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方法文章

蛋白质-tRNA 琼脂糖凝胶阻滞分析法用于研究 N6苏氨酰氨甲酰腺苷 TcdA 功能

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DOI:

10.3791/55638

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2017年6月21日

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本文内容

摘要

本文介绍了一种制备tRNA(UUU)以及通过琼脂糖凝胶阻滞实验分析tRNA(UUU)与酶TcdA形成复合物的方法。

摘要

我们展示了tRNA(UUU)的表达与纯化方法 大肠杆菌 并通过凝胶阻滞实验分析tRNA(UUU)与TcdA的结合情况 N6苏氨酰氨甲酰腺苷(t6A) 脱水酶,可使连接在tRNA反密码子茎环(ASL)中A37位点的苏氨酰氨甲酰侧链环化,形成环状t6A (ct6A) 编码tRNA(UUU)的合成基因的转录被诱导 E. coli 使用1 mM异丙基-β-D-硫代半乳糖吡喃糖苷(IPTG)诱导,含tRNA的细胞在诱导后24小时收集。采用酸性酚抽提法纯化RNA组分。通过凝胶过滤层析获得纯化的tRNA,该方法可有效将小分子tRNA与较大尺寸的完整或片段化核酸分离。为分析TcdA与tRNA(UUU)的结合,将TcdA与tRNA(UUU)混合,并在4 °C下进行非变性琼脂糖凝胶电泳分离。游离的tRNA(UUU)迁移较快,而TcdA-tRNA(UUU)复合物因迁移率降低,在染色后可在凝胶中观察到滞留条带。我们证实TcdA是一种能够结合tRNA(UUU)的酶。该凝胶滞留实验可用于研究TcdA突变体以及添加剂和其他蛋白质对结合的影响。

引言

凝胶阻滞实验1 (也称为电泳迁移率变动分析,EMSA)是一种用于研究和表征蛋白质-核酸相互作用的电泳方法。该方法可分析蛋白质-DNA以及蛋白质-RNA相互作用,尤其适用于tRNA与tRNA结合蛋白之间的相互作用,既可使用纯化的组分,也可使用复杂的蛋白质混合物例如,细胞裂解物)或核酸(例如tRNA 池)。我们已将凝胶阻滞实验应用于研究纯化的 tRNA(UUU) 与 TcdA 之间的相互作用,一种 N6苏氨酰氨甲酰腺苷(t6A) 脱水酶,可使连接在tRNA反密码子茎环(ASL)A37位点的苏氨酰氨甲酰侧链环化,形成环状t6 (ct6A)2,3TcdA 也称为 CsdL3,4。该 tcdA/csdL 基因与该基因形成一个簇 csdA 和 csdE 基因5,编码半胱氨酸脱硫酶和半胱氨酸亚磺酸脱硫酶(CSD)系统的硫受体,对维持TcdA功能至关重要 体内

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方案

注意:使用前请查阅所有相关的材料安全数据表(MSDS)。本实验方案中使用的多种化学试剂具有毒性和腐蚀性。使用苯酚提取tRNA时,应采取适当的防护措施,包括在通风橱中操作,并佩戴个人防护装备(安全眼镜、手套、实验服、长裤、封闭式鞋履)。 等等)。本方案使用一种无毒的核酸染料。若使用其他染料,且该染料具有毒性或致癌性,则可能需要采取额外的预防措施,并对染色剂进行特殊处理。例如溴化乙锭

1. 琼脂糖凝胶的制备

  1. 称取 2 g 琼脂糖,加入玻璃瓶中,用于制备 2% w/v 的琼脂糖凝胶。
  2. 向含有琼脂糖的瓶中加入 100 mL 1× 硼酸-乙二胺四乙酸(EDTA)(TBE)电泳缓冲液,放入微波炉加热至溶解。每隔 30 秒取出摇匀,充分混匀,重复此步骤直至琼脂糖完全溶解。将琼脂糖溶液冷却至约 50–60 °C。
  3. 用胶带封闭凝胶托盘的开口边缘以形成模具,插入合适的梳子以形成加样孔,然后倒入熔融的琼脂糖溶液。避免产生气泡,并在室温下静置使其完全凝固。
  4. 待凝胶完全凝固后,将凝胶托盘放入电泳装置中,并加入 TBE 缓冲液至完全浸没凝胶。

2. tRNA 的制备

  1. 表达tRNA(UUU) E. coli
    1. 早上,使用一....

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结果

通过在强诱导型 T7 启动子控制下于 E. coli 中表达 tRNA 基因,可获得大量 tRNA(UUU)。表达的 tRNA(UUU) 在细胞质中积累,并在天然丰度 tRNA 池中富集。采用两步纯化流程——捕获/提取步骤和凝胶过滤/精制步骤——以获得适用于 EMSA 的高纯度 tRNA。捕获/提取步骤使用 pH 4.3 的苯酚,实现蛋白质、细胞碎片、DNA 的同时沉淀以及 tRNA(及其他 RNA 分子)的提取。在此步骤中,可通过 2% w/v 琼脂糖凝胶电泳评估总 tRNA 池的量。第二步采用凝胶过滤层析,根据 RNA 分子的大小进行分离。使用 254 nm 处的紫外吸收曲线监测分离过程并识别主要洗脱峰(图 1 顶部)。取代表性洗脱组分在 2% w/v 琼脂糖凝胶上进行电泳分析(图 1 底部)。大部分 tRNA 分子在层析过程中共洗脱于单一峰(中间峰)中(此处为 1.......

