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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Proteine, die bestimmte RNA-Sequenzen binden spielen wichtige Rollen in der Genexpression. Ausführliche Charakterisierung von diese Bindungsstellen ist entscheidend für unser Verständnis der Genregulation. Hier wird ein Einzelschritt-Ansatz für Sättigung Mutagenese der Protein-Bindungsstellen in der RNS beschrieben. Dieser Ansatz ist relevant für alle Protein-Bindungsstellen in der RNS.
Genregulation spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung. Zahlreiche DNA und RNA-bindende Proteine binden ihre Ziel-Sequenzen mit hoher Spezifität zur Genexpression kontrollieren. Diese regulatorischen Proteinen Steuern Genexpression auf der Ebene der DNA (Transkription) oder auf der Ebene der RNA (Pre-mRNA Spleißen, Polyadenylation mRNA Transport, Verfall und Übersetzung). Identifizierung von regulatorischen Sequenzen hilft zu verstehen, nicht nur wie ein Gen ein- oder ausgeschaltet ist, sondern auch welche nachgeschalteten Gene durch ein bestimmtes regulatorischen Protein reguliert werden. Hier beschreiben wir einen One-Step-Ansatz, der Sättigung Mutagenese von einem Protein-Bindungsstelle in RNA ermöglicht. Es geht um doping DNA Schablone mit Wildtyp-Nukleotide in die Bindungsstelle, Synthese von separaten RNAs mit jeder Phosphorothioat Nukleotid und Isolierung von der gebundenen Anteil nach Inkubation mit Protein. Störungen durch Wildtyp-Nukleotiden führt zu ihren bevorzugten Ausschluss aus der Fraktion proteingebundener. Dies wird durch Gelelektrophorese nach selektiven chemischen Spaltung mit Jod Phosphodiester-Anleihen mit phosphorthioate (Phosphorothioat Mutagenese oder PTM) überwacht. Dieser einstufigen Sättigung Mutagenese Ansatz ist anwendbar auf die Charakterisierung der Protein-Bindungsstelle in RNA.
Genregulation spielt eine wichtige Rolle in der Biologie. Gene reguliert werden können, auf der Ebene der Transkription, Pre-mRNA Spleißen, 3' Ende Bildung, RNA-Export, Übersetzung, mRNA Lokalisierung, Verfall, Post-translationale Modifikation/Stabilität, etc. , die beide DNA und RNA-bindende Proteine Schlüsselrollen in gen spielen Verordnung. Während Molekulare genetische Analysen zahlreiche regulatorische Proteine identifiziert haben, nur eine kleine Teilmenge davon wurden charakterisiert voll und ganz für ihre Zellfunktionen oder verbindliche Sites in Vivo. Phylogenetische Sequenzanalyse und Mutagenese bieten sich ergänzende Ansätze zur Charakterisierung von DNA oder RNA-Protein-Interaktionen.
RNA-bindende Proteine sind wichtig für Entwicklungsprozesse, einschließlich der sexuellen Differenzierung. Der Drosophila -Protein Sex-lethal (SXL) oder die Geschlecht-Hauptschalter Protein fehlt in Männchen, sondern Gegenwart bei Frauen. Es erkennt Uridin-reichen Sequenzen oder Pyrimidine-Traktate neben spezifischen Spleißstellen in nachgeschalteten Pre-mRNA-Ziele (Transformator, Sex-tödlicheund männlich-spezifische lethal2) in somatischen Zellen1,2 ,3,4. Darüber hinaus regelt es polyadenylierungsstelle Wechsel durch die Bindung an Uridin-reiche Polyadenylation Enhancer Sequenzen in die Verstärker der rudimentären (e(r)) Transkript5,6. SXL wahrscheinlich regelt zusätzliche Ziele in der weiblichen Keimbahn, die noch werden identifiziert,1,7,8,9,10,11, 12 , 13.
Charakterisierung von einer Bindungsstelle umfasst Mutagenese, in der Regel, z. B. durch Löschung oder Ersatz von einzelnen oder mehreren Nukleotiden. Jede mutierte Bindungsstelle gegenüber dem Wildtyp RNA-Sequenz wird dann analysiert, mit einer Reihe von proteinkonzentrationen seine Bindungsaffinität zu bestimmen (Kd oder Gleichgewicht Dissoziation Konstante) für das Protein des Interesses; K-d ist die Konzentration des Proteins erforderlich um 50 % RNA-bindende zu erhalten. Dieser arbeitsintensive Prozess detaillierte Mutagenese beinhaltet, Erzeugung und Analyse von zahlreichen Mutanten – drei Wild-Typ Nukleotiden für jede Position in die Bindungsstelle. So gibt es eine Notwendigkeit für einen alternativen Ansatz für schnellere, einfachere und preiswerte Sättigung Mutagenese der Protein-Bindungsstellen in der RNS.
