يصف هذا البروتوكول إنتاج ريبونوكلياز SLFN14 البشري المؤتلف، وتحليله الستيكيومتري بواسطة الفوتومترية الكتلية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يصف هذا البروتوكول إنتاج ريبونوكلياز SLFN14 البشري المؤتلف، وتحليله الستيكيومتري بواسطة الفوتومترية الكتلية.
الريبونوكليازات هي فئة متخصصة من بروتينات ارتباط الحمض النووي الريبي التي تحفز انقسام الحمض النووي الريبي وتساهم في عمليات بيولوجية متنوعة بما في ذلك تنظيم الجينات. ومع ذلك، لا تزال بنية ووظيفة وتنظيم العديد من الريبونوكلياز البشري غير موصوفة جيدا بسبب تحديات إنتاج البروتينات المؤتلفة. تصف هذه الطريقة نهجا فعالا للتعبير العابر، والتنقية، والتحليل القياسي للريبونوكلياز شلافين 14 (SLFN14) البشري. تم التعبير عن SLFN14 الموسوم بالعلم المؤتلف في خلايا تعليق HEK293 وعزله باستخدام سير عمل تنقية سريع من خطوتين يتكون من كروماتوغرافيا الألفة المضادة للعلم تليها كروماتوغرافيا استبعاد الحجم منخفضة الدقة. كشف الفوتومتري الكتلي، وهو تقنية حساسة لجزيء واحد، أن SLFN14 يشكل في الظروف الفسيولوجية للملح هومويدايمر متصل بالحمض النووي الريبي الخلوي، بينما يعزز الملح العالي تفكك الحمض النووي الريبي مع الحفاظ على ترتيب الهومو دايمر. بروتين SLFN14 البشري المؤتلف الناتج مناسب للدراسات الهيكلية اللاحقة والاختبارات الكيميائية الحيوية النوعية. هذا النهج السريع لعزل البروتينات البشرية المؤتلفة وتوصيف العينات قابل للتطبيق بشكل واسع على إنتاج ريبونوكلياز ثدييات أخرى وبروتينات ارتباط الحمض النووي الريبي المخصصة للتوصيف الفيزيائي الحيوي والكيميائي الحيوي.
شلافين 14 (SLFN14)هو عامل تقييد مضيف للريبونوكلياز والثدييات 1,2,3 قيد الدراسة. ينتمي بروتين SLFN14 البشري إلى عائلة مكونة من ستة أعضاء من منظمات جينات SLFN، حيث يلعب أدوارا في المناعة، والنشاط المضاد للفيروسات، والحساسية الكيميائية، وتمايز الخلايا 4,5,6,7,8. لا تزال الرؤية الميكانيكية لدور منظمي جينات SLFN غير مكتملة؛ ومع ذلك، يحمل العديد من الأعضاء نشاطا من الريبونكلياز الضروري للتحكم الانتقالي 7,9. يتم تنشيط ريبونوكلياز SLFN عند تجانس البروتين، مكونة شق ربط RNA مركب ماهر في انقسام الركيزة10,11. لحماية الخلايا من الانقسام الزائف للحمض النووي الريبي، توجد معظم ريبونوكلياز SLFN بشكل رئيسي كمونومر وتنتظر التنشيط بواسطة إشارات جزيئية خاصة بكل عضو في العائلة 5,7,11,12.
مكن الإنتاج المؤتلف لجرعة SLFN14 البشرية دراسات جزيئية شاملة لهذا الريبونوكلياز الذي لم يدرس سابقا، مما وفر رؤى جديدة حول وظيفته وتنظيمه 2,13,14. لقد سرع بروتين SLFN14 المنقى في توصيف نشاط انقسام الحمض النووي الريبي المعتمد على البنية باستخدام اختبارات الانقسام في المختبر 2,14. تكشف دراسات المجهر الإلكتروني بالتجميد (cryoEM) لبروتين SLFN14 المنقى أيضا عن ترتيب متجانس SLFN14، حيث يتم تحميل الحمض النووي الريبي المزدوج إلى شق مركزي 2,13,14. تميزت التجميع الأعلى من الدرجة العليا ل SLFN14 أيضا بتقنية الفوتومترية الكتلية، وهي تقنية جزيء واحد لقياس الكتلة الجزيئية. بشكل غير متوقع، تظهر هذه التقنية الحساسة أن SLFN14 يشكل في الغالب متجانسا مقاوما للملح، لكنه يمكنه أيضا تكوين هوموتيترامر حساس للملح بوظيفة غير معروفة 2,13,14. بشكل مجتمع، كانت القدرة على الحصول على بروتين SLFN14 البشري المنقي علامة فارقة حاسمة، أتاحت رؤى جزيئية مبكرة ستغذي بلا شك مرحلة جديدة مثيرة من البحث في التحكم الانتقالي بوساطة SLFN14.
