetase 

pRcCMV  ‐  pRcCMV Invitrogen 

 

2.1.9 DNA‐ and protein markers 

‐GeneRulerTM 1kb Plus DNA Ladder (MBI Fermentas):  

20000, 10000, 7000, 5000, 4000, 3000, 2000, 1500, 1000, 700, 400, 300, 200, 75 [bp] 

‐ PageRulerTM Prestained Protein Ladder (MBI Fermentas):  

170, 130, 95, 72, 55, 43, 34, 26, 17, 10 [kDa]  

‐ PageRulerTM Unstained Protein Ladder (MBI Fermentas):  

200, 150, 120, 100, 85, 70, 60, 50, 40, 30, 25, 20, 15, 10 [kDa] 

 

2.2 Methods 

2.2.1 PCR and cloning 

2.2.1.1 Polymerase chain reaction (PCR) 

For cloning, Phusion Hot Start II High Fidelity DNA Polymerase (Finnzymes) was used according  to manufacturer´s instructions. For colony PCR, Taq polymerase (AG Scheffner) and Thermo Pol  10x buffer (New England Biolabs) were employed. 10 µM primers and 0.2 mM of all dNTPs were  used for each reaction.  

 

2.2.1.2 Gene synthesis 

To  synthesize  cDNA  of  the  specific  part  of  Nce2  Isoform2,  3  µl  of  primers DP69‐DP74  (10  µM  each)  were  pooled  and  1  µl  of  the  oligo  pool  was  used  for  touch  down  PCR  (7  cycles  starting  from  60  °C  annealing  temperature  decreasing  to  57.9  °C;  3  cycles  with  57.9  °C)  with  Phusion  polymerase  (Finnzymes).  For  gene  synthesis  PCR,  1  µl  of  the  assembly  PCR  was  applied  as  template  and  DP69  and  DP74  as  primers  (27  cycles  touch  down  PCR  starting  from  60  °C  annealing temperature and decreasing in 0.3 °C steps each cycle; 3 cycles with 52 °C annealing  temperature). In a PCR using AR84 and DP74, the obtained product was fused to the unspecific  part of Nce2 which was amplified before with primers AR84 and DP68. 

 

2.2.1.3 Site directed mutagenesis 

Point  mutations  were  introduced  using  QuickChange  Site‐Directed  Mutagenesis  (Stratagene)  according  to  manufacturer´s  instructions.  Complementary  primers  containing  mutations  were  used for performing PCR. 10 µl of PCR product were digested with DpnI (NEB) and one fifth of  the digest was transformed into supercompetent XL10 gold E. coli cells. 

     

2.2.1.4   Restriction digest 

All restriction enzymes were obtained from NEB and incubated with DNA in the recommended  buffer in a volume of 50 µl for 2 h at 37 °C. Vectors cut with only one enzyme were additionally  treated for 1 h with 1 µl Antarctic Phosphatase (NEB) in the appropriate buffer. Before ligation,  DNA was purified using NucleoSpin Extract II kit (Clontech). 

 

2.2.1.5   Agarose gel electrophoresis 

To  prepare  1  %  or  2  %  (w/v)  agarose  gels,  agarose  was  boiled  in  TAE  buffer.  Subsequently,  ethidium  bromide  (ROTH)  was  added  to  a  final  concentration  of  0.5  µg/mL.  Gels  were  submerged  in  TAE  buffer  in  a  horizontal  gel  electrophoresis  chamber  and  run  at  3  V/cm. 

Agarose gels were analyzed with a UV transilluminator and photographed using the LAS‐3000  imaging system (Fujifilm). 

 

2.2.1.6   Purification of DNA from agarose gels 

After gel electrophoresis, desired DNA fragments were excised from the agarose gel under a UV  transilluminator and purified using NucleoSpin Extract II kit (Clontech). 

 

2.2.1.7   Ligation  

Purified vector and insert were ligated using T4 ligase and either 5x rapid ligation buffer or 10x  ligation  buffer  (Fermentas).  The  whole  reaction  was  transformed  into  supercompetent E. coli  XL10 gold cells. 

 

2.2.1.8   Transformation of DNA into chemical competent E. coli 

Plasmid  DNA  (whole  ligation  reaction  or  100  ng  of  purified  DNA)  was  mixed  with  100  µl  chemical competent bacteria and incubated on ice for 30 min. After a heat shock for 45 sec at    42 °C, cells were cooled down for 10 min on ice. Transformants containing Ampicillin resistance  were directly plated on LB agar plates. Transformants carrying Chloramphenicol, Kanamycin or  Zeocin  resistance  were  incubated  for  1  h  in  SOC  medium  at  37  °C  to  allow  expression  of  the  resistance genes. After plating, selection plates were incubated over night at 37 °C.  

 

2.2.1.9   Preparation of DNA in low and high scale 

Small scale plasmid purification was performed using alkaline lysis (Birnboim and Doly, 1979). 

Preparation of higher amounts of DNA was carried out using 100 mL overnight culture and  PureYield Plasmid Midiprep System (Promega). 

   

2.2.1.10   Measurement of DNA and RNA concentrations 

DNA  and  RNA  concentration  was  measured  using  a  nanophotometer  (NorthStar  Scientific)  according to manufacturer’s instructions. 

 

2.2.1.11 DNA sequencing 

All sequencing reactions were performed by GATC (Konstanz/Köln). 

 

2.2.2 Maintenance of bacterial cultures and mammalian cell lines 

2.2.2.1   Bacterial cultivation and preparation of glycerol stocks    

Glycerol stocks of BL21 RIL bacteria containing plasmids for protein expression were prepared  by  mixing  600  µl  sterile  glycerol  and  1.4  mL  overnight  culture.  Cryovials  containing  glycerol  stocks were stored at ‐80 °C. 

 

2.2.2.2   Maintenance of mammalian cell lines 

Mammalian cells were kept in the Heraeus CO2 incubator BBD 6220 (Thermo Fisher Scientific)  at  37  °C,  95  %  humidity  and  5  %  CO2.  All  cell  lines  were  cultured  with  DMEM  (Gibco)  supplemented  with  10  %  FCS  (v/v)  (Gibco)  and  50  µg/mL  Normocin  (Invivogen)  or  Penicillin/Streptomycin (1:100, Gibco).  

To split cells, 90 % confluent dishes were washed with PBS and trypsinized with 0.05 % trypsin‐

EDTA  (Gibco).  After  a  short  incubation  at  37  °C,  detached  cells  were  collected  with  DMEM  containing 10 % FCS to stop the trypsin reaction, and transferred into a Falcon tube. Cells were  spun down at 1000 rpm for 1 min. The obtained cell pellet was resuspended and distributed in  new dishes according to requirements.  

 

2.2.2.3   Freezing of cells in liquid nitrogen  

90  %  confluent  cells  were  trypsinized  and  collected  by  centrifugation.  The  cell  pellet  was  resuspended in 1 mL FCS containing 10 % DMSO (v/v) and transferred into a cryovial. The vial  was kept in the freezing container Cryo 1°C (Nalgene) at ‐80 °C overnight and finally stored in  liquid nitrogen. 

 

2.2.3. Protein expression and ‐purification 

2.2.3.1   Expression and purification of GST­fusion proteins in E. coli 

A  distinct  volume  of  LB  medium  containing  100  mg/mL  ampicillin  and  170  µg/mL  chloramphenicol was inoculated with bacteria from a LB agar plate or a glycerol stock and kept  overnight  at  37  °C  and  200  rpm.  The  overnight  culture  was  diluted  to  OD600nm=0.1  the  next 

morning. After growing to an OD600nm=0.6‐0.8, protein expression was induced by the addition of  IPTG to a final concentration of 0.4 mM. The bacterial culture was incubated at 37 °C and 200  rpm  for  4‐6  h  and  then  centrifuged  at  5000  rpm  for  15  min.  The  obtained  pellet  was  resuspended with PBS/1 % Triton‐X‐100 (v/v). Bacterial lysate was then sonicated 2x with 40  pulses (duty cycle: 30‐40 %, output control: 3‐4) using BRANSON sonifier 250 and centrifuged at  13000 rpm for 15 min. Supernatant was transferred into a fresh tube and incubated with 200 µl  Glutathione  Sepharose  4B  (GE  Healthcare)  in  PBS/1  %  Triton‐X‐100  per  200  mL  diluted  overnight culture for 2 h at 4 °C. Beads were washed three times with 5 mL PBS/1 % Triton‐X‐

100 and once with T25N50. Proteins were eluted from the beads using 10 mM Glutathione in 50  mM Tris‐HCl pH 8 or used bound to beads for GST‐pulldown (2.2.5.2). 

GST‐APPBP1/UBA3 was prepared according to (Huang and Schulman, 2005). 

