Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biochemistry

프로테오독성 스트레스로 대장균 치료 후 단백질 골재의 추출 및 시각화

Published: June 29, 2021 doi: 10.3791/62628

Summary

이 프로토콜은 프로테오독성 항균제로 치료 한 후 대장균에서 집계 및 수용성 단백질의 추출 및 시각화를 설명합니다. 이 절차에 따라 다른 세균성 균주 및 /또는 치료 사이에 생체 내에서 단백질 골집 형성의 질적 비교를 할 수 있습니다.

Abstract

환경 및 세포 스트레스에 살아있는 유기체의 노출은 수시로 단백질 항상성에 있는 중단을 일으키는 원인이 되고 단백질 응집귀귀착될 수 있습니다. 세균성 세포에 있는 단백질 응집체의 축적은 성장 비율, 응력 저항 및 독성에 있는 감소를 포함하여 세포 표현성 행동에 있는 중요한 변경으로 이끌어 낼 수 있습니다. 이러한 스트레스 매개 표현형의 검사를 위한 몇몇 실험적인 절차가 존재합니다. 이 논문은 은 루테늄 함유 항균제로 치료 후 다른 대장균 균주에서 골재 및 수용성 단백질의 추출 및 시각화에 최적화된 분석서를 설명합니다. 이 화합물은 반응성 산소 종을 생성하고 광범위한 단백질 응집을 일으키는 것으로 알려져 있습니다.

이 방법은 치료 및 처리되지 않은 세포로부터 단백질 골재 및 용해성 단백질의 원심분리 계 분리를 나트륨 도데실 황산염-폴리아크라이아미드 젤 전기포진(SDS-PAGE) 및 쿠마시 염색에 의한 후속 분리 및 시각화와 결합한다. 이 접근법은 간단하고 빠르며, 다른 대장균 균주에서 단백질 골체 형성의 질적 비교를 허용합니다. 방법론은 광범위한 박테리아에서 생체 내 단백질 응집에 대한 다른 프로테오독성 항균제의 영향을 조사할 수 있는 가능성을 포함하여 광범위한 응용 분야가 있습니다. 더욱이, 프로토콜은 프로테오독성 물질에 대한 저항증가에 기여하는 유전자를 식별하는 데 사용될 수 있다. 젤 밴드는 특히 응집되기 쉬운 단백질의 후속 식별에 사용할 수 있습니다.

Introduction

박테리아는 필연적으로 환경 스트레스의 무수한에 노출, 낮은 pH(예를 들어, 포유류 위장)1,2,반응성 산소 및 염소 종(ROS/RCS) (예를 들어, 식신구의 산화 파열 중)3,4,5,높은 온도(예를 들어, 온천 또는 열 충격 시)6,7,및 몇 가지 강력한 항균(예를 들어, 이프로토콜)및 몇 가지 강력한 항균(예를 들어, 이 규약) 및 몇 가지 강력한 항균(예를 들어, 이 에 사용됨) 단백질은 이러한 스트레스에 특히 취약하며, 노출은 단백질을 분리/오도하여 다음 씨앗 응집을 유발할 수 있습니다. 모든 유기체는 단백질 잘못 접는9에대처할 수 있는 보호 시스템을 사용합니다. 그러나, 가혹한 긴장은 단백질 질 관리 기계를 압도하고 궁극적으로 단백질을 비활성화하는 단백질의 이차 및/또는 삼차 구조를 방해할 수 있습니다. 결과적으로, 단백질 응집체는 세균성 성장 및 생존, 스트레스 저항 및 독성10에필요한 중요한 세포 기능을 심각하게 손상시킬 수 있다. 따라서, 단백질 집계및 박테리아에 있는 그것의 결과에 집중하는 연구는 전염병 통제에 그것의 잠재적인 충격 때문에 관련 주제입니다.

열 유도 단백질 전개 및 응집은 종종 가역7. 대조적으로, 산화 스트레스와 같은 다른 프로테오독성 응력은 특정 아미노산 사이드 체인의 산화를 통해 돌이킬 수 없는 단백질 변형을 유발하여 단백질을 비/오폴딩시키고, 결국 단백질 응집4를초래할 수 있다. 응력 유발 단백질 골재의 형성은 효모 및 박테리아11,12,13에서분자 보호자 및 보호 기능의 맥락에서 광범위하게 연구되고있다. 여러 프로토콜은 용해성 단백질 골재의 격리 및 분석을 위한 다양한 생화학적 기술을 활용하는 것으로14,15,16,17을공표되었다. 기존 프로토콜은 주로 열 충격 및/또는 분자 보호자의 식별시 세균성 단백질 응집체를 연구하는 데 사용되었습니다. 이러한 프로토콜은 확실히 필드에 발전되었지만, 세포 파괴기, 프랑스 언론 및/또는 초음파처리14,15,17또는 (iii) 시간 반복의 사용을 포함하여 (i) 최대 10 L14,17, (ii) 복잡한 물리적 중단 과정의 큰 세균 배양 부피를 필요로하기 때문에 실험 적 절차에 몇 가지 주요 불편이 있다. 세탁 및 인큐베이션 단계15,16,17.

