重组原型泡沫病毒整合酶蛋白在纯化过程中常被细菌核酸酶污染。本方法可鉴定核酸酶污染并将其从酶的最终制备物中去除。
重组原型泡沫病毒整合酶蛋白在纯化过程中常被细菌核酸酶污染。本方法可鉴定核酸酶污染并将其从酶的最终制备物中去除。
逆转录病毒原型泡沫病毒(PFV)的整合酶(IN)蛋白是研究逆转录病毒整合机制的模式酶。与其它逆转录病毒的IN相比,PFV IN具有更高的溶解度,更易于进行实验操作。此外,它对临床上重要的人类免疫缺陷病毒(HIV-1)IN抑制剂敏感,表明PFV IN的催化机制与HIV-1 IN相似。IN在称为链转移的过程中催化病毒互补DNA(cDNA)与靶DNA之间的共价连接。该链转移反应会在靶DNA上引入切口。由于存在同样能够切割DNA的核酸酶,整合反应产物的分析可能受到干扰。已有研究表明,一种细菌核酸酶会与在Escherichia coli(E. coli)中表达的重组PFV IN共同纯化。本文介绍了一种通过肝素亲和层析法将PFV IN与污染性核酸酶分离的方法。可利用超螺旋质粒和琼脂糖凝胶电泳对各组分中的核酸酶污染进行简便筛选。PFV IN与污染性核酸酶对肝素琼脂糖具有不同的亲和性,因此可通过该方法获得无核酸酶污染的重组PFV IN,适用于整合反应的大规模生化分析或单分子分析。
蛋白质与DNA相互作用的生化及单分子研究需要极高纯度的重组蛋白。来自细菌的污染性核酸酶可能掩盖这些实验的结果。已在从大肠杆菌(Escherichia coli,E. coli)中分离得到的重组蛋白——氧清除剂原儿茶酸-3,4-双加氧酶(PCD)和原型泡沫病毒(PFV)整合酶(IN)——的制备样品中发现存在污染性核酸酶1,2,3。
逆转录病毒整合酶活性检测依赖于将超螺旋DNA转化为切口或线性产物,以此作为衡量整合酶(IN)活性的指标4。在细胞感染过程中,整合酶将病毒cDNA的两端连接到宿主染色质上5。每一次末端连接反应称为链转移。重组整合酶活性的检测可通过协同整合反应,将模拟病毒cDNA两端的两个DNA寡核苷酸连接至靶DNA上4,5,6,7,8。或者,重组整合酶也可能仅连接一个DNA末端,发生非生理性的半位点整合反应9,10。当超螺旋质粒DNA作为整合靶标时,协同整合产物为线性DNA,而半位点整合产物为松弛环状DNA。这些反应产物可通过琼脂糖凝胶电泳中相对迁移率的不同进行鉴定1。如果重组整合酶样品中含有污染性核酸酶,则会产生非特异性的松弛环状DNA或可能的线性化质粒,从而干扰实验结果。病毒DNA寡核苷酸可进行荧光标记,以明确区分整合产物与核酸酶降解产物。然而,整合酶对超螺旋DNA靶标具有强烈偏好;若因污染性核酸酶导致超螺旋质粒转化为松弛环状或线性DNA,可能使实验结果和数据分析产生偏差11。因此,从逆转录病毒整合酶制备物中去除细菌来源的核酸酶至关重要。
PFV IN 对肝素琼脂糖的亲和力与细菌核酸酶不同1。PFV IN 与该核酸酶可通过肝素琼脂糖上的线性梯度洗脱实现分离。该核酸酶无法通过 280 nm 处的紫外(UV)吸收峰或分析型十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)轻易检测到。相反,需通过核酸酶活性检测来鉴定,该检测基于超螺旋质粒转化为松弛环状或线性产物的能力。肝素琼脂糖层析后的每一份馏分均需检测核酸酶活性。PFV IN 与核酸酶污染物对 Mono-Q 阴离子树脂的亲和力无差异。在对 Mono-S 阳离子树脂的亲和力上仅有微小差异。然而,Mono-S 树脂无法有效分离细菌核酸酶与 PFV IN。最终,肝素琼脂糖亲和纯化是将细菌核酸酶与 PFV IN 实现最佳分离的方法,且具有上样体积不受限制的优势。
检测核酸酶污染活性的方法可适用于其他蛋白质。目标蛋白质的亲和特性可能与PFV IN不同;目标蛋白质与核酸酶污染物之间的结合特性差异必须通过实验确定。该核酸酶污染检测方法可适用于其他树脂,包括Mono-S阳离子交换树脂或Mono-Q阴离子交换树脂。亲和层析树脂和离子交换树脂可能提供一种可靠方法,用于从核酸酶污染物中分离目标重组蛋白,且在层析过程中对蛋白样品体积无限制。
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1. 在E. coli中诱导PFV IN表达
2. 镍亲和层析
3. 肝素亲和层析
4. 核酸酶实验
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重组PFV IN常被一种细菌核酸酶污染1。生化整合实验依赖于定量超螺旋质粒DNA转化为松弛环状和线性产物的过程。若存在污染性核酸酶,可能导致这些实验的定量结果出现偏差。在E. coli中诱导表达带有六聚组氨酸标签的PFV IN(图1),并首先通过镍亲和层析进行纯化(图2)。将含有几乎纯化PFV IN的组分合并后,利用蛋白酶切除六聚组氨酸标签。我们已确定PFV IN与污染性核酸酶对肝素Sepharose层析具有不同的亲和力(图3)1。将经过肝素Sepharose层析后的PFV IN组分与超螺旋质粒共同孵育,以检测是否存在松弛环状和线性质粒——即核酸酶活性的产物(图4)。该检测方法可用于鉴定不含核酸酶的蛋白组分(图5)。这些组分可合并...
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与DNA相互作用的重组蛋白(如DNA修复蛋白、单分子显微镜应用中的氧清除剂或逆转录病毒整合酶)应不含污染性的细菌核酸酶2,3。这些污染物可能会干扰在整体生化实验或单分子检测中对实验结果的解读。
我们发现,一种细菌核酸酶经常与PFV IN共同纯化。然而,PFV IN对肝素琼脂糖的亲和力与细菌核酸酶污染物明显不同1。制备无核酸酶污染的PFV IN的关键在于,在肝素琼脂糖梯度洗脱后的每一组分中,仔细定量其核酸酶活性。梯度必须足够平缓,以实现PFV IN与核酸酶污染物的有效分离;若梯度过陡,则无法实现高效分离。此外,质粒DNA底物中松弛环状结构的比例应尽可能低,以降低核酸酶检测的本底信号。如果质粒DNA底物中松弛环状结构的本底较高,应重新纯化质粒DNA。核酸酶活性检测可揭示污染物核酸酶的存在,并确定应弃去的组分。
在某些情况下,尺寸排阻色谱法(SEC)可能是去除污染性核酸...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由美国国立卫生研究院(NIH)资助,项目编号为AI099854和AI126742,授予KEY。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BL21/DE3 Rosetta 大肠杆菌 | EMD Millipore | 70956-4 | |
| LB 培养基 | EMD biosciences | 1.10285.0500 | |
| 氨苄青霉素 | Amresco | 0339 | |
| 氯霉素 | Amresco | 0230 | |
| PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| IPTG | Denville Scientific | CI8280 | |
| 氯化锌(ZnCl₂) | Sigma-Aldrich | 208086 | |
| Tris 超纯级 | Gojira Fine Chemicals | UTS1003 | |
| 氯化钠(NaCl) | P212121 | RP-S23020 | |
| PMSF | Amresco | 0754 | |
| 咪唑 | Sigma-Aldrich | I0250 | |
| DTT | P212121 | SV-DTT | |
| UltraPure EDTA | Invitrogen/Gibco | 15575 | |
| MgSO4 | Amresco | 0662 | |
| 琼脂糖 | Denville Scientific | CA3510 | |
| 溴化乙锭 | Thermo Fisher Scientific | BP1302 | |
| 甘油 | Fisher Scientific | G37-20 | |
| Ni-NTA Superflow | Qiagen | 30430 | |
| 肝素 Sepharose 6 Fast Flow | GE Healthcare Life Sciences | 17-0998-01 | |
| HRV14 3C 蛋白酶 | EMD Chemicals | 71493-3 |
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