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讨论

本文所述的蛋白质-tRNA 琼脂糖凝胶阻滞实验可通过多种方式进行修改。首先,可降低凝胶中琼脂糖的百分比,以便分离和观察明显大于本实验中分析的复合物(120 kDa)的蛋白质-tRNA 复合物。其次,若目标蛋白质具有热不稳定性,则必须采取额外预防措施,确保电泳装置的温度保持在可接受的最高温度以下,例如将电泳装置移至冷室,或在电泳槽内使用冰袋以迅速消散运行过程中产生的热量。其他缓冲液组成(例如,0.5X TB,三羟甲基氨基甲烷-硼酸盐)和运行参数(> 20 V/cm)也可根据需要或样品的可接受性进行调整,以缩短运行时间11。如果在样品制备过程中观察到 RNA 降解,可降低建议的 MgCl2 浓度,因为二价阳离子可能催化核酸的断裂。

该技术的主要局限性在于,蛋白质-tRNA 条带通常比基于丙烯酰胺的凝胶阻滞方法中的条带略为弥散,后者的条带通常更锐利、更清晰。另一个局限性是,若需同时分析多个样品,或分离不同大小和电荷的蛋白质-tRNA 复合物,则可能需要更宽、更长的凝胶。

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

MCV 是 CIB 所内计划“改善生命分子机器”(MACBET)的成员。本研究的开展获得了西班牙卡洛斯三世健康研究所(Instituto de Salud Carlos III)资助(项目编号 PI12/01667,授予 MCV)、西班牙经济与竞争力部(Ministerio de Economía y Competitividad)资助(项目编号 CTQ2015-66206-C2-2-R 和 SAF2015-72961-EXP,授予 MCV)、马德里地区政府资助(项目编号 S2010/BD-2316,授予 MCV)以及欧洲委员会第七框架计划(FP7)项目 ComplexINC(合同编号 279039,授予 MCV)的支持。资助机构在研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写过程中均未发挥任何作用。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
E. coli BL21(DE3)Novagen70235DE3溶原菌在IPTG诱导后表达T7 RNA聚合酶。
pET23dNovagen69748-3pET23d赋予氨苄青霉素抗性;含有T7启动子。
LB培养基(低盐,Lennox L培养基),颗粒状MelfordGL1703也可使用常规高盐LB培养基。
氨苄青霉素Sigma-Aldrich10419313
恒温摇床NBSExcella E24 任何具备温度控制功能的摇床培养箱均可使用。
异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG),>=99%Acros OrganicsBP1755
乙酸钠,无水,>99%MelfordB4017
乙二胺四乙酸(EDTA),二钠盐,>99%Acros OrganicsAC327205000吸入后有害。
离心机(带制冷)Eppendorf5430
离心机转子(带制冷)Eppendorf5430/5430P
离心机SorvallRC5C
离心机转子SorvallSLA-3000
苯酚溶液,用0.1 M柠檬酸缓冲液饱和,pH 4.3 ± 0.2Sigma-AldrichP4682急性毒性(经口、经皮、吸入),具腐蚀性
分析纯无水乙醇,100% v/vMerck Millipore100983
磷酸氢二钠二水合物,Na2HPO4,>=99%Sigma-Aldrich71643
磷酸二氢钾,KH2PO4Merck48,730,250
HiLoad 16/60 Superdex 75 GE Healthcare28989333
琼脂糖MelfordMB1200
Tris [三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐]MelfordT1513
硼酸MelfordB0503
微波炉HaierHDA-2070M
TCEP [三(2-羧乙基)膦盐酸盐]Sigma-AldrichC4706对金属和皮肤具有腐蚀性。
ATP [腺苷5′-三磷酸二钠盐水合物],I级,>=99%Sigma-AldrichA2383
氯化镁(MgCl2),无水,>=98%Sigma-AldrichM8266
氯化钠(NaCl),>99%Fisher BioreagentsBP358
氯化钾(KCl),>99%MelfordP0515
NZYDNA Ladder VINZYtechMB8901
电泳电源ConsortEV261
电泳装置Real LaboratoryRELSMINI10
Real Safe核酸染料Real LaboratoryRBMSAFE20,000倍储存液
紫外透射仪(G:Box/EF)Syngene2216498
考马斯亮蓝GSigma-AldrichB0770
摇床(Gyro-Rocker)StuartSSL3
涡旋混合器 Fisher brand13214789

参考文献

  1. Scott, V., Clark, A. R., Docherty, K. The gel retardation assay. Methods Mol Biol. 31, 339-347 (1994).
  2. López-Estepa, M., et al. The crystal structure and small-angle X-ray analysis of CsdL/TcdA reveal a new tRNA binding motif in the MoeB/E1 superfamily.

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