본 논문은 이전 접근법의 한계를 해결하는 것을 목표로 하는 수정된 프로토콜을 설명하고 프로테오독성 항균 표면 코팅으로 치료 후 두 가지 다른 대장균 균주에서 형성된 단백질 골재의 양을 분석할 수 있게 한다. 코팅은 금속-은(Ag)과 루테늄(Ru)으로 구성되며, 아스코르브산으로 조절되며, 그 항균 활성은 반응성 산소 종8,18의생성에 의해 달성된다. 본명 에서 항균 화합물을 가진 치료 후 세균 배양의 제조에 대한 상세한 설명과 뚜렷한 감수성 프로파일을 가진 두 개의 대장균 균주의 노출 시 단백질 응집 상태의 비교가 항균제의 농도를 증가시키는 것이다. 설명된 방법은 저렴하고 빠르며 재현가능하며 다른 프로테오독성 화합물이 있는 상태에서 단백질 응집을 연구하는 데 사용될 수 있다. 또한, 프로토콜은 다양한 상이한 박테리아에서 특정 유전자 삭제가 단백질 응집에 미치는 영향을 분석하도록 수정될 수 있다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. 대장균 균주 MG1655 및 CFT073의 스트레스 치료

  1. 리소게니 국물 (LB) 배지의 접종 5 mL 는 대장균 균주 MG1655 및 비뇨기요법 대장균 (UPEC) 균주 CFT073의 단일 콜로니를 가진 배지, 각각 37 °C 및 300 rpm에서 14-16 h (하룻밤)에 대한 배양.
    참고: 대장균 CFT073은 인간 병원체입니다. CFT073의 처리는 생물 안전 수준-2 인증 실험실에서 적절한 생물 안전 조치를 통해 수행해야 합니다.
  2. 각 균주는 3-(N-morpholino)의 프로판설포닉산(MOPS)-포도당(MOPS-g)의 70mL를 함유한 500mL 플라스크로 희석(표1)600nm(OD600)값에서 광학 밀도에 중간을 한다. 중간 로그 단계에 도달할 때까지 37°C 및 300 rpm에서 배양한다(OD600 = 0.5-0.55).
  3. 각 배양20mL를 3개의 예온125mL 플라스크로 옮기고 37°C, 300rpm에서 2분 동안 배양한다.
    참고: 시료의 적시 처리가 필요하므로 한 번에 6배 이하의 배양식을 처리하지 않습니다.
  4. 2 mg/mL의 농도에서 MOPS-g 배지에서 항균 화합물 용액을 준비합니다. 표시된 농도에 도달하기 위해 각 배양에 항균을 추가합니다. 처리되지 않은 컨트롤의 경우 필요한 양의 MOPS-g 배지를 추가합니다.
    참고: 화합물 입자의 균등한 분포를 허용하고 침전을 피하기 위해 2 mg/mL 항균 용액을 소용돌이.
  5. 37°C및 300rpm에서 45분 동안 배양합니다.

Figure 1
그림 1: 대장균 스트레스 치료. 세균 배양은 MOPS-g에서 재배되고 중간 로그 상에 도달하면 은 루테늄 함유 항균제의 표시 농도로 처리된다. 약어: LB = 리소제니 국물; Ag-Ru = 실버 루테늄; MOPS-g = 3-(N-모르폴리노)프로파네설포닉산(MOPS)-포도당. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 세균 세포 샘플 수집

  1. 45분 의 스트레스 치료 후 각 배양의 OD600을 결정합니다. 각 샘플에 대해, 수확 세포는 4mL의 OD600 = 15mL 원심분리기 튜브에서 1에 3,000 × g 및 4°C에서 15분 동안 원심분리에 의해 1에 해당한다.
  2. 상체를 완전히 제거하고 얼음 냉기 용해 버퍼(표 1)의50 μL에서 세포 펠릿을 다시 분리합니다. 얼음에 30 분 동안 샘플을 배양.
    참고: 이 리시스 단계는 펩티도글리칸 층을 저하시다. 항상 갓 준비된 용해 버퍼를 사용하십시오.
  3. 샘플을 1.7mL 마이크로센심심분리기 튜브로 옮기습니다. 추가 사용이 될 때까지 -80 °C에서 동결하십시오.

