该协议描述了一系列方法,包括分析体积排阻色谱以研究组蛋白伴侣寡聚化和稳定性,下拉测定以揭示组蛋白伴侣 - 组蛋白相互作用,AUC用于分析蛋白质复合物的化学计量,以及组蛋白伴侣测定以在 体外功能表征假定的组蛋白伴侣。
方法文章
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该协议描述了一系列方法,包括分析体积排阻色谱以研究组蛋白伴侣寡聚化和稳定性,下拉测定以揭示组蛋白伴侣 - 组蛋白相互作用,AUC用于分析蛋白质复合物的化学计量,以及组蛋白伴侣测定以在 体外功能表征假定的组蛋白伴侣。
组蛋白与DNA结合形成真核染色质。染色质的基本单位是核小体,由组蛋白八聚体组成,由核心组蛋白H2A,H2B,H3和H4的两个拷贝组成,被DNA包裹。八聚体由两个拷贝的H2A/H2B二聚体和一个拷贝的H3/H4四聚体组成。高电荷的核心组蛋白容易与细胞质和细胞核中的几种蛋白质发生非特异性相互作用。组蛋白伴侣形成一类多样化的蛋白质,将组蛋白从细胞质穿梭到细胞核中,并帮助它们沉积到DNA上,从而协助核小体组装过程。一些组蛋白伴侣对 H2A/H2B 或 H3/H4 具有特异性,有些则作为两者的伴侣。该协议描述了如何串联使用体 外 实验室技术,例如下拉测定,分析体积排阻色谱,分析超离心和组蛋白伴侣测定,以确认给定的蛋白质是否具有组蛋白伴侣的功能。
由DNA和组蛋白组成的核小体形成染色质的结构单元并调节几个关键的细胞事件。核小体被动态地重新定位和重塑,使DNA能够被复制、转录和翻译等各种过程所访问1,2。高度碱性的组蛋白要么倾向于与细胞环境中的酸性蛋白质相互作用,要么发生聚集,从而导致各种细胞缺陷3,4,5。一组称为组蛋白伴侣的专用蛋白质有助于组蛋白从细胞质转运到细胞核,并防止异常组蛋白-DNA聚集事件6,7。从根本上说,大多数组蛋白伴侣以生理离子强度将组蛋白储存并转移到DNA上,从而有助于核小体8,9的形成。一些组蛋白伴侣对组蛋白低聚物H2A/H2B或H3/H410有明确的偏好。
组蛋白伴侣的特征基于它们组装依赖或独立于DNA合成的核小体的能力11。例如,染色质组装因子-1 (CAF-1) 是依赖性的,而组蛋白调节因子 A (HIRA) 独立于 DNA 合成12,13。同样,组蛋白伴侣的核质蛋白家族参与精子染色质脱缩和核小体组装14。核小体组装蛋白(NAP)家族成员在体外促进核小 体 样结构的形成,并参与细胞质和细胞核之间的组蛋白穿梭15。核质蛋白和NAP家族蛋白都是功能性组蛋白伴侣,但没有任何结构特征。从本质上讲,没有单一的结构特征允许将蛋白质分类为组蛋白伴侣16。使用功能和生物物理测定以及结构研究最适合表征组蛋白伴侣。
这项工作描述了将蛋白质表征为帮助核小体组装的组蛋白伴侣的生物化学和生物物理方法。首先,采用分析体积排阻色谱法分析组蛋白伴侣的寡聚状态和稳定性。接下来,进行下拉测定以确定组蛋白伴侣-组蛋白相互作用的驱动力和竞争性质。然而,由于蛋白质的形状及其复合物会影响它们在色谱柱中的迁移,因此使用分析体积排阻色谱无法准确计算这些相互作用的流体动力学参数。因此,使用分析超速离心,它提供了溶液内大分子特性,包括准确的分子量、相互作用的化学计量和生物分子的形状。过去的研究已广泛使用体外组蛋白伴侣测定来功能表征组蛋白伴侣,例如yScS116 17,DmACF18,ScRTT106p19,HsNPM120。组蛋白伴侣测定也用于在功能上表征蛋白质作为组蛋白伴侣。
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1. 分析体积排阻色谱法阐明组蛋白伴侣的低聚状态和稳定性
2. 基于盐梯度的下拉测定,以了解有助于组蛋白低聚物和组蛋白伴侣之间复合物形成的相互作用类型
3. 竞争性下拉测定,以确定组蛋白伴侣对 H2A/H2B 或 H3/H4 的偏好
4. 分析超速离心-沉降速度(AUC-SV)实验分析组蛋白伴侣与组蛋白之间的结合化学计量
5. 质粒超螺旋测定确认组蛋白伴侣功能
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对拟 南芥 FKBP53蛋白的重组N端核质结构域进行SEC分析。将洗脱峰体积与标准曲线作图,以确定其低聚状态。SEC分析结果表明,该结构域以五聚体的形式存在于溶液中,分子量约为58 kDa(图1A,B)。此外,结合分析SEC分析核蓝蛋白结构域的热稳定性和化学稳定性。与保持在20 °C的样品相比,在高达90 °C的温度下进行热处理的核蓝蛋白样品的洗脱体积和峰高没有明显变化,表明该结构域具有高度的热稳定性(图1C)。同样,核质蛋白结构域显示出高达2 M的NaCl盐稳定性(图1D)和高达4 M的尿素稳定性(图1E)。然而,核质蛋白五聚体开始以更高的尿素浓度解离。
使用梯度盐洗法进行下拉测定以确定有助于组蛋白伴侣(AtFKBP53的核蓝蛋白结构域)与组蛋白低聚物H2A / H2B二聚体和H3 / H4四...
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这项工作演示并验证了一套全面的方案,用于推定组蛋白伴侣的生化和生物物理表征。本文使用重组表达和纯化的NAP家族蛋白AtNRP1和AtNRP2以及AtFKBP53的N端核质蛋白结构域来证明方案。同一组实验可以很好地用于描述来自任何生物体的以前未表征的组蛋白伴侣的功能属性。
协议部分的第一部分涉及研究组蛋白伴侣的寡聚状态和稳定性。一些报告表明,组蛋白伴侣在其寡聚状态下表现出相当大的多样性。例如,人CAF-1以单体29的形式存在。NAP家族成员以二聚体或四聚体29,30,31的形式存在。核质蛋白揭示五聚体和通常的脱汞寡聚状态32,33。分析SEC实验可以确定组蛋白伴侣的寡聚状态,AUC-SV实验可以证实这一点。已知几种组蛋白伴侣在各种热和化...
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印度政府科学与工程研究委员会[CRG/2018/000695/PS]和印度政府科学技术部生物技术司[BT/INF/22/SP33046/2019]向Dileep Vasudevan提供的校外赠款,以及布巴内斯瓦尔生命科学研究所的校内支持,都得到了极大的认可。我们感谢Sudeshna Sen女士和Annapurna Sahoo女士在组蛋白制备方面的帮助。与我们的同事钦马伊·莫哈帕特拉博士、玛纳斯·库马尔·贾格德夫先生和谢赫·瑙萨德·侯赛因博士的讨论也得到了认可。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 乙酸(冰酸) | Sigma | A6283 | |
| 丙烯酰胺 | MP 生物医学 | 814326 | |
| 琼脂糖 | MP 生物医学 | 193983 | |
| AKTA Pure 25M FPLC | Cytiva | 29018226 | 蛋白质纯化仪器 |
| 过硫酸铵 (APS)Sigma | A3678 | ||
| An-60Ti 转头 | 贝克曼库尔特 | 361964 | 用于分析超速离心的转子 |
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma | A7030 | |
| 氯仿 | Sigma | C2432 | |
| 考马斯亮蓝 R 250 | Sigma | 1.15444 | |
| 透析管(7 kDa 截止值) | Thermo Fisher | 68700 | 用于透析蛋白质样品 |
| 二硫苏糖醇 (DTT) | MP Biomedicals | 100597 | |
| DNA 加载染料 | New England Biolabs | B7025S | |
| EDTA 二钠盐 | MP Biomedicals | 194822 | |
| 电子天平 | 岛津 | ATX224R | |
| 乙醇 | Sigma | E7023 | |
| 溴化乙锭 (EtBr) | Sigma | E8751 | |
| 凝胶 Doc系统 | Bio-Rad | 12009077 | 用于染色后的凝胶成像 |
| 水平凝胶电泳仪 | Bio-Rad | 1704405 | 琼脂糖凝胶电泳仪 |
| 盐酸 (HCl) | Sigma | 320331 | |
| 咪唑 | MP 生物医学 | 102033 | |
| 氯化镁 (MgCl2) | Sigma | M8266 | |
| 微量移液器 | Eppendorf | Z683779 | 用于微量微量移液器 |
| Mini-PROTEAN 电泳系统 | Bio-Rad | 1658000 | SDS 仪器 |
| PAGE N,N-亚甲基-双丙烯酰胺 | MP Biomedicals | 800172 | |
| Nano 滴 | Thermo Fisher | ND-2000 | 用于测量蛋白质和 DNA 浓度 |
| Ni-NTA 琼脂糖 | Invitrogen | R901-15 | 用于沉降测定的树脂珠 |
| Optima AUC 分析超速离心机 | Beckman Coulter | B86437 | 超速离心仪 |
| pH 计 | 梅特勒-托利多 | MT30130863 | |
| 酚 | Sigma | P4557 | |
| 质粒分离试剂盒 | Qiagen | 27104 | |
| 蛋白酶 K | Sigma-Aldrich | 1.07393 | |
| pUC19 | Thermo Fisher | SD0061 | 用于超螺旋测定 |
| 冷冻高速离心机 | Thermo Fisher | 75002402 | |
| SDS-PAGE 蛋白质标记物 | Bio-Rad | 1610317 | |
| SEDFIT | 用于分析超速离心数据的免费软件程序分析 | ||
| SEDNTERP | 用于估计缓冲液粘度和密度以及蛋白质部分比体积的免费软件 | ||
| 程序 SigmaPrep 离心柱 | Sigma | SC1000 | 用于沉降分析 |
| 乙酸钠 | Sigma | S2889 | |
| 氯化钠 (NaCl) | 默克 | S9888 | |
| 十二烷基硫酸钠 (SDS) | MP生物医学 | 102918 | |
| Superdex 200 Increase 10/300 GL | Cytiva | 28990944 | 分析体积排阻层析柱 |
| Superdex 75 Increase 10/300 GL | Cytiva | 29148721 | 分析体积排阻层析柱 |
| TEMED | Sigma | 1.10732 | |
| 拓扑异构酶 I | Inspiralis | WGT102 | 酶 用于质粒超螺旋测定 |
| Tris 碱 | Merck | T1503 | |
| 吐温-20 | Sigma | P1379 | |
| 尿素 | MP Biomedicals | 191450 | |
| 水浴 | Nüve | NB 5 | 用于蛋白质样品的热处理 |
| &β;-巯基乙醇 (β-ME) | Sigma | M6250 |
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