مقالة منهجية
توضح هذه المقالة طريقة لاكتشاف وتحليل التفاعلات الديناميكية بين البروتين ذي الأهمية والعوامل الأخرى في الجسم الحي. تعتمد طريقتنا على تقنية قمع العنبر التي تم تطويرها في الأصل بواسطة Peter Schultzوزملاؤه 1. يتم إدخال طفرة كهرمانية لأول مرة في كودون معين من الجين الذي يشفر البروتين محل الاهتمام. ثم يتم التعبير عن طفرة العنبر في بكتريا قولونية مع الجينات التي تشفر الحمض النووي الريبي المثبط للكهرمان وسينثيتاز أميني acyl-tRNA المشتق من Methanococcus jannaschii. باستخدام هذا النظام ، يتم دمج الأحماض الأمينية القابلة للتنشيط الضوئية التناظرية p-benzoylphenylalanine (Bpa) في الكودون الكهرماني. ثم يتم تشعيع الخلايا بالأشعة فوق البنفسجية لربط بقايا Bpa بالبروتينات الموجودة في حدود 3-8 Å. يتم إجراء الربط المتقاطع الضوئي بالاشتراك مع وضع العلامات على مطاردة النبض والترسيب المناعي للبروتين محل الاهتمام من أجل مراقبة التغيرات في تفاعلات البروتين والبروتين التي تحدث على مدى فترة زمنية من ثوان إلى دقائق. لقد قمنا بتحسين الإجراء لدراسة تجميع عامل الفوعة البكتيرية الذي يتكون من مجالين مستقلين ، مجال مدمج في الغشاء الخارجي ومجال يتم نقله إلى الفضاء خارج الخلية ، ولكن يمكن استخدام الطريقة لدراسة العديد من عمليات التجميع المختلفة والمسارات البيولوجية في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. من حيث المبدأ ، يمكن تحديد العوامل المتفاعلة وحتى المخلفات المحددة للعوامل المتفاعلة التي ترتبط ببروتين ذي أهمية عن طريق قياس الطيف الكتلي.
غالبا ما يكون من الضروري تحديد وتوصيف التفاعلات بين البروتين ذي الأهمية والمكونات الخلوية الأخرى لتحديد دوره في مسار بيولوجي ، أو لفهم تجميعه ، أو لتوضيح آلية عمله. تستخدم مجموعة متنوعة من الأساليب بشكل شائع لدراسة تفاعلات البروتين والبروتين ، ولكن جميعها لها حدودها. إن أبسط طريقة غير متحيزة لتحديد البروتينات التي ترتبط بالبروتين ذي الأهمية هي التنقية (أو الترسيب المناعي) ولكن هذا النهج يتطلب أن يظل مركب البروتين سليما أثناء إجراء التنقية. يمكن تثبيت تفاعلات البروتين الضعيفة أو العابرة من خلال الربط الكيميائي المتقاطع ، ولكن هذه الطريقة تتطلب عادة استخدام المركبات التي تربط البروتينات من خلال الأمينات الأولية المنتشرة على نطاق واسع في تسلسل البروتين. يمكن إنشاء أنماط الربط المتقاطع المعقدة التي يصعب تفسيرها ، خاصة عندما تكون البروتينات ذات الأهمية مكونات مجمعات متعددة البروتينات. علاوة على ذلك ، نظرا لأن أذرع الفاصل للروابط المتقاطعة الكيميائية تتجاوز عموما 10 Å في الطول ، يمكن تشكيل الروابط التساهمية مع البروتينات الموجودة بالقرب من البروتين محل الاهتمام ولكنها لا تتفاعل معه مباشرة. غالبا ما تكون طرق مثل كروماتوغرافيا التقارب والشاشات ثنائية الهجين مفيدة أيضا لتحديد تفاعلات البروتين والبروتين. ومع ذلك ، يتطلب النهج الأول إعادة إنتاج الظروف التي تعزز التفاعلات ذات الأهمية الفسيولوجية ولا يمكن استخدامها للكشف عن التفاعلات الضعيفة. يتطلب النهج الأخير إمكانية تكرار تفاعلات الربط في الكائن الحي المضيف والحفاظ عليها عند وضع بروتين محل اهتمام وشركائه المرتبطين في سياق بروتين الاندماج. تميل الطرق الهجينة أيضا إلى توليد نتائج إيجابيةكاذبة 2. بمجرد إنشاء تفاعل البروتين والبروتين ، غالبا ما تكون هناك حاجة إلى عمل كبير لرسم خريطة لموقع التفاعل. ربما يكون العيب الأكثر أهمية في الأساليب التقليدية هو أنها لا توفر أي معلومات حول التسلسل الزمني للتفاعلات بين الجزيئات أو حركية الارتباط.