Figure 2
그림 2: 세균 샘플 수집. 셀 샘플은 원심분리에 의해 수확되고 리시스 버퍼에서 다시 리시 버퍼로 재장매되고 -80 °C에서 저장하십시오.

3. 용해성 단백질 응집체 추출

  1. 얼음에 샘플을 해동.
    참고: 동결 해동 주기는 세포 용해에 기여합니다.
  2. 얼음 차가운 버퍼 A(표 1)의360 μL을 추가하고 파이펫팅하여 부드럽게 섞습니다.
    참고: 삼투압 쇼크는 세포 리시스에도 영향을 줄 것입니다.
  3. 샘플을 0.5mm 유리 구슬의 ~200 μL을 함유한 2mL 마이크로센심심분리기 튜브로 이송합니다. 1,400 rpm에서 흔들리는 열믹서에서 8 °C에서 30 분 동안 배양하십시오.
    참고: 이 단계는 셀의 물리적 중단을 초래합니다. 프로테아제 억제제는 단백질 분해를 최소화하는 데 사용될 수 있다. 중단은 4°C에서 수행될 수 있다. 유리 구슬의 사용은 효모(19)에서단백질의 작은 부분 집합의 응집을 유도하기 위해보고되었다.
  4. 유리 구슬을 정착시키기 위해 흔들리지 않고 얼음에 5 분 동안 배양하십시오. 셀 리세이트 200 μL을 1.7mL 마이크로센심분리기 튜브로 옮기습니다.
    참고: 유리 구슬의 전송을 피하십시오.
  5. 원심분리기는 16,000× g, 4°C에서 20분 동안. 수용성 단백질을 포함하는 상체를 수집하고 섹션 4로 진행하십시오.
  6. 파이펫을 사용하여 200 μL의 얼음 냉간 버퍼A(표 1)에서펠릿을 다시 중단합니다. 원심분리기는 16,000× g, 4°C에서 20분 동안. 신중하게 완전히 상체를 제거합니다.
  7. 얼음 냉간 버퍼 B 200 μL(표 1재료 표참조)을 추가하고 파이펫팅으로 펠릿을 조심스럽게 재보페수합니다.
    참고: 비이온 세제는 막 단백질을 용해시킵니다.
  8. 원심분리를 16,000× g, 4°C에서 20분 동안 반복한다. 상체를 조심스럽게 제거합니다.
  9. 페펫팅에 의해 200 μL의 냉완충제A(표 1)에서펠릿을 다시 놓습니다. 원심분리기는 16,000× g, 4°C에서 20분 동안. 상체를 완전히 제거합니다.
  10. 1x의 100 μL에서 펠릿을 재연하여 SDS 샘플버퍼(표 1)를감소시키고 써모믹서에서 95°C에서 5분간 끓입니다.
  11. 샘플을 -20°C에 저장하여 분리를 위해 SDS 폴리아크라이글라미드 젤에 나중에 또는 즉시 로드합니다.

Figure 3
그림 3: 용해성 단백질 골재의 추출. 단백질 응집체의 추출은 세포 중단, 수용성 단백질에서 단백질 응집물의 분리, 막 단백질의 용해성 및 세척을 포함하여 일련의 단계를 포함합니다. 약어: SDS = 나트륨 도데실 황산염. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4. 수용성 단백질 샘플 준비

  1. 100% 트리클로로아세트산(TCA)의 1부피를 3.6단계에서 수용성 단백질 샘플 4부와 혼합한다.
    참고: TCA를 처리하려면 연기 후드와 개인 보호 장비 및 승인된 폐기물 처리 절차가 필요합니다.
  2. 단백질 강수량을 허용하기 위해 4 °C에서 10 분 동안 배양하십시오.
    참고: 백색 침전제가 곧 나타납니다.
  3. 원심분리기는 21,000× g및 4°C에서 5분 동안 침전시키고 상체를 제거한다. 200μL의 얼음-차가운 아세톤으로 펠릿을 세척하여 셀룰러 이물질을 제거합니다. 원심분리기는 21,000× g및 4°C에서 5분 동안 상복부를 제거한다. 총 3단계에서 이러한 작업을 총 세 번 반복합니다.
  4. 37°C의 써모믹서에 열린 뚜껑이 있는 마이크로센심분리기 튜브를 배치하여 펠릿에서 나머지 아세톤을 제거합니다.
    참고: 5분 이상의 배큐베이션은 단백질 펠릿의 용해도를 감소시킬 수 있다.
  5. SDS버퍼(표 1)를줄이고 펠릿을 완전히 용해시키는 1x의 100 μL을 추가합니다. 95°C에서 5분간 시료를 끓입니다.
  6. 샘플을 -20°C에 저장하여 분리를 위해 SDS 폴리아크라이글라미드 젤에 나중에 또는 즉시 로드합니다.