 

2.2.3.2   Expression and purification of His­tagged proteins in E. coli 

Bacterial lysate containing the desired protein was prepared as described in 2.2.3.1. Lysate was  incubated with 10 mM Imidazole and 100 µl Ni‐NTA‐Agarose (Qiagen) in PBS/1 % Triton‐X‐100  per  200  mL  diluted  overnight  culture  for  4  h  or  overnight  at  4  °C.  Beads  were  washed  three  times  with  5  mL  PBS/1  %  Triton‐X‐100  containing  20  mM  Imidazole  and  once  with  T25N50. 

Elution was performed with 300 mM Imidazole in T25N50. 

 

2.2.3.3   Expression and purification of NEDD8 and Ubiquitin for click reactions 

Methionine  auxotrophic E. coli B834  (DE3)  containing  His‐Ubiquitin  G76M  in  pGDR11  were  kindly provided by Silvia Eger (AG Marx, University of Konstanz). His‐NEDD8 M50A G76M was  cloned  into  pGDR11  and  transformed  into  chemical  competent  methionine  auxotrophic E. coli  B834  (DE3)  provided  by  AG  Marx,  University  of  Konstanz.  To  express  His‐Ubiquitin  or  His‐

NEDD8,  10  mL  LB  medium  containing  100  mg/mL  ampicillin  were  inoculated  with  the  respective  bacteria  and  incubated  overnight.  500  µl  overnight  culture  were  added  to  500  mL  new  minimal  media  (NMM)  containing  0.4  mM  methionine  and  grown  to  an  OD600nm  of  0.8. 

Medium  was  then  changed  to  NMM  with  0.5  mM  azidohomoalanine  (provided  by  AG  Marx,  University of Konstanz).  After  30 min, protein  expression was induced with 1  mM IPTG. After  growing for 4‐6 h, bacteria were centrifuged and the pellet was stored at ‐80 °C until further use.  

His‐Ubiquitin  G76M  (Aha)  and  His‐NEDD8  M50A  G76M  (Aha)  were  purified  as  described  in  2.2.3.2  and  dialyzed  using  Slide‐A‐Lyzer  MINI  Dialysis  Devices  (3.5  MWCO)  to  exchange  the  buffer to 20 mM Tris‐HCl (pH 7.5), 20 mM NaCl, 5 % glycerol. 

 

2.2.3.4   Expression and purification of PCNA for click reaction 

Plasmids containing tRNA synthetase PylS, pyrrolysine tRNA and (164TAG) PCNA were kindly 

plasmids  into E. coli BL21  (DE3),  several  colonies  were  tested  for  expression  of  PylS  and  truncated PCNA. The colony with the best expression was used to create a glycerol stock. 

10 mL LB medium containing 10 mg/mL ampicillin and 25 µg/mL kanamycin were inoculated  with the before mentioned glycerol stock and incubated at 37 °C and 200 rpm overnight. Cells  were diluted 1:100 the next morning and at OD600nm= 0.3, Plk (provided by AG Marx, University  of Konstanz) was added to a final concentration of 1 mM. Protein expression was induced with    1 mM IPTG at OD600nm= 0.8. After 6 h, cells were harvested by centrifugation. 

The pellet was resuspended in lysis buffer (50 mM Tris‐HCl, 1 mM EDTA, 0.2 mg/mL lysozyme,   1 µg/mL aprotinin, 1 µg/mL leupeptin, 1 mM PefaBlock, 5 % glycerol, pH 7.5) and incubated on  ice for 30 min. Afterwards, 0.02 % IGEPAL was added and the lysate was sonicated 2x 40 pulses  (duty cycle: 30‐40 %, output control: 3‐4) using BRANSON sonifier 250. 

After  centrifugation  (13000  rpm,  15  min),  150  mM  ammonium  sulfate  and  polyethyleneimine  (400 µl 5 % PEI for 10 mL lysate) were added to the supernatant and stirred for 10 min at room  temperature.  In  a  next  step,  lysate  was  centrifuged  at  15000  rpm  for  40  min.  Additional  ammonium  sulfate  (0,23  g/mL)  was  added  to  the  supernatant,  stirred  for  1  h  at  room  temperature and then centrifuged at 15000 rpm for 30 min. The same procedure was repeated  with 0,24 g/mL ammonium sulfate and the obtained pellet was resuspended in buffer A (20 mM  Tris/HCl;  20  mM  NaCl;  1  mM  EDTA;  1  mM  DTT;  5  %  glycerol,  pH  7.5).  The  protein  was  the  loaded  on  a  Q  sepharose  column  (3  mL  beads/1L  culture)  (Q  sepharose  Fast  Flow,  GE  Healthcare) and eluted with a NaCl gradient in buffer A from 100 mM‐1 M NaCl (elution of PCNA  at  300‐500  mM).  Fractions  containing  pure  protein  were  pooled  and  dialyzed  (Spectra/Por  MWCO 6‐8kDa, 14.6 mm, Serva) against buffer A containing 0.5 mM EDTA. 

 

2.2.3.5 In vitro translation 

In vitro  translation  was  performed  using  TNT  coupled  Reticulocyte  Lysate  System  (Promega)  and S35‐labeled methionine (Perkin Elmer) according to manufacturer´s instructions. 

 

2.2.4 Protein analysis  

2.2.4.1   Bradford assay 

Bio‐Rad  Protein  Assay  (Bio‐Rad)  was  used  to  normalize  total  protein  amounts  according  to  manufacturer´s  instructions.  200  µl  Bradford  reagent  were  mixed  with  1  µl  cell  lysate  and  absorption was measured at 595 nm using a micro plate reader (Wallac 1420 VICTOR Multilabel  Plate Reader).  

     

2.2.4.2   SDS­polyacrylamide gel electrophoresis (SDS­PAGE) 

SDS‐PAGE was performed according to the protocol of (Laemmli, 1970). Dependent on the size  of  proteins,  12.5  %,  15  %  or  5‐15  %  (gradient  gels)  final  concentration  of  acrylamide  in  separating  gels  was  used.  For  cellular  assays,  protein  amounts  were  equalized  either  by  β‐

galactosidase or Bradford assay. Samples were incubated with 5x or 2x loading buffer (reducing  conditions)  for  5  min  at  95  °C  or  2x  Urea  buffer  (non‐reducing  conditions)  for  15  min  at  RT. 

Electrophoresis was performed at a constant current of 50 mA (or 25 mA for thioester assays). 

Gels were analyzed by Coomassie blue staining, western blot or fluorography. 

 

2.2.4.3   Coomassie Blue and colloidal Coomassie staining 

After  SDS‐PAGE,  gels  were  stained  with  Coomassie  for  15  min  at  room  temperature  and  destained with destain solution for several hours. For Colloidal Coomassie staining, 5x Roti‐Blue  (ROTH) was used according to manufacturer´s manual. 

 

2.2.4.4   Fluorography 

To detect S35‐labeled proteins, gels were fixed for 15‐30 min in 40 % methanol and 10 % acetic  acid.  Signals  were  enhanced  by  incubating  gels  for  15‐30  min  in  Amplify  (Amersham  Biosciences). After drying for 2 h at 80 °C, gels were applied to an Imaging plate BASIIIs (Fuji)  and signals were detected using BASReader (Raytest). 

 

2.2.4.5   Western Blot 

Protein  samples  were  separated  by  SDS‐PAGE  and  gels  were  equilibrated  in  transfer  buffer. 

PVDF  membrane  (Millipore)  was  activated  in  methanol  and  consecutively  washed  in  transfer  buffer.  Western  blotting  was  performed  in  a  wet  transfer  apparatus  (BIO‐RAD)  for  90  min  at      60  V.  Afterwards,  membranes  were  incubated  in  5  %  milk  (w/v)  in  TNE‐T  for  30  min  and  washed with TNE‐T two times for 10 min. After incubation with the primary antibody for 1 h,  membranes were washed three times for 10 min. Secondary antibody coupled to horse radish  peroxidase was applied for 45 min. Blots were washed three times and developed using Western  Lightning‐Plus ECL (Perkin Elmer) in the imaging system LAS‐3000 (Fujifilm). 

When  necessary,  blots  were  stripped  using  stripping  buffer  for  30  min  at  room  temperature. 

Afterwards,  blots  were  washed  several  times  with  TNE‐T,  blocked  again  and  incubated  with  another antibody. 

 

 

 

2.2.5 In vitro assays 

2.2.5.1   Methanol­Chloroform precipitation of proteins 

Proteins  were  precipitated  according  to  (Wessel  and  Flugge,  1984).  The  protein  solution  was  mixed  with  the  same  volume  Methanol:  Chloroform  (4:1)  by  vortexing.  After  centrifugation  at  13200 rpm for 5 min at room temperature, supernatant was removed and Methanol was added 

Proteins  were  precipitated  according  to  (Wessel  and  Flugge,  1984).  The  protein  solution  was  mixed  with  the  same  volume  Methanol:  Chloroform  (4:1)  by  vortexing.  After  centrifugation  at  13200 rpm for 5 min at room temperature, supernatant was removed and Methanol was added