تصف هذه الورقة طريقة بسيطة تتغلب على بعض قيود الأساليب الأخرى المستخدمة لدراسة تفاعلات البروتين والبروتين. في البداية ، يتم إدخال طفرة كهرمانية واحدة في الجين الذي يشفر بروتينا ذا أهمية. ثم يتم التعبير عن طفرة العنبر مع الحمض النووي الريبي المثبط للكهرمان وسينثيتاز أميني acyl-tRNA المشتق من Methanococcus jannaschii التي تم تصميمها لدمج الأحماض الأمينية القابلة للتنشيط الضوئي التناظرية p-benzoylphenylalanine (Bpa) فقط في كودونات العنبر3. ثم يسهل تشعيع الخلايا ذات الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الطويل (الأشعة فوق البنفسجية) (~ 365 نانومتر) تكوين رابطة تساهمية بين Bpa والبروتينات الموجودة في حدود ~ 3-8 Å4,5. في بعض السياقات التجريبية ، يمكن أيضا تكوين روابط متقاطعة بين Bpa المنشط والمكونات غير البروتينية للخلايا مثل الدهون والأحماض النووية6. يجب أن تكون الجزيئات التي يتم إنهاؤها عند الكودون الكهرماني قابلة للتمييز بسهولة عن البروتين كامل الطول على SDS-PAGE ولا يمكن ربطها بالبروتينات الأخرى. من خلال إخضاع الخلايا لوضع العلامات الراديوية لمطاردة النبض قبل الربط المتقاطع ثم الترسيب المناعي أو تنقية منتجات الربط المتقاطع ، يمكن تحديد تسلسل ومدة تفاعلات البروتين والبروتين. تعد القدرة على توليد معلومات زمنية حول التفاعلات بين الجزيئات ذات قيمة خاصة لدراسة تطور البروتين ذي الأهمية من خلال أي مسار تجميع أو اتجار أو إشارات متعدد الخطوات وتحديد وسيطات المسار. مثل الربط الكيميائي المتقاطع ، يكتشف الارتباط المتقاطع الخاص بالموقع تفاعلات البروتين والبروتين التي تحدث في ظل الظروف الفسيولوجية ، ولكن إدخال رابط متقاطع في موضع واحد يسهل تحليل التفاعلات بين الأجزاء الفردية من البروتين وعوامل أخرى. هذه الميزة الفريدة للربط المتبادل الخاص بالموقع مفيدة بشكل خاص عندما يحتوي البروتين محل الاهتمام على شرائح أو مجالات متعددة لديها القدرة على التفاعل مع شركاء ربط متميزين. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الربط المتبادل الخاص بالموقع مع طرق مثل قياس الطيف الكتلي لرسم خريطة للمخلفات التي تتوسط تفاعلات البروتين والبروتين بدقة. على الرغم من أن هذه الطريقة محسنة للاستخدام في بكتريا قولونية ، فقد تم الإبلاغ عن دمج نظائر الأحماض الأمينية القابلة للتنشيط في البروتينات عن طريق قمع العنبر في المتفطرة والخميرة وخلايا الثدييات7-11. وبالتالي ، من حيث المبدأ ، يمكن استخدام طريقتنا في أنظمة أخرى.
< p class = "jove_content">لقد استخدمنا هذه الطريقة على نطاق واسع لتحديد التفاعلات بين الجزيئات التي تسهل التكوين الحيوي ل EspP ، وهو بكتريا قولونية O157: عامل الفوعة H7. EspP هو عضو في عائلة فائقة من البروتينات تعرف باسم "الناقلات الآلية" التي تحتوي على مجال كبير خارج الخلية N ("مجال الركاب") ومجال طرفي AC ("المجال b") يطوى في هيكل أسطواني ب برميل ويثبت البروتين في الغشاء الخارجي (OM) 12. كانت الآلية التي يتم من خلالها نقل مجال الركاب عبر OM لغزا طويل الأمد. مثل جميع بروتينات سطح الخلية البكتيرية ، يجب نقل EspP عبر الغشاء الداخلي ، ونقله عبر المحيط (الفراغ بين الأغشية الداخلية والخارجية) ، واستهدافه إلى OM في سلسلة من الأحداث المرتبة. بعد انتقاله عبر OM ، يتم أيضا فصل مجال الركاب EspP عن المجال b بواسطة انقسام محلل للبروتين ويتم إطلاقه من سطح الخلية. من خلال الجمع بين الربط المتبادل الخاص بالموقع ووضع العلامات الإشعاعية لمطاردة النبض ، أظهرنا أن كلا المجالين من البروتين يتفاعلان في البداية مع المرافق الجزيئي Skp في المحيط6. بعد ذلك ، تتفاعل الأجزاء المنفصلة من المجال b بطريقة مجسمة محددة مع مكونات غير متجانسة تسمى مركب بام ، والتي تحفز تكامل بروتينات برميل b في OM البكتيري بواسطة آلية غير معروفة. ولعل الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أننا وجدنا أن مجال الركاب على اتصال بإحدى الوحدات الفرعية لمجمع بام (BamA) أثناء عبوره OM13. لقد مكنتنا نتائجنا من بناء نموذج مفصل لتجميع النقلالآلي 14 وتورط مجمع بام في نقل مجال الركاب عبر OM.الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. بناء البلازميد
ملاحظة: البروتوكول الموضح أدناه مخصص لعينة دورة زمنية تحتوي على ثلاث نقاط زمنية (0 و 1 و 5 دقائق). اضبط الأحجام وفقا لذلك إذا كان هناك عدد مختلف من النقاط الزمنية المطلوبة. موضح لمخطط الإجراء في الشكل 1.
4. وضع العلامات على مطاردة النبض والأشعة فوق البنفسجية
ملاحظة: يحتوي بروتوكول وضع العلامات على مطاردة النبض والإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية على الكثير من الخطوات التي يجب إجراؤها في الوقت المناسب والتي تتطلب تنظيما كبيرا وإعدادا مسبقا. يجب أن تكون جميع الكواشف والأنابيب سهلة الوصول إليها. فيما يلي بروتوكول لتجربة تحتوي على نقاط زمنية 0 و1 و5 دقائق.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
استخدمنا الربط الضوئي الخاص بالموقع لتحديد البروتينات التي تتفاعل مع EspP أثناء رحلتها إلى OM. في التجارب الموضحة هنا ، تم استبدال كودونات فينيل ألانين في المخلفات 1113 و 1214 بكدونات كهرمانية. يقع كلا الموضعين في النطاق bالمجال ، والذي يندمج في OM ويعمل كمرساة غشائية. يوضح التركيب البلوري لمجال EspPβ16 أن البقايا موجودة على الجانب المحيط برازمي من البرميل b ولكن يتم فصلهما ب ~ 120 درجة (انظر الهيكل في الشكلين 2 و 3). بكتريا قولونية سلالة AD20217...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تصف هذه الورقة طريقة تجمع بين الربط الضوئي الخاص بالموقع مع وضع العلامات على مطاردة النبض لفحص ديناميكيات التفاعلات بين البروتين ذي الاهتمام والمكونات الأخرى للخلية الحية. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص لدراسة العمليات متعددة الخطوات التي يتفاعل فيها البروتين بالتتابع مع عوامل أخرى. على عكس مناهج الربط الكيميائي التقليدية ، يوفر الربط الضوئي الخاص بالموقع معلومات مفصلة حول حالة الأجزاء الفردية أو حتى المخلفات الفردية للبروتين ذي الأهمية. هذه المعلومات ذات قيمة خاصة في تحليل البروتينات التي لها مجالات أو وحدات مستقلة متعددة أ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج البحوث الداخلية التابع للمعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مجموعة الطفرات الموجهة بالموقع QuikChange II | Agilent | 200521 | |
| BPA (H-p-Bz-Phe-OH) | Bachem | F-2800 | |
| TRAsup35S-LABEL، كاشف وضع العلامات الأيضية (35< / sup>S-L-methionine و 35< / sup>S-L-cysteine، >1,000 Ci / mmol) | MP Biomedicals | 51006 | |
| Spectroline SB-100P مصباح الأشعة فوق البنفسجية فائق الكثافة ، 365 نانومتر | Spectronics Corporation | SB-110P | |
| Spectroline Replacement Bulb 100S | Spectronics Corporation | 11-992-15 | |
| Falcon Tissue Culture Plate ، 6 آبار | Becton Dickinson Labware | 353046 | |
| يمكن التخلص منها 125 مل قارورة Erlenmeyer | Corning | 430421 | |
| Innova 3100 حمام مائي يهز | جديد برونزويك العلمي | ، n.a. |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن