RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Artem Bonchuk1,2, Nikolay Zolotarev1, Konstantin Balagurov1,2, Olga Arkova2, Pavel Georgiev1
1Department of the Control of Genetic Processes, Institute of Gene Biology,Russian Academy of Sciences, 2Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine, Institute of Gene Biology,Russian Academy of Sciences
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
هنا ، نصف طريقة للتعبير البكتيري المشترك للبروتينات الموسومة تفاضليا باستخدام مجموعة من النواقل المتوافقة ، تليها تقنيات السحب التقليدية لدراسة مجمعات البروتين التي لا يمكن أن تتجمع في المختبر.
Pulldown هو اختبار تفاعل البروتين والبروتين سهل الاستخدام ويستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك ، فإن لها قيودا في دراسة مجمعات البروتين التي لا تتجمع بشكل فعال في المختبر. قد تتطلب هذه المجمعات تجميعا متعديا مشتركا ووجود مرافقين جزيئيين ؛ إما أنها تشكل أوليغومرات مستقرة لا يمكنها الانفصال وإعادة الارتباط في المختبر أو تكون غير مستقرة بدون شريك ملزم. للتغلب على هذه المشاكل ، من الممكن استخدام طريقة تعتمد على التعبير المشترك البكتيري للبروتينات الموسومة بشكل تفاضلي باستخدام مجموعة من النواقل المتوافقة متبوعة بتقنيات السحب التقليدية. يعد سير العمل أكثر كفاءة من حيث الوقت مقارنة بالقائمة المنسدلة التقليدية لأنه يفتقر إلى الخطوات التي تستغرق وقتا طويلا للتنقية المنفصلة للبروتينات المتفاعلة وحضانتها التالية. ميزة أخرى هي قابلية استنساخ أعلى بسبب عدد أقل بكثير من الخطوات وفترة زمنية أقصر تتعرض فيها البروتينات الموجودة في البيئة في المختبر للتحلل البروتيني والأكسدة. تم تطبيق الطريقة بنجاح لدراسة عدد من تفاعلات البروتين والبروتين عندما وجد أن التقنيات الأخرى في المختبر غير مناسبة. يمكن استخدام هذه الطريقة لاختبار تفاعلات البروتين والبروتين على دفعات. تظهر النتائج التمثيلية لدراسات التفاعلات بين مجال BTB والبروتينات المضطربة جوهريا ، و heterodimers من المجالات المرتبطة بإصبع الزنك.
يستخدم السحب التقليدي على نطاق واسع لدراسة تفاعلات البروتينوالبروتين 1. ومع ذلك ، غالبا ما لا تتفاعل البروتينات النقية بشكل فعال في المختبر2,3 ، وبعضها غير قابل للذوبان بدون شريكهاالملزم 4,5. قد تتطلب هذه البروتينات تجميعا متعديا مشتركا أو وجود مرافقين جزيئيين5،6،7،8،9. هناك قيد آخر للسحب التقليدي وهو اختبار نشاط التعدد غير المتجانس المحتمل بين المجالات التي يمكن أن توجد كمتجانسات متجانسة مستقرة مجمعة بشكل مشترك8،10 ، حيث لا يمكن للعديد منها الانفصال وإعادة الارتباط في المختبر خلال وقت الحضانة. وجد أن التعبير المشترك مفيد في التغلب على مثل هذه المشاكل 3,11. تم استخدام التعبير المشترك باستخدام النواقل المتوافقة في البكتيريا بنجاح لتنقية المجمعات الجزيئية الكبيرة متعددة الوحدات الفرعية ، بما في ذلك المركب القمعي متعدد المشبك PRC2 12 ، وحدة رأس وسيط RNA polymeraseII 13 ، صفيحة الأساس للبكتيريا T414 ، وحدة deubiquitinylase المعقدة SAGA15،16 ، والفيريتين17. أصول النسخ المتماثل المستخدمة بشكل شائع للتعبير المشترك هي ColE1 و p15A18 و CloDF1319 و RSF20. في نظام التعبير Duet المتاح تجاريا ، يتم دمج هذه الأصول مع جينات مقاومة مختلفة للمضادات الحيوية ومواقع استنساخ متعددة ملائمة لإنتاج ناقلات polycistronic ، مما يسمح بالتعبير عن ما يصل إلى ثمانية بروتينات. هذه الأصول لها أرقام نسخ مختلفة ويمكن استخدامها في مجموعات مختلفة لتحقيق مستويات تعبير متوازنة للبروتينات المستهدفة21. لاختبار تفاعلات البروتين والبروتين ، يتم استخدام علامات تقارب مختلفة ؛ الأكثر شيوعا هي 6xHistidine و glutathione-S-transferase (GST) وبروتين ربط المالتوز (MBP) ، ولكل منها تقارب محدد مع الراتنج المقابل. تعمل GST و MBP أيضا على تعزيز قابلية ذوبان واستقرار البروتينات الموسومة22.