Hier beschreiben wir einen One-Step-Ansatz, der Sättigung Mutagenese von einem Protein-Bindungsstelle in RNA ermöglicht. Es geht um doping DNA Schablone mit Wildtyp-Nukleotide in die Bindungsstelle, Synthese von separaten RNAs mit jeder Phosphorothioat Nukleotid und Isolierung von der gebundenen Anteil nach Inkubation mit Protein. Störungen durch Wildtyp-Nukleotiden führt zu ihren bevorzugten Ausschluss aus der Fraktion proteingebundener. Dies wird durch Gelelektrophorese nach selektiven chemischen Spaltung mit Jod Phosphodiester-Anleihen mit phosphorthioate (Phosphorothioat Mutagenese oder PTM) überwacht. Dieser einstufigen Sättigung Mutagenese Ansatz ist anwendbar auf die Charakterisierung der Protein-Bindungsstelle in RNA.
Hinweis: Abbildung 1 gibt einen Überblick über Phosphorothioat Mutagenese und fasst die wichtigsten Schritte im Prozess.
1. Generation aus einer Bibliothek von Mutanten-Doping DNA Schablone mit Wild-Typ Nukleotide
2. Synthese von RNA
3. Verbindliche Reaktion und Trennung von gebundenen RNA protein
4. Analyse der Jod gespalten Phosphorothioat Produkte für die Erkennung von mutierten Nukleotid-Positionen
Das Prinzip der Sättigung Mutagenese mit doping:
Verwenden Sie für eine entsprechende Molverhältnis von Wildtyp und andere Nukleotide eine gleiche Mischung von allen vier Nukleotide, wenn nur eine Position soll analysiert werden. Jedoch, wenn mehrere Positionen gleichzeitig analysiert werden, das Verhältnis zwischen wilden Typ Wildtyp Nukleotide muss angepasst werden, d. h. reduziert. Ansonsten neben einzelnen Ersetzungen, die gewünscht wird, werden es auch Vorlagen mit mehreren Wild-Typ Nukleotide in einem Molekül, Analyse der Wirkung von Einzel-Nukleotid-Substitutionen entgegensteht. So als Faustregel, verwenden Sie eine Verhältnis wilde Art Wildtyp Nukleotide von 1/n, wo n ist die Anzahl der Positionen analysiert werden. Hier, wir 10 Positionen gleichzeitig analysiert und verwendet ein Gemisch mit 90 % der Wildtyp Nukleotid und 10 % des Wild-Typ Nukleotids für doping-das DNA-Template. Separate Transkription Reaktionen erfolgen, in denen ist jede Transkription Reaktion mit einem der vier phosphorthioate durchgeführt. So überwacht jede Reaktion eine spezifische Nukleotid an den dotierten Positionen.
Das Prinzip der Partitionierung aufgrund von Störungen:
Im hier vorgestellten Ansatz Mutagenese haben RNAs im Durchschnitt weniger als ein Phosphorothioat Rückstand pro Molekül. Während des Prozesses der Bindung, RNA-Moleküle Trennwand zwischen der proteingebundene Anteil und der ungebundene Anteil. Da eine bestimmte Nukleotid, eine Phosphorothioat-Verbindung verbunden ist, ist Spaltung der Phosphorothioat Rückgrat Verlinkung ein Auslesen der das Vorhandensein eines bestimmten Nukleotids an dieser Position. Es wird erwartet, dass in jeder Position, wenn ein Nukleotid geändert wird es möglicherweise entweder keinen Einfluss auf Bindung oder es verbindlich,, teilweise oder vollständig hemmen kann. Wenn die Anwesenheit eines bestimmten Nukleotids hat keinen Einfluss auf Bindung wird es ebenso zwischen den Protein-gebundenen und ungebundenen Fraktionen partitionieren. Jedoch wenn eine spezifische Nukleotid an einer bestimmten Position Proteinbindung stört wird sie bevorzugt aus der proteingebundene Fraktion ausgeschlossen. Der Grad der Störung kann quantitativ für jede der Positionen in die gleiche Reaktion nach Gelelektrophorese überwacht werden. Dieses Konzept wird in einem Schaