أكتوبر 1, 2017
ويبين هذا البروتوكول مقايسة تمتد تدفق جزيء واحد بسيطة وقوية وعالية إنتاجية لدراسة نشرها (1-د) أحادي الأبعاد للجزيئات على طول الحمض النووي.
الهدف العام من هذا الإجراء هو بناء مقايسة تمدد تدفق جزيء واحد بسيطة وقوية وعالية الإنتاجية لدراسة نقل الجزيئات على طول الحمض النووي. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحضير حمض الدم لامدا المسمى البيوتين أولا عن طريق ربط أوليغو المسمى بالبيوتين إلى حمد نووي لامدا. الخطوة الثانية هي تحضير أغطية البولي إيثيلين جلايكول أو PEG الوظيفية باتباع بروتوكول تفاعل من خطوة واحدة.
بعد ذلك ، يتم إنشاء خلية تدفق عالية الإنتاجية عن طريق وضع شريط على الوجهين مع قنوات مقطوعة مسبقا بين غطاء PEG الوظيفي وبلاطة بولي دي ميثيل سيلوكسان أو PDMS التي تحتوي على فتحات مدخل ومخرج. تتمثل الخطوة الأخيرة في تتبع مسارات جزيئات الفلورسنت المفردة في قناة التدفق باستخدام الفاصل الزمني ، التألق الداخلي الكلي أو تصوير TIRF. لتحديد مسارات الجزيئات المفردة المنتشرة على طول حمض الدم الممتد للتدفق ، يتم استخدام برنامج تتبع جسيمات مفردة مخصص موثوق به وفعال لتحليل صور التألق الخام.
تتمثل المزايا الرئيسية لتكوين الفحص هذا على البدائل في موثوقية إعداد الغطاء ، وقدرة الإنتاجية العالية ، وتقليل الوقت العملي لإعداد العينة ، وتحليل البيانات غير الخاضع للإشراف بشكل أكثر بساطة. سيكون عرض الإجراء ما بعد الدكتوراه في مختبري ، الدكتور كان شيونغ. قبل بدء هذا الفحص ، قم بإعداد جميع الكواشف اللازمة كما هو موضح في نص البروتوكول.
سخني 0.5 ملليغرام لكل مليلتر من مخزون لامدا DNA إلى 65 درجة مئوية لمدة 60 ثانية وانغمس في الثلج الرطب على الفور. امزج 100 ميكرولتر من محلول لامدا-DNA مع ميكرولترين من 10 ميكرومولار من أوليغو المسمى بالبيوتين داخل أنبوب طرد مركزي دقيق. سخني الخليط على حرارة 65 درجة مئوية لمدة 60 ثانية ثم يبرد ببطء إلى درجة حرارة الغرفة.
ضع الخليط على الثلج. أضف 11 ميكرولترا من المخزن المؤقت لتفاعل ليجاز الحمض النووي T4 واخلطه برفق. ثم ميكرولترين ما يعادل 800 وحدة من T4 DNA ligase ويخلطون برفق.
احتضان الخليط لمدة ساعتين عند 16 درجة مئوية أو طوال الليل عند أربع درجات مئوية. قم بتنقية المنتج باستخدام أنابيب ترشيح الطرد المركزي بحد وزن جزيئي اسمي يبلغ 100 كيلو دالتون. أغطية سونيكات رقم واحد في 95٪ من الإيثانول داخل وعاء تلطيخ لمدة 10 دقائق ثم اشطفها بالماء عالي النقاء ثلاث مرات.
املأ جرة التلوين بهيدروكسيد بوتاسيوم مولار واحد ، وصوتنة لمدة 10 دقائق مرة أخرى ، ثم اشطفها بالماء فائق النقاء ثلاث مرات. كرر هذه الدورة مرتين. جفف الأغطية تحت تدفق غاز النيتروجين الجاف النظيف.
قم بتنظيف وتجفيف الأغطية عن طريق إجراء معالجة البلازما الهوائية عند ضغط 900 مللي لمدة خمس دقائق. احتضان أغطية ب 50 ميكرولتر من 25 ملليغرام لكل مليلتر من السيلان والبولي إيثيلين جلايكول البيوتين المذاب في 95٪ من الإيثانول في درجة حرارة الغرفة لمدة ساعتين. اغسل البولي إيثيلين جلايكول الزائد بالماء فائق النقاء وجفف الغطاء المطلي بالبولي إيثيلين جلايكول تحت تدفق غاز النيتروجين الجاف النظيف.