كان من الصعب تاريخيا الحصول على ريبونوكلياز SLFN14 المؤتلف باستخدام استراتيجيات إنتاج البروتين القياسية. أشار التقرير الأصلي الذي وصف النشاط الإنزيمي ل SLFN14 إلى انخفاض الإنتاجية، وانخفاض الاستقرار، وانخفاض ذوبانيته1. يتميز بروتين SLFN14 البشري بسلسلة طويلة من البولي ببتيدات، ومقاومة للماء بشكل واضح، وتسمية خلاوية تعتمد على الريبونكلياز، والتي تعيق بشكل كبير استخدام أنظمة التعبير البكتيرية التقليدية 1,13,14. ومع ذلك، توفر آليات الترجمة والمرافق المتطورة بديلا قويا ينتج بكفاءة بروتين SLFN14 بشري كامل الطول15. تم استخدام كل من أنظمة تعبير الحشرات والفيروس الباكولوفيروسي والثدييات للحصول على بروتين SLFN14 بشري كامل الطول لدراسات التجميد والاختبارات الكيميائية الحيوية 2,13,14. ومع ذلك، في بعض الحالات، تطلب بروتين SLFN14 المستخرج من الحشرات طفرات مستقرة لمنع تجمع العينات2. يرتبط توصيل الجينات بواسطة فيروس الباكولو أيضا بالتزام كبير بجهد كبير ووقت طويل يؤخر تقدم البحث15,16. من ناحية أخرى، يوفر بروتين SLFN14 المؤتلف المعزول من مضيف تعبير ثديي ميزة السرعة ويتجنب الحاجة إلى هندسة البروتينات في تحسين العينات.
تم تصميم هذه الطريقة لتوفير نهج سريع نسبيا ومنخفض الجهد لإنتاج بروتين SLFN14 البري المؤتلف المناسب للدراسات الجزيئية اللاحقة. يوفر استخدام الخلايا الثديية بيئة شبه طبيعية للحفاظ على طي البروتين بشكل صحيح دون الحاجة إلى هندسة البروتينات SLFN1413. طريقة توصيل الجينات المعتمدة على المواد الكيميائية، على عكس استراتيجية ناقل الفيروس، تسرع أيضا من الجدول الزمني للإنتاج من أشهر إلى يوم15. لموازنة التكلفة العالية نسبيا لزراعة الخلايا الثديية، تستخدم هذه الطريقة كاشف الترانسفيكشن الفعال من حيث التكلفة من البولي إيثيلينامين (PEI) وخلية الكلى الجنينية البشرية 293 (HEK293) التي تنمو في تعليق17,18. لتقليل فقدان البروتين أثناء معالجة العينة، تستخدم هذه العملية أيضا استراتيجيات استهلاك عينات منخفضة لتنقية البروتين SLFN14 والتحليل التواقيومتري لمراقبة جودة العينة. يوفر هذا البروتوكول الذي يستمر أربعة أيام تفاصيل محددة حول كيفية أداء 1) التعبير الجيني العابر في خلايا HEK293، 2) سير عمل كروماتوغرافي من خطوتين باستخدام أعمدة الدوران، و3) تحديد قياس التسلسل البروتيني بواسطة الفوتومترية الكتلية. المنتج النهائي من هذا الإجراء هو بروتين SLFN14 من النوع البشري البري الذي يحمل علامة Myc-Flag مزدوجة الطرف C (SLFN14Myc-Flag) يمكن استخدامها في دراسات التجميد اللاحق والتوصيف الكيميائي النوعي13. يمكن تطبيق هذا النهج متعدد الاستخدامات لعزل وتوصيف بروتينات ارتباط الحمض النووي الريبي البشري الأخرى التي لم تدرس بشكل كاف، وخاصة جينات الريبونوكلياز الكبيرة والسامة للخلايا التي غالبا ما يصعب التعبير فيها بشكل مفرط في أنظمة التعبير غير المتجانسة. لذلك، يخفض هذا البروتوكول الحاجز أمام التوصيف الجزيئي الشامل للبروتيوم البشري.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يجب إجراء التجارب التي تشمل زراعة الخلايا HEK293 تحت شروط السلامة البيولوجية المستوى 2 (BSL-2) وفقا لبروتوكولات السلامة الحيوية المؤسسية المعتمدة.