كما تم تطوير عدد من الطرق التي تنطوي على التعبير المشترك للبروتين في الخلايا حقيقية النواة ، وأبرزها مقايسة الخميرة ثنائية الهجين (Y2H) 23. اختبار Y2H رخيص وسهل ويسمح باختبار تفاعلات متعددة ؛ ومع ذلك ، يستغرق سير العمل أكثر من 1 أسبوع لإكماله. هناك أيضا عدد قليل من المقايسات القائمة على خلايا الثدييات الأقل استخداما ، على سبيل المثال ، مقايسة الفلورسنت ثنائية الهجين (F2H) 24 ومقايسة تفاعل البروتين والبروتين في مجموعة الخلايا (CAPPIA) 25. اختبار F2H سريع نسبيا ، مما يسمح بمراقبة تفاعلات البروتين في بيئتها الخلوية الأصلية ، ولكنه يتضمن استخدام معدات تصوير باهظة الثمن. كل هذه الطرق لها ميزة على التعبير بدائية النواة التي توفر الترجمة حقيقية النواة الأصلية وبيئة قابلة للطي. ومع ذلك ، فإنها تكتشف التفاعل بشكل غير مباشر ، إما عن طريق التنشيط النسخي أو عن طريق نقل الطاقة الفلورية ، والتي غالبا ما تنتج القطع الأثرية. أيضا ، قد تحتوي الخلايا حقيقية النواة على شركاء تفاعل آخرين للبروتينات ذات الأهمية ، والتي يمكن أن تتداخل مع اختبار التفاعلات الثنائية بين بروتينات حقيقيات النوى العليا.
تصف الدراسة الحالية طريقة للتعبير المشترك البكتيري للبروتينات الموسومة بشكل تفاضلي تليها تقنيات السحب التقليدية. تسمح هذه الطريقة بدراسة التفاعلات بين البروتينات المستهدفة التي تتطلب التعبير المشترك. إنه أكثر كفاءة من حيث الوقت مقارنة بالسحب التقليدي ، مما يسمح باختبار الدفعات لأهداف متعددة ، مما يجعله مفيدا في معظم الحالات. يعد التعبير المشترك باستخدام المتجهات المتوافقة أكثر ملاءمة من التعبير المشترك متعدد السيسترونيك لأنه لا يتطلب خطوة استنساخ شاقة.
يظهر التمثيل التخطيطي لسير عمل الطريقة في الشكل 1.
1. التحول المشترك للإشريكية القولونية
2. التعبير
3. مقايسة القائمة المنسدلة
ملاحظة: يتم وصف الإجراءات التفصيلية للبروتينات الموسومة إما ب 6xhis أو MBP / GST. يتم تنفيذ جميع الإجراءات عند 4 درجات مئوية.
تم استخدام الطريقة الموصوفة بشكل روتيني مع العديد من الأهداف المختلفة. تظهر هنا بعض النتائج التمثيلية التي من المحتمل ألا يمكن الحصول عليها باستخدام تقنيات السحب التقليدية. الأول هو دراسة DIMERIZATION محددة ZAD (المجال المرتبط بإصبع الزنك)11. تشكل ZADs ثنائيات مستقرة ومحددة ، مع إمكانية التغاير فقط بين المجالات ذات الصلة الوثيقة داخل المجموعات المتشابهة. الثنائيات التي تشكلها هذه المجالات مستقرة ولا تنفصل لبضعة أيام على الأقل ؛ وبالتالي ، فإن خلط ZADs المنقى لا ينتج عنه أي ربط يمكن اكتشافه. في الوقت نفسه ، يظهر التعبير المشترك ل MBP و Thioredoxin-6xHis-fused ZADs نشاطا جيدا وقابلا للتكرار (الشكل 2 أ) ، يظهر كنطاق إضافي في نتائج SDS-PAGE لمقايسة MBP-pulldown. يمكن رؤية جزء صغير من heterodimers مع M1BP معبرا عنها بشكل مشترك مع مجال آخر. لم يتم تأكيد هذا التفاعل مع Y2A وعلى الأرجح هو نتيجة لارتباط غير محدد بسبب ارتفاع تركيز البروتين ، لأن هذه المجالات غنية بالسيستين وعرضة للغاية للتجميع. والجدير بالذكر ، في هذه الحالة ، أن السحب 6xHis غير مناسب لأن ZADs هي مجالات تنسيق معدنية لا ترتبط على وجه التحديد بالراتنج المخلب المعدني. يجب فحص هذا النشاط بعناية في تجربة موازية.
مثال آخر هو اختبار المنافسة بين بروتين ENY2 وشركائه الملزمين Sgf11 (1-83aa) ومجال إصبع الزنك (460-631 aa) لبروتين CTCF26. عند التعبير عنه بمفرده ، يشكل بروتين ENY2 ثنائيات تمنعه من التفاعل مع شركائه الملزمين الأصليين. من المفترض أن كلا من بروتينات Sgf11 و CTCF ترتبط بنفس السطح الجزيئي ل ENY2 ، مما يجعل تفاعلها متعارضا. في مقايسة التعبير المشترك ، تفاعل ENY2 الموسوم 6xHisمع كل من Sgf11 و MBP-CTCF الموسوم بضريبة السلع والخدمات ، ولكن لم يكن GST-Sgf11 موجودا في عمليات سحب MBP والعكس صحيح ، (الشكل 2B). تشير هذه النتائج إلى أنه لا يمكن تشكيل مركب ثلاثي ، وأن التفاعلات يستبعد بعضها بعضا. تم تأكيد هذه البيانات بشكل مستقل مع فحوصات أخرى ودعم الأدوار الوظيفية المختلفة ل ENY2 في هذه المجمعات. يجب لفت الانتباه إلى حقيقة أن علامات التقارب الكبيرة يمكن أن تفرض عوائق صارمة في حد ذاتها ، مما يمنع التكوين المعقد ؛ لذلك ، لا ينبغي أن يستند الاستنتاج فقط إلى بيانات التعبير المشترك.
تظهر مقارنة خطوة بخطوة لسير عمل عمليات السحب التقليدية والمقترنة للتعبير المشترك في الشكل 3 أ. يعد الرسم المنسدل المقترن بالتعبير المشترك أكثر كفاءة من حيث الوقت مرتين على الأقل ، حتى مع وجود عدد صغير من العينات ، ويسمح بقابلية جيدة للتوسع. نتائج استخدام كلتا التقنيتين لدراسة نفس التفاعل بين مجال BTB لبروتين CP190 (1-126aa) والمجال الطرفي C الموسوم بضريبة السلع والخدمات (610-818aa) لبروتين ذبابة الفاكهة CTCF (dCTCF) موضحة في الشكل 3B. تظهر كلتا الطريقتين كفاءة جيدة وقابلية للتكرار (تم إجراء المقايسات في ثلاث نسخ متماثلة) ؛ في هذه الحالة ، أظهر الرسم المنسدل المقترن بالتعبير المشترك ارتباطا أقل غير محدد ، كما يمكن رؤيته في عينات التحكم مع بروتين GST وحده.

الشكل 1: التمثيل التخطيطي للبروتوكول. يوضح الرسم التخطيطي طريقة سير العمل المستخدمة في هذه الدراسة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: النتائج التمثيلية . (أ) دراسة تجانس المجال المرتبط بإصبع الزنك (ZAD) في مقايسات MBP- و 6xHis-pulldown. تم دمج ZADs إما مع MBP (40 كيلو دالتون) أو مع 6xHis-Thioredoxin (20 كيلو دالتون) تم التعبير عنها بشكل مشترك في خلايا البكتيريا وتقارب منقى براتنج الأميلوز (يربط البروتينات الموسومة ب MBP) أو مع راتنج Ni-NTA (يربط البروتينات الموسومة 6xHis). تم تصور البروتينات المنقاة المشتركة باستخدام SDS-PAGE متبوعة بتلوين Coomasie. تظهر نتائج السحب MBP في اللوحات العلوية ، ونتائج السحب 6xHis-في الألواح السفلية (تستخدم فقط كتحكم في التعبير عن البروتين نظرا لأن العديد من ZADs ترتبط بشكل غير محدد ب Ni-NTA). (ب) دراسة التفاعلات الحصرية المتبادلة بين بروتينات ENY2 و Sgf11 / CTCF. تم التعبير عن Sgf11 (1-81aa) الموسومة بضريبة السلع والخدمات ، ومجال إصبع الزنك CTCF الموسوم ب MBP (460-631aa) ، وبروتينات ENY2 الموسومة ب 6xHis-His في مجموعات مختلفة وتقارب منقى براتنج الأميلوز أو راتنج الجلوتاثيون (يربط البروتينات الموسومة ب GST) أو مع راتنج Ni-NTA. تم تصور البروتينات المنقاة المشتركة باستخدام SDS-PAGE متبوعة بتلوين Coomasie. وقد عدل الشكل الوارد في اللوحتين ألف وباء بإذن من بونشوك وآخرين 11 وبونشوك وآخرون 26. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: مقارنة سير عمل مقايسات القائمة المنسدلة التقليدية والمقترنة. (أ) مقارنة خطوة بخطوة للفترات الزمنية المطلوبة في سير عمل مقايسة القائمة المنسدلة التقليدية مقارنة بالقائمة المنسدلة المقترنة بالتعبير المشترك. (ب) مقارنة بين تقنيتين مختلفتين للسحب في دراسة التفاعل بين المجال الطرفي C dCTCF (610-818aa) ومجال BTB لبروتين CP190 (1-126aa) في مقايسات سحب ضريبة السلع والخدمات. dCTCF (610-818aa) المنصهر مع GST (25kDa) أو GST وحده إما تم التعبير عنه بشكل مشترك في خلايا البكتيريا أو تم تحضينه في المختبر مع Thioredoxin-6xHis-Taged CP190 BTB وتقارب منقى براتنج الجلوتاثيون. يتم عرض ثلاث نسخ مكررة مستقلة لكل فحص. تم تصور البروتينات المنقاة المشتركة باستخدام SDS-PAGE متبوعة بتلوين Coomasie. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.
