ديسمبر 9, 2017
التوسع في الشفرة الجينية بمثابة أداة قوية لدراسة طائفة واسعة من العمليات البيولوجية، بما في ذلك أسيتيليشن البروتين. هنا نظهر بروتوكول سهلة لاستغلال هذه التقنية لتوليد البلوتينيوم أسيتيلاتيد البروتينات في مواقع معينة في خلايا الإشريكيّة القولونية .
في هذا العمل ، سنوضح بروتوكولا سهلا لإنتاج بروتينات أسيتيل متجانسة في مواقع محددة باستخدام الإشريكية القولونية كمضيف للتعبير. يعد أستلة اللايسين القابلة للانعكاس للبروتينات واحدة من أكثر التعديلات اللاحقة للترجمة وفرة في الطبيعة. يلعب أدوارا مهمة في مجموعة واسعة من العمليات البيولوجية ، بما في ذلك نسخ الجينات ، والاستجابة للإجهاد ، والتمايز الخلوي ، والتمثيل الغذائي.
يعد توليد بروتينات أسيتيل بحتة في مواضع التصميم مفيدا جدا لدراسة أستلة البروتين. ومع ذلك ، فمن الصعب بالنسبة لمعظم الطرق الكلاسيكية. تم حل هذا التحدي من خلال تقنية توسيع الشفرة الجينية.
يستخدم متغير Pyrrolysyl-tRNA synthetase المصمم هندسيا لشحن tRNA-Pyl بالأسيتيل ليسين ، ثم يستخدم الآلية الانتقالية المضيفة لقمع كودون إيقاف UAG في mRNA ، ويوجه دمج الأسيتيل ليسين في موضع تصميم البروتين المستهدف. أولا ، يجب إدخال كودون التوقف الكهرماني في الموضع المقابل في الجين المستهدف عن طريق الطفرات الموجهة للموقع. قم بتضخيم بلازميد القالب الذي يحتوي على جين البروتينات من النوع البري ، وأدخل طفرة الكودون التوقف من البادئات بواسطة تفاعل تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).
بعد تفاعل البوليميراز المتسلسل ، تتم إضافة المادة المضخمة مباشرة إلى مزيج إنزيم kinase-ligase-Dpn1 لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة للتعميم وإزالة القالب. أضف خمسة ميكرولترات من المزيج إلى أنبوب 25 ميكرولتر من خلايا الإشريكية القولونية المختصة المذابة. انقر فوق الأنبوب بحذر للخلط ، وضع الخليط على الثلج لمدة 30 دقيقة.
صدمالخليط على حرارة 42 درجة مئوية لمدة 30 ثانية وضعه على الثلج لمدة خمس دقائق إضافية. ماصة 600 ميكرولتر من وسائط SOC بدرجة حرارة الغرفة في الخليط. احتضن على حرارة 37 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة مع الرج.
انشر 100 ميكرولتر على الطبق مع المضاد الحيوي المقابل ، واحتضنه طوال الليل عند 37 درجة مئوية. يتم إرسال البلازميد من المستعمرة الفردية للتسلسل. الخطوة الثانية هي التعبير عن البروتين الأسيتيل على وجه التحديد في الموقع وتنقيته.
التقط مستعمرة واحدة من اللوحة ، والتي تحتوي على الجين المستهدف المتحور المحتوي على TAG ونظام دمج الأسيتيل ليسين. تلقيح في 15 مل من وسائط LB الطازجة مع المضادات الحيوية المقابلة بين عشية وضحاها عند 37 درجة مئوية. انقل المزرعة 15 ملليلتر بين عشية وضحاها إلى 300 مل من وسائط LB الطازجة مع المضادات الحيوية ، واحتضانها عند 37 درجة مئوية.
أضف خمسة ملليمولار أسيتيل ليسين و 20 ملليمولار نيكوتيناميد كتركيزات نهائية في وسط النمو عندما يصل الامتصاص إلى 5 عند 600 نانومتر. تنمو الخلايا لمدة ساعة إضافية عند 37 درجة مئوية. ثم أضف المحفز للتعبير عن البروتين ، وقم بزراعة الخلايا عند 25 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
اجمع الخلايا عن طريق الطرد المركزي عند 3,000 غرام لمدة 15 دقيقة. تخلص من المادة الطافية ، وقم بتخزين كريات الخلية عند سالب 80 درجة. قم بإذابة كريات الخلايا المجمدة على الجليد وأعد تعليقها ب 15 مل من محلول التحلل ، وخمسة ميكرولترات من بيتا ميركابتو إيثانول ، وميكرولتر واحد من النوكلياز.
يتم كسر الخلايا عن طريق الصوتنة. مستخلص خام الطرد المركزي عند 20،000 جم لمدة 25 دقيقة عند أربع درجات. قم بتصفية المادة الطافية بمرشح غشائي 45 ميكرومتر.
قم بتحميل عينة مصفاة إلى عمود يحتوي على مليلتر واحد من راتنج NTA النيكل ، متوازن مع 20 مل من محلول التحلل. اغسل العمود ب 20 مل من محلول الغسيل. يتم مراوغة البروتين المستهدف بملليلترين من المخزن المؤقت للشطف.
يتم تحلية البروتين المنقى بواسطة عمود PD-10 عن طريق إضافة عينة 2.5 مليلتر ، وجمع العينة المحلاة مع 3.5 ملليلتر من تحلية المياه. الخطوة التالية هي توصيف البروتين الأسيتيل المنقى كيميائيا حيويا. قم بتغيير طبيعة البروتينات مع المخزن المؤقت لعينة SDS فوق 100 درجة لمدة خمس دقائق.
قم بالطرد المركزي للخليط ، وقم بتحميله على جل SDS-PAGE ، وقم بتشغيله عند 200 فولت لمدة 30 دقيقة. اغسل الجل بالماء المقطر ورجه برفق. لصنع شطيرة للنشاف الغربي ، من الكاثود إلى الأنود عبارة عن إسفنجة ، وورق ترشيح ، ومخزن مؤقت للنقل ، وجل SDS-PAGE المنقوع ، وغشاء PVDF المنشط بالميثانول ، وورق ترشيح آخر ، وإزالة الفقاعات في الساندويتش ، وإسفنجة أخرى.
ضع المكدس في خزان النقل. قم بتشغيل تيار ثابت يبلغ 350 مللي أمبير لمدة 45 دقيقة. اغسل غشاء PVDF بمحلول TBST سعة 25 مل لمدة خمس دقائق مع رج لطيف.
قم بسد الغشاء باستخدام 5٪ BSA و TBST المؤقت لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة. احتضان الغشاء بجسم مضاد أسيتيل ليسين مخفف ب HRP في درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة أو أربع درجات طوال الليل مع رج لطيف. اغسل الغشاء بمحلول TBST سعة 20 مل لمدة خمس دقائق مع رج لطيف.
كرر هذه الخطوة أربع مرات. ضع ركيزة التلألؤ الكيميائي على الغشاء لمدة دقيقة واحدة. التقط الإشارة باستخدام جهاز تصوير قاعدة كاميرا CCD.
تم تحميل نفس الأحجام من كسور الشطف وتنقية البروتين على هلام SDS-PAGE. يبلغ إنتاج البروتين الأسيتيل حوالي نصف البروتين من النوع البري ، وهو عالي الكفاءة ، ولا يمكن لنفس سلالة التعبير بدون الأسيتيل ليسين ووسط النمو إنتاج بروتينات بكمية يمكن اكتشافها ، مما يشير إلى نقاء عالي للبروتين الأسيتيل نظرا لعدم وجود أحماض أمينية أساسية مدمجة في هذا الموضع المحدد. أظهر النشاف الغربي أنه لا يوجد أستلة يمكن اكتشافها في البروتين من النوع البري ، مما يشير إلى الخلفية المنخفضة للأستيلات غير المحددة لنظام التعبير هذا ، بينما كان للبروتين الأسيتيل نطاق واضح.
أكد قياس الطيف الكتلي الترادفي أن الأستلة تحدث في الموقع الصحيح الذي تم تحور موضعه المقابل في الجين إلى كودون التوقف. للحصول على عوائد جيدة ونقاء البروتينات الأسيتيلية ، يجب استخدام نظام دمج الأسيتيل المحسن لتحقيق الكفاءة العالية والنقاء العالي. يجب استخدام خلايا BL21 (DE3) للخلفية المنخفضة والأستيل غير المحدد لزيادة النقاء.
يمكن استخدام نظام الدمج الجيني في أنظمة حقيقية النواة لتطبيقات أوسع.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
تقدم هذه الدراسة بروتوكولاً لإنتاج بروتينات مُؤستلة بشكل متجانس في مواقع محددة باستخدام بكتيريا E. coli كعائل للتعبير الجيني. تعتمد هذه التقنية على توسيع الشفرة الوراثية للتغلب على التحديات المرتبطة بالطرق التقليدية لأستلة البروتين.
تتيح عملية الأستلة الموجهة لمواقع محددة في بروتينات بكتيريا Escherichia coli استقصاءً دقيقاً للتعديلات ما بعد الترجمة، والتي تُعد بالغة الأهمية للتحقق من صحة الأهداف وتقليل المخاطر الميكانيكية في مراحل الاكتشاف المبكرة. يعالج هذا البروتوكول التحديات القائمة منذ فترة طويلة في إنتاج بروتينات معدلة بشكل متجانس، مما يدعم الثقة التنبؤية والاستمرارية الترجمية عبر محافظ البحث والتطوير.
يتكامل هذا البروتوكول مع السلسلة الممتدة من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية، وذلك من خلال تمكين إنتاج بروتينات مُسيتيلة (acetylated) في مواقع محددة بدقة، لاستخدامها في اختبار الفرضيات، وتطوير المقايسات، والدراسات الميكانيكية.