Figure 4
그림 4: 용해성 단백질의 준비. 수용성 단백질의 준비는 삼열산과 함께 강수 단계를 포함하고 얼음 차가운 아세톤으로 반복세척한다. 약어: TCA = 트리클로로아세트산; SDS = 나트륨 도데실 황산염. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

5. SDS-PAGE를 사용하여 추출된 단백질 골재의 분리 및 시각화

  1. 12% SDS-폴리아크라이알라미드 젤을 준비합니다.
    1. 두 개의 분리 젤의 경우, 파이펫 5.1 mL의 이중 증류수 (ddH2O), 3.75 mL 의 Tris-HCl (pH 8.8), 7.5 mL 20 % (w /v) SDS, 6mL 의 30% 아크릴아미드/비사크라이엘라미드(29:1) 용액, 75mL w/v 암모늄 감산, 10mL의 테트라메틸레틸렌디아민(TEMED)을 15mL 원심분리튜브에 넣고 공기버블을 도입하지 않고 부드럽게 섞는다. 유리 판 내 1mL 파이프를 사용하여 젤을 붓고 혼합물의 상부 2cm를 자유롭게 둡니다. 분리 젤 의 상단에 70 % 에탄올을 추가하고 두 층 사이의 균일 한 인터페이스를 허용합니다.
    2. 분리 겔의 중합 후, ddH2O의 1.535 mL을 배관하여 스태킹 젤을 준비, 625mL 의 Tris-HCl (pH 6.8), 12.5 mL 20 % (w / v) SDS, 335 mL 30 % 아크릴 아미드 / 비사 크라이 라미드 (29:1) 용액, 12.5 mL 12.5 mL 10% w / v 암몬늄 persul. 분리 젤에서 에탄올을 제거하고 스태킹 젤 용액을 추가합니다. 기포를 도입하지 않고 원하는 포켓 수의 빗을 삽입합니다. 20-30 분 동안 중합을 허용하십시오.
  2. 각 시료와 단백질 사다리의 4 μL을 별도의 우물에 적재하고 실온에서 45분 동안 트리스-글리신 러닝버퍼(표 1)에서젤을 실행합니다.
    참고: 브로모페놀 밴드가 젤에서 마이그레이션하려고 할 때 젤을 중지합니다.
  3. 젤을 전예 페어뱅크스 솔루션A(표 1)에서로커에서 30분 동안 염색합니다.
  4. 미리 워진 페어뱅크스 용액D(표 1)에서원하는 배경(예: 하룻밤)까지 로커에서 젤을 탈색한다.

Figure 5
그림 5: 단백질 분리 및 시각화. 샘플은 SDS-PAGE로 분리되고 Coomassie 염색에 의해 시각화됩니다. 약어: SDS-PAGE = 나트륨 도데딜 황산염-폴리아크라이알라미드 젤 전기포고증. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figure 6
도 6: 대장균 균주 MG1655 및 UPEC 균주 CFT073에서 항균 유도 단백질 응집의 대표적인 결과. 대장균 균주 MG1655 및 CFT073은 37°C및 300 rpm에서 OD600= 0.5-0.55로 성장한 후 MOPS-g 미디어에서 표시 농도(-, 0 mg/mL; +, 175 mg/mL; +, +, 200 mg/mL; ++, 200 mg/mL)의 항균으로 치료하였다. 용해성 및 불용성 단백질 샘플은 프로토콜 및 도 1, 도 2, 도 3도 4에 기재된 바와 같이 제조되었고, 12% SDS 폴리아크릴아미드 겔(도5)에시각화하였다. 단백질 골체 형성(불용성 분획)은 항균성의 존재에서 두 균주에서 증가하였고 수용성 단백질의 양이 감소하였다. 전반적으로, 항균은 CFT073보다 MG1655에 훨씬 더 강력한 효과를 가졌다. 약어: M= 단백질 마커; UPEC = 비뇨생식증 대장균; MOPS-g = 3-(N-모르폴리노)프로파네설포닉산(MOPS)-포도당; SDS = 나트륨 도데실 황산염. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

여기서, 2개의 대장균 균주는 이 프로토콜을 보여주기 위하여 프로테오독성 은 루테늄 함유 항균에 그들의 감수성이 다른 다른 사용되었다. 예비 생존 데이터는 MMENsal 대장균 균주 MG1655가 UPEC 균주 CFT073보다 ROS 생성 항균에 훨씬 더 민감하다는 것을 밝혔다(데이터는 도시되지 않음). 두 균주는 37 °C및 300 rpm에서 MOPS-g 미디어에서 성장하였다. 중간 로그 단계에서, 세포는 치료되지 않고 방치되거나 175 μg/mL 및 200 μg/mL의 항균제, 각각 45분 동안 배양하였다. 그 후, 세포는 용해성 단백질로부터 분리된 세포 단백질 골재및 세포 단백질 골재를 분해하였다. 두 분획의 단백질은 SDS-PAGE에 의해 분리되고 Coomassie 염색에 의해 시각화되었습니다. 도 6에 도시된 불용성 분획은 형성된 단백질 응집체의 양을 나타내며, 이는 세포가 처리되지 않은 세포에 비해 항균의 존재에서 배양되었을 때 증가하였다. 단백질 골재 형성의 증가는 스트레인 배경과 무관했지만, 골체 형성의 훨씬 더 뚜렷한 증가가 더 민감한 균주 MG1655에서 검출되었다. 반대로, 치료되지 않은 대응에 비해 세포의 항균 처리 후 수용성 단백질(수용성 분획)의 양이 적어 관찰되었다. 이러한 결과는 MG1655보다 CFT073에서 항균의 실질적으로 더 높은 내성을 보인 예비 데이터를 감안할 때 예상되었다.

솔루션 조리법
버퍼 A 10mM 칼륨 인산염(pH 6.5), 1m EDTA
버퍼 B 버퍼 A2% 노니데트 P-40을 함유한다. 나중에 사용할 수 있는 실온에 보관할 수 있습니다.
페어뱅크스 A (스테닝 솔루션) 25% 이소프로판올, 10% 빙하 아세트산, 1.4 g Coommassie R-250
페어뱅크스 D (스테인닝 솔루션) 빙하 아세트산 용액 10%
리시스 버퍼 10mM 칼륨 인산염(pH 6.5), 1mM EDTA, 20% 자당이 장기간 실온에서 제조 및 보관할 수 있다. 사용 전에 1 mg/mL 리소지메와 50 u/mL 벤조나아제 신선한 추가.
걸스-g 미디어 100 mL 10x MOPS, 10mL 0.132 M K2HPO4, 10mL 20% 포도당, 0.5 mL 20 mM 티아민. ddH2O 및 멸균 필터로 최대 1L채우기
1x SDS 샘플 버퍼 6.5 mM Tris-HCl (pH 7), 10 % 글리세롤, 2 % SDS, 0.05 % 브로모페놀 블루 및 2.5 % β-mercaptoethanol. -20 °C에 보관하십시오.
12% SDS 폴리아크릴아미드 젤 제제(젤 2개용) 분리 젤: 5.1 mL ddH2O, 3.75 mL Tris-HCl (pH 8.8), 75 mL 20 % w / v SDS, 6 mL 30 % 아크릴아미드 / 비사 크라이 알라미드 용액 29:1 솔루션, 75 mL 10 % w / v 암몬암몬산나트륨
스태킹 젤: 1.535 mL ddH2O, 625 mL Tris-HCl (pH 6.8), 12.5 mL 20% w/v SDS, 335 mL 30% 아크릴라미드/비사크라이엘라미드 솔루션 29:1 솔루션, 12.5mL 10% w/am/am/v.2l
SDS 실행 버퍼 25mM Tris, 192m 글리신, 0.1% SDS/ ddH2O. 실온 매장.

표 1: 버퍼, 미디어 및 솔루션입니다. 이 프로토콜에 사용되는 버퍼, 미디어 및 솔루션에 대한 조리법입니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

이 프로토콜은 프로테오독성 항균제로 상이한 대장균 균주를 치료한 후 단백질 골체 형성을 분석하기 위한 최적화된 방법론을 설명한다. 이 프로토콜은 치료 및 치료되지 않은 대장균 세포로부터 불용성 및 용해성 단백질 분획을 동시에 추출할 수 있게 합니다. 세포로부터의 단백질 골재 절연을 위한 기존 프로토콜에 비해14,15,16,20,이 방법은 몇 가지 장점이 있다: (i) 작은 배양부(4-8 mL)만이 필요하다; (ii) 세포 중단 과정은 프랑스 프레스, 세포 파괴기 또는 초음파 장치와 같은 특수 장비에 의존하지 않습니다. 그리고 (iii) 프로토콜은 현장에서 상대적으로 초기 경력 과학자도 따라하기 쉽습니다.

박테리아는 그들의 자연 환경에서 스트레스의 무수한 발생, 그리고 그들 중 많은 위협을 나타냅니다., 특히 단백질에, 세포에서 가장 풍부한 대거대 분자21. 설명된 방법론은 많은 잠재적인 응용 프로그램을 제공합니다. 그 중 하나는 광범위한 응력(예를 들어, 높은 온도, 반응성 산소 종, 반응성 염소 종) 및 화학 화합물이 박테리아, 고고학, 심지어 진핵세포5,12,22,23의단백질 항상성에 영향을 미치는 효능을 조사할 가능성이 있다. 우리의 추출은 두 개의 먼 관련 대장균 균주, MG1655 및 CFT073로 수행되었다. 그러나, 또한 야생형 및 돌연변이 균주에서 단백질 골집 형성을 비교함으로써 단백질 항상성에 대한 특정 유전자 제품의 역할을 성공적으로 연구하기 위해 적용되었다11,12.

성장 조건 및 스트레스 집중의 적절한 수정 및 문제 해결을 고려한 후, 이 프로토콜은 다른 그램 음성5 및 그람 양성 박테리아8에서단백질 골집 형성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 특히, SDS-PAGE 후에 분리된 젤 밴드는 밀도로 분석될 수 있다(즉, ImageJ를 사용하여). 이러한 접근법은 또한 분자보호자(24)의억제제와 같은 추가 치료 화합물의 영향을 분석하는 데 사용될 수 있다. 가장 흥미롭게도, 불용성 단백질 분획5,15에서의 존재 또는 부재를 결정하는 것만으로특정 스트레스 조건 하에서 응집에 민감한 단백질 종의 유형에 대한 정보를 제공하기 위해 질량 분광접근법과결합될 수 있다.

이 프로토콜의 성공은 세포가 노출되는 스트레스와 노출의 주의 깊은 고려가 필요합니다. 따라서, 프로테오독성 농도를 결정하기 위해 스트레스 농도가 증가함에 따라 예비 생존 분석방법을 수행하는 것이 좋습니다. 또한 스트레스제 솔루션은 각 실험 전에 신선하게 준비되어야 하며 샘플 수집 시간은 일관되게 유지됩니다. 이 방법의 한 가지 제한사항은 동시에 처리할 수 있는 샘플 수가 적다는 것입니다. 이는 주로 제1항에 있는 시료의 시간에 민감한 처리로 기인하며, 이는 침전을 피하기 위해 배양에 화합물을 첨가하는 사이에 항균용액의 상당한 소용돌이 단계를 수반한다. 그러나, 이것은 다른 수용성 스트레스가 적용될 때 그런 문제가 되지 않을 수 있습니다. 더욱이, 기술된 절차는 단백질 골재 위치 및 궤적에 대한 시간 해결 정보를 제공하지 않으며, 이는 시간 경과 현미경 검사법과 함께 형광 현미경 검사법과 같은 보다 진보된 기술을 필요로한다(25). 요약하자면, 개선된 방법론은 간단하고, 따르기 쉽고, 저렴하며, 프로테오독성 화합물 또는 세균성 스트레스 반응 유전자를 식별하기 위한 맞춤형 접근법을 허용하는 추가 수정 가능성을 제공합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