هنا ، نصف طريقة للتعبير البكتيري المشترك للبروتينات الموسومة تفاضليا باستخدام مجموعة من النواقل المتوافقة ، تليها تقنيات السحب التقليدية لدراسة مجمعات البروتين التي لا يمكن أن تتجمع في المختبر.
تم دعم هذا العمل من قبل مشاريع مؤسسة العلوم الروسية 19-74-30026 (تطوير الطريقة والتحقق من صحتها) و 19-74-10099 (مقايسات التفاعل بين البروتين والبروتين) ؛ ومن قبل وزارة العلوم والتعليم العالي في الاتحاد الروسي - منحة 075-15-2019-1661 (تحليل تفاعلات البروتين والبروتين التمثيلية).
| مسبار 8 عناصر | Sonics | 630-0586 | مجسات صوتنة عالية الإنتاجية مكونة من 8 عناصر |
| Agar | AppliChem | A0949 | |
| راتنج أميلوز | راتنج نيو إنجلاند Biolabs | E8021 | لتنقية البروتينات الموسومة MBP |
| المضادات الحيوية | AppliChem | A4789 (الكاناميسين) ؛ A0839 (أمبيسيلين) بيتا | |
| ميركابتو إيثانول | AppliChem | A1108 | |
| BL21 (DE3)   ؛ | Novagen | 69450-M | |
| CaCl 2< / sub> | AppliChem | A4689 | |
| طرد مركزي | Eppendorf | 5415R (Z605212) Glutathione | |
| AppliChem | A9782 | ||
| Glutathione agarose | Pierce | 16100 | راتنج لتنقية البروتينات الموسومة بضريبة السلع |
| Glycerol | AppliChem | A2926 | |
| HEPES | راتنج AppliChem | A3724 | |
| HisPur Ni-NTA Superflow Agarose | Thermo Scientific | 25214 | لتنقية البروتينات التي تحمل علامة 6xHis |
| Imidazole | AppliChem | A1378 | |
| IPTG | AppliChem | A4773 | |
| KCl | AppliChem | A2939 | |
| LB | AppliChem | 414753 | |
| Maltose | AppliChem | A3891 | |
| MOPS | AppliChem | A2947 | |
| NaCl | AppliChem | A2942 | |
| NP40 | Roche | 11754599001 | |
| pACYCDuet-1 | Sigma-Aldrich | 71147 | Vector للتعبير المشترك عن البروتينات ذات أصل النسخ المتماثل p15A |
| pCDFDuet-1 | Sigma-Aldrich | 71340 | ناقل للتعبير المشترك عن البروتينات ذات أصل النسخ المتماثل CloDF13 |
| PMSF | AppliChem | A0999 | |
| كوكتيل مثبط البروتياز السابع | كالبيوكيم | 539138 | كوكتيل مثبط البروتياز |
| pRSFDuet-1 | Sigma-Aldrich | 71341 | Vector للتعبير المشترك عن البروتينات ذات أصل النسخ المتماثل RSF |
| SDS & nbsp ؛ | AppliChem | A2263 | |
| تريس   ؛ | AppliChem | A2264 | |
| VC505 سونيكاتور | سونيكس | CV334 | معالج السائل بالموجات فوق الصوتية |
| ZnCl2< / sub> | AppliChem | A6285 |