صمم قنوات التدفق باستخدام برنامج CAD وقم بقص القنوات على شريط على الوجهين باستخدام قاطع الشريط. قم بإزالة بقايا الشريط داخل القنوات. لصنع ألواح PDMS ، امزج جيدا 45 جراما من PDMS مع خمسة جرامات من كاشف الارتباط المتقاطع باستخدام الخلاط.
يسكب المزيج في طبقين من بتري مقاس 100 ملم ويترك الأطباق داخل حجرة مفرغة لمدة 30 دقيقة تقريبا حتى تختفي جميع فقاعات الهواء. اترك الأطباق داخل فرن 80 درجة مئوية لمدة ساعتين تقريبا حتى يتماسك PDMS. قم بقص لوح PDMS الذي يتناسب مع حجم الشريط على الوجهين مع القنوات المقطوعة مسبقا.
انزع طبقة حماية واحدة من الشريط المزدوج الجوانب والتمسك بجانب مسطح من لوح PDMS. قم بثقب فتحات المخرج والمدخل على لوح PDMS باستخدام مثقاب ثقب الخزعة بإبرة قياس 23. انزع فيلم الحماية الآخر عن الشريط المزدوج الجوانب والتمسك بالسطح الوظيفي للغطاء.
قم بإصلاح خلية التدفق المجمعة على إدراج مرحلة المجهر. قم بتحميل جميع الكواشف التي تم تفريغها مسبقا في الخزانات التي تحتوي على أنبوب Tygon متصل بصمام الملف اللولبي وأنبوب آخر متصل بأنبوب PEEK الذي سيمنع التدفق العكسي للكواشف. يتم التحكم في تدفق الكواشف بواسطة صمامات الملف اللولبي التي يتم التحكم فيها بواسطة تطبيق برمجة البرنامج النصي.
قم بتجهيز قناة تدفق واحدة عن طريق التدفق في مخزن مؤقت فارغ. أدخل ثلاثة أنابيب PEEK أخرى في فتحات المدخل. احرص على عدم إحداث تكوين فقاعة هواء داخل القناة.
قم بتوصيل أنبوب Tygon بأنبوب PEEK قصير من فتحة المخرج إلى حاوية نفايات العينة. تدفق في 0.2 ملليغرام لكل مليلتر من محلول الستربتافيدين واحتضانه لمدة خمس دقائق. ثم قم بالتدفق في مخزن مؤقت فارغ لغسل الستربتافيدين غير المرتبط.
تدفق في ملليغرام واحد لكل مليلتر من محلول ألبومين مصل الأبقار واحتضانه لمدة دقيقة واحدة. ثم يتدفق في مخزن مؤقت فارغ لغسل زلاليم مصل الأبقار غير المرتبط. يتدفق في 100 محلول بيكومولار من البيوتين - لامدا - الحمض النووي ويحتضن لمدة 10 دقائق.
ثم قم بالتدفق في مخزن مؤقت فارغ لغسل الحمض النووي لامدا غير المرتبط. للتحقق من جودة غطاء PEG الوظيفي ، قم بالتدفق في صبغة تلطيخ الحمض النووي مثل صبغة SYTOX Orange وابدأ التصوير الفلوري. إذا كانت جودة الغطاء جيدة ، فستكون كثافة حمض النووي لامدا الممتد بالتدفق عالية.
أيضا ، قم بضبط زاوية TIRF لتحقيق أعلى نسبة إشارة إلى ضوضاء للصور لحمدا الممتدة بالكامل تقريبا. لتتبع مسارات الجزيئات المفردة ، ابدأ الحضانات داخل قناة جديدة ثم قم بدمج الجزيئات المسماة بالفلوروفور تحت النانو بمعدل تدفق مرتفع بما يكفي باستخدام مضخة حقنة وجمع صور مضان بفاصل زمني بمعدل إطارات 100 هرتز. عادة ما يتم جمع 10,000 إطار في مجال رؤية واحد ويتم جمع الأفلام من مجالات رؤية متعددة.
في النهاية ، تدفق صبغة تلطيخ الحمض النووي مرة أخرى للتأكد من أن الحمض النووي لا يزال من الممكن أن يمتد بالتدفق. سيتم استخدام برنامج مخصص لتتبع الجسيمات المفردة لتحديد مسارات الجزيئات المفردة المنتشرة على طول الحمض النووي. سيحدد البرنامج أولا مواضع النقطة الوسطى للجسيمات المفردة ذات الدقة العالية.
قم بإزالة الجسيمات العالقة على سطح الغطاء ثم اربط الجسيمات في إطارات مختلفة لتشكيل مسارات بفاصل زمني. من هذه المسارات ، سيتم تقدير ثوابت الانتشار 1D. لبدء تحليل البيانات ، افتح تطبيق برمجة البرامج النصية وانتقل إلى دليل برنامج تتبع الجسيمات الفردية.
افتح نصا برمجيا باسم largedataprocess3.m. إحدى المعلمات المهمة التي يجب تحديدها هي قيمة العتبة للكشف عن الجسيمات الفردية. لتحديد قيمة العتبة المثلى، قم بتشغيل determine_threshold_value.
م سيناريو. سيوضح هذا البرنامج النصي كيفية تأثير قيمة العتبة على اكتشاف الجسيم الفردي. بعد تحديد قيمة العتبة المثلى، قم بتشغيل largedataprocess3.
م سيناريو. بعد الانتهاء من تحليل تتبع الجسيمات المفردة ، سيتم تصفية المسارات الأولية عن طريق تشغيل trajectory_filtering. م سيناريو.
تم تصميم واجهة مستخدم رسومية أو واجهة مستخدم رسومية لتصور خطوة التصفية. في لوحة واجهة المستخدم الرسومية (GUI)، اضبط الحد الأدنى للإزاحة على طول الحمض النووي، MinXDisp، إلى بكسلين. اضبط الحد الأقصى للإزاحة العرضية على الحمض النووي ، MaxYDisp ، على بكسلين.
اضبط الحد الأدنى لعدد الإطارات، minFrames، على 10. قم بتعيين الحد الأدنى لعدد حالات التوائم الثلاثية ، minTriplets ، إلى 10. اضبط الحد الأدنى لثابت الانتشار على طول الحمض النووي ، D_par يكون صفرا.
اضبط الحد الأقصى لثابت الانتشار المقدر عرضيا على الحمض النووي ، D_trans ، إلى 10 ميجا زوج أساسي مربع في الثانية. قم بتعيين الحد الأدنى من المعلمة الإحصائية ، Chi2 Stat، إلى ناقص خمسة. اضبط الحد الأدنى لنسبة الإزاحة على طول الحمض النووي إلى ذلك المستعرض إلى الحمض النووي ، MinX / Y ، إلى اثنين.
سيتم سرد جميع المسارات الأولية التي تجتاز معلمات الترشيح هذه في الجدول الأول وتلك التي لا تمر بها سيتم إدراجها في الجدول الثالث. انقر فوق رقم المسار في الجدول الأول. سيتم عرض المسار في الرسومات الأولى والثانية.
انقر فوق زر التشغيل لتشغيل الصور المضان الخام. انقر فوق إضافة إلى الجدول2 إذا كان هذا المسار عبارة عن مسار انزلاق جزيء واحد. في النهاية، سيتم حفظ جميع المسارات المضافة إلى الجدول 2 عند إغلاق واجهة المستخدم الرسومية.
يتم تجميع المسارات التي اجتازت جميع خطوات الترشيح معا والتي سيتم من خلالها تقدير متوسط ثابت الانتشار. لحساب متوسط ثوابت الانتشار ، ما عليك سوى تشغيل البرنامج النصي calculate_mean_diffusion_constant.m. سيفيد هذا الإجراء العديد من الأشخاص الذين يدرسون الفيزياء الحيوية لجزيء واحد في المختبر.
يُظهر هذا البروتوكول طريقة بسيطة وقوية وعالية الإنتاجية لتمدد التدفق الجزيئي الفردي لدراسة الانتشار أحادي البعد (1D) للجزيئات على طول الحمض النووي. تتيح الطريقة تتبع الجزيئات الفلورية الفردية في بيئة تدفق خاضعة للتحكم، مما يعزز فهم آليات النقل الجزيئي.
This high throughput single molecule flow-stretching assay enables quantitative analysis of 1D molecular transport along DNA, supporting target validation and mechanistic de-risking in early discovery. By providing reproducible, automated data on molecular binding and diffusion kinetics, it improves predictive confidence in lead identification and reduces biological uncertainty in preclinical decision-making. The scalable, streamlined workflow enhances enterprise reuse across multiple transport studies.
The assay fits within the discovery continuum from target validation through lead identification, delivering quantitative transport data that informs hit-to-lead progression.