이 작품은 일리노이 주립 대학 생물 과학 스타트업 기금, 일리노이 주립 대학 뉴 교수 이니셔티브 그랜트, NIAID 보조금 R15AI164585 (J.U. D.). G.M.A.는 일리노이 주립 대학 학부 연구 지원 프로그램 (G.M.A.에 의해 지원되었다. K. P. H.는 독일 학술 교류 서비스(DAAD)에서 제공하는 RISE 펠로우십의 지원을 받았습니다. 저자는 AGXX 분말을 제공 에 대한 라지네텍 버트리브 GmbH에서 박사 우웨 란다우와 박사 카스텐 마이어 에게 감사드립니다. 그림 1, 도 2, 그림 3, 그림 4,그림 5는 바이오렌더로 생성되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chemicals/Reagents
Acetone Fisher Scientific 67-64-1
30% Acrylamide/Bisacrylamide solution 29:1 Bio-Rad 1610156
Ammonium persulfate Millipore Sigma A3678-100G
Benzonase nuclease Sigma E1014-5KU
Bluestain 2 Protein ladder, 5-245 kDa GoldBio P008-500
β-mercaptoethanol Millipore Sigma M6250-100ML
Bromophenol blue GoldBio B-092-25
Coomassie Brilliant Blue R-250 MP Biomedicals LLC 821616
D-Glucose Millipore Sigma G8270-1KG
D-Sucrose Acros Organics 57-50-1
Ethylenediamine tetra acetic acid (EDTA) Sigma-Aldrich SLBT9686
Glacial Acetic acid Millipore Sigma ARK2183-1L
Glycerol, 99% Sigma-Aldrich G5516-1L
Glycine GoldBio G-630-1
Hydrochloric acid, ACS reagent Sigma-Aldrich 320331-2.5L
Isopropanol (2-Propanol) Sigma 402893-2.5L
LB broth (Miller) Millipore Sigma L3522-1KG
LB broth with agar (Miller) Millipore Sigma L2897-1KG
Lysozyme GoldBio L-040-25
10x MOPS Buffer Teknova M2101
Nonidet P-40 Thomas Scientific 9036-19-5
Potassium phosphate, dibasic Sigma-Aldrich P3786-1KG
Potassium phosphate, monobasic Acros Organics 7778-77-0
Sodium dodecyl sulfate (SDS) Sigma-Aldrich L3771-500G
Tetramethylethylenediamine (TEMED) Millipore Sigma T9281-50ML
Thiamine Sigma-Aldrich T4625-100G
100% Trichloroacetic acid Millipore Sigma T6399-100G
Tris base GoldBio T-400-1
Material/Equipment
Centrifuge tubes (15 mL) Alkali Scientific JABG-1019
Erlenmeyer flask (125 mL) Carolina 726686
Erlenmeyer flask (500 mL) Carolina 726694
Freezer: -80 °C Fisher Scientific
Glass beads (0.5 mm) BioSpec Products 1107-9105
Microcentrifuge Hermle Z216MK
Microcentriguge tubes (1.7 mL) VWR International 87003-294
Microcentriguge tubes (2.0 mL) Axygen Maxiclear Microtubes MCT-200-C
Plastic cuvettes Fischer Scientific 14-377-012
Power supply ThermoFisher Scientific EC105
Rocker Alkali Scientific RS7235
Shaking incubator (37 °C) Benchmark Scientific
Small glass plate Bio-Rad 1653311
Spacer plates (1 mm) Bio-Rad 1653308
Spectrophotometer Thermoscientific 3339053
Tabletop centrifuge for 15 mL centrifuge tubes Beckman-Coulter
Vertical gel electrophoresis chamber Bio-Rad 1658004
Vortexer Fisher Vortex Genie 2 12-812
Thermomixer Benchmark Scientific H5000-HC
10 well comb Bio-Rad 1653359