1. التعبير المؤقتلعلم الMyc-Flag في SLFN14 في خلايا الثدييات
2. تنقية SLFN14المعاد تركيبها ذات خطوتين
3. تحليل كتلة جزيئية SLFN14Myc-Flag بواسطة الفوتومترية الكتلية
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتم توضيح ناقل ثديي مصمم للتعبير الجيني العابر لبروتين SLFN14Myc-Flag البشري المؤتلف الكامل في الشكل 1. يصور سير عمل التنقية المكون من خطوتين عزل بروتين SLFN14Myc-Flag من خلايا HEK293 (الشكل 2A). يظهر جل التغيير التمثيلي الناجح لبروتين SLFN14Myc-Flag المنقى في الشكل 2B. تعتمد خطوة كروماتوغرافيا الألفة على التفاعل الانتقائي والعالي الألفة بين علامة العلم في طرف C من S...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تؤكد عدة خطوات حاسمة على أداء ومرونة بروتوكول إنتاج البروتين هذا. لتعظيم إنتاج البروتينات المؤتلفة، نستخدم خلايا HEK293 التي تمتص بشكل عال للحمض النووي البلازميدي الأجنبي ويمكن زراعتها معلقة لتعظيم كثافة الخلايا عبر الوسط المحجم23. يستخدم كاشف النقل الحيوي PEI في هذا البروتوكول واسع النطاق لنقل الجينات لأنه يمكنه تحقيق كفاءة نقل عالية وبتكلفة منخفضة نسبيا مقارنة بالكواشف الشائعةالأخرى 17. يتم حضن الخلايا المنقولة لفترة قصيرة للسماح بفرط الت...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
نشكر أعضاء مختبر بيلون على قراءتهم النقدية لهذه المخطوطة. وقد حظي هذا العمل بدعم من برنامج البحوث الخارجية للمعهد الوطني للصحة الأمريكي، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (NIGMS؛ R35GM147123 إلى M.C.P.) وتم تحويلها إلى كلية بايلور للطب ونقلها إلى جامعة ولاية نيويورك في بوفالو.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 2-ميركابتوإيثانول (b-Me) | سيغما | M3148-500ML | 14.3 مليون محلول توك |
| AcquireMP 2024 R2 | ريفين | / | برامج اكتساب البيانات |
| أدينوسين-5'-ثلاثي الفوسفات ثلاثي هيدرات ملح الصوديوم (ATP) | كيم-إمبكس إنترناشونال | 00015-100G | قم بضبط المحلول إلى درجة الحموضة 7.0 |
| جل الألفة M2 المضادة للعلم | ميليبور | A2220 | راتنج مضاد للأعلام |
| هيدرات هيدروكلوريد البنزاميدين | سيغما | B6506-25G | مثبط البروتين |
| معايير البروتين واسعة النطاق (10-250 كيلو دالتون) | بيو-راد | P7719S | معايير البروتين الملون مسبقا |
| الكونتيسة 3 | إنفيتروجين | A49862 | عداد الخلايا الآلي |
| ديسكفر إم بي v2024 R2 | ريفين | / | برنامج تحليل البيانات |
| محلول دولبيكو الملحي المخزن بالفوسفات | كورنينغ | 21-031-CV | مخزن محلول 1x |
| ببتيد DYKDDDDK | ثيرمو فيشر العلمي | A36805 | 3xFlag ببتيد |
| خلايا فريستايل 293-F | ثيرمو فيشر العلمي | R79007 | خلايا التعليق الثديية |
| قدم ملف Geniust M nuclease DMF | سانتا كروز | SC-391121B | النيوكلياز الشامل |
| هايكلون CDM4HEK293 الإعلام | سيتيفا | SH3085802 | وسط نمو خال من المصل |
| وسائط HyClone SFM4Transfx-293 | سيتيفا | SH3086002 | وسط النقل العابر |
| إيمرسول 518F | زايس | 4Y00-R0DY-1007-3BF3 | زيت الغمر |
| كحول الأيزوبروبيل | ماكرون فاين للكيميكاويات | 3032-02 | |
| مخزن عينات Laemmli | بيو-راد | 1610737 | مخزن 2x محلول |
| ليوبتين | VWR | J580-25MG | مثبط البروتين |
| سداسي هيدرات كلوريد المغنيسيوم (MgCl2) | فيشر ساينتيفك | M33-500 | |
| ماس فيرنس P1 | ريفين | MP-CON-41033 | مخزون معاير 500x |
| مجموعة تحضير عينات MassGlass UC | ريفين | MP-CON-21022 | السلايد والحشية |
| عمود الدوران الحيوي الدقيق | بيو-راد | 7326204 | عمود دوران بولي بروبيلين فارغ |
| نظام Milli-Q IQ 7000 | ميليبور | ZIQ7000T0C | الماء فائق النقاء من النوع الأول |
| جل ميني-بروتيان TGX الخالي من البقع | بيو-راد | 4568086 | 4-15٪ صفحة SDS |
| مينيترون مع رطوبة وتبريد وثاني أكسيد الكربون | إنفورز | 72175 | هزاز الحاضنة |
| مجموعة محاذاة MP | ريفين | MP-CON-21019 | أداة محاذاة، ملقط ذو طرف ناعم، مغناطيس |
| النانوفوتوميتر | Implen | NP80 | مطياف الفوتومتري للأشعة فوق البنفسجية |
| ناتاتور | كلاي آدامز براند | 421105 | |
| الببستاتين A | سانتا كروز | SC-45036B | مثبط البروتين |
| فلوريد فينيل ميثيل سلفونيل (PMSF) | منتجات البحث الدولية | P20270-25.0 | مثبط البروتين |
| قارورة هز البولي كربونات | دوران ويتون كيمبل | WPFBC1000S | قارورة قاعدة محشورة مهواة |
| بوليثيلينيمين (PEI) ميغاواط 40,000 | العلوم متعددة | 24765 | كاشف النقل |
| فلوروميتر الكيوبت 4 | ثيرمو فيشر العلمي | Q33226 | |
| مجموعة اختبار الحساسية عالية الحساسية للحمض النووي الريبي الكيوبت | ثيرمو فيشر العلمي | س32852 | القياس باستخدام صبغة خاصة بالحمض النووي الريبي |
| سيمبلي بلو سيفستين | ثيرمو فيشر العلمي | LC6065 | كومسي G-250 |
| الحمض النووي للبلازميدات للتعبير SLFN14 | أوريجين | RC226257 | نسخة ORF موسومة ببشرية |
| كلوريد الصوديوم (NaCl) | ميليبور | 1.37017 | |
| تريس، الرقم الهيدروجيني 7.4 | ثيرمو فيشر العلمي | J60202. K2 | مخزن محلول مخزن بحجم 1 متر |
| هيدروكلوريد الفوسفين تريس (2-كربوكسي إيثيل) (TCEP) | تكنولوجيا الذهب الحيوية | TCEP10 | TCEP |
| ترايتون X-100 | VWR | M143-1L | المنظف |
| صبغة ترايبان الزرقاء | ثيرمو فيشر العلمي | T10282 | 0.4٪ أسهم الحلول |
| 20 سنة | VWR | 0777-1L | المنظف |
| تو إم بي | ريفين | MP-PRO-00001 | فوتوميتر الكتلة |
| عمود زيبا 40K ديسالتين | ثيرمو فيشر العلمي | A57759 | كروماتوغرافيا استبعاد الحجم |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.