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dahl, J. -U., et al. HdeB functions as an acid-protective chaperone in bacteria. Journal of Biological Chemistry. 290 (1), 65-75 (2015).
  2. Foit, L., George, J. S., Zhang, B. W., Brooks, C. L., Bardwell, J. C. A. Chaperone activation by unfolding. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (14), 1254-1262 (2013).
  3. Sultana, S., Foti, A., Dahl, J. -U. Bacterial defense systems against the neutrophilic oxidant hypochlorous acid. Infection and Immunity. 88 (7), 00964 (2020).
  4. Dahl, J. -U., Gray, M. J., Jakob, U. Protein quality control under oxidative stress conditions. Journal of Molecular Biology. 427 (7), 1549-1563 (2015).
  5. Groitl, B., Dahl, J. -U., Schroeder, J. W., Jakob, U. Pseudomonas aeruginosa defense systems against microbicidal oxidants. Molecular Microbiology. 106 (3), 335-350 (2017).
  6. Casadevall, A. Thermal restriction as an antimicrobial function of fever. PLoS Pathogens. 12 (5), 1005577 (2016).
  7. Richter, K., Haslbeck, M., Buchner, J. The heat shock response: life on the verge of death. Molecular Cell. 40 (2), 253-266 (2010).
  8. Van Loi, V., Busche, T., Preuß, T., Kalinowski, J., Bernhardt, J. The AGXX ® antimicrobial coating causes a thiol-specific oxidative stress response and protein S-bacillithiolation in Staphylococcus aureus. Frontiers in Microbiology. 9, 3037 (2018).
  9. Anfinsen, C. B., Scheraga, H. A. Experimental and theoretical aspects of protein folding. Advances in Protein Chemistry. 29, 205-300 (1975).
  10. Schramm, F. D., Schroeder, K., Jonas, K. Protein aggregation in bacteria. FEMS Microbiology Reviews. 44 (1), 54-72 (2020).
  11. Tomoyasu, T., Mogk, A., Langen, H., Goloubinoff, P., Bukau, B. Genetic dissection of the roles of chaperones and proteases in protein folding and degradation in the Escherichia coli cytosol. Molecular Microbiology. 40 (2), 397-413 (2001).
  12. Gray, M. J., et al. Polyphosphate is a primordial chaperone. Molecular Cell. 53 (5), 689-699 (2014).
  13. Weids, A. J., Ibstedt, S., Tamás, M. J., Grant, C. M. Distinct stress conditions result in aggregation of proteins with similar properties. Scientific Reports. 6, 24554 (2016).
  14. Mogk, A., et al. Identification of thermolabile Escherichia coli proteins: prevention and reversion of aggregation by DnaK and ClpB. EMBO Journal. 18 (24), 6934-6949 (1999).
  15. Fay, A., Glickman, M. S. An essential nonredundant role for mycobacterial DnaK in native protein folding. PLoS Genetics. 10 (7), 1004516 (2014).
  16. Schramm, F. D., Heinrich, K., Thüring, M., Bernhardt, J., Jonas, K. An essential regulatory function of the DnaK chaperone dictates the decision between proliferation and maintenance in Caulobacter crescentus. PLoS Genetics. 13 (12), 1007148 (2017).
  17. Maisonneuve, E., Fraysse, L., Moinier, D., Dukan, S. Existence of abnormal protein aggregates in healthy Escherichia coli cells. Journal of Bacteriology. 190 (3), 887-893 (2008).
  18. Heiss, A., Freisinger, B., Held-Föhn, E. Enhanced antibacterial activity of silver-ruthenium coated hollow microparticles. Biointerphases. 12 (5), (2017).
  19. Papnayotou, I., Sun, B., Roth, A. F., Davis, N. G. Protein aggregation induced during glass bead lysis of yeast. Yeast. 27 (10), 801-816 (2010).
  20. Chuang, S. E., Blattner, F. R. Characterization of twenty-six new heat shock genes of Escherichia coli. Journal of Bacteriology. 175 (16), 5242-5252 (1993).
  21. Imlay, J. A. The molecular mechanisms and physiological consequences of oxidative stress: Lessons from a model bacterium. Nature Reviews Microbiology. 11 (7), 443-454 (2013).
  22. Mühlhofer, M., et al. The heat shock response in yeast maintains protein homeostasis by chaperoning and replenishing proteins. Cell Reports. 29 (13), 4593-4607 (2019).
  23. Chandrangsu, P., Rensing, C., Helmann, J. D. Metal homeostasis and resistance in bacteria. Nature Reviews Microbiology. 15, 338-350 (2017).
  24. Stevens, M., et al. HSP60/10 chaperonin systems are inhibited by a variety of approved drugs, natural products, and known bioactive molecules. Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. 29 (9), 1106-1112 (2019).
  25. Schramm, F. D., Schroeder, K., Alvelid, J., Testa, I., Jonas, K. Growth-driven displacement of protein aggregates along the cell length ensures partitioning to both daughter cells in Caulobacter crescentus. Molecular Microbiology. 111 (6), 1430-1448 (2019).

Tags

생화학 제172 스트레스 반응 단백질 응집 단백질 전개 박테리아 단백질 품질 관리 산화 스트레스 항균제 프로테오스테스타증
프로테오독성 스트레스로 <em>대장균</em> 치료 후 단백질 골재의 추출 및 시각화
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sultana, S., Anderson, G. M.,More

Sultana, S., Anderson, G. M., Hoffmann, K. P., Dahl, J. U. Extraction and Visualization of Protein Aggregates after Treatment of Escherichia coli with a Proteotoxic Stressor. J. Vis. Exp. (172), e62628, doi:10.3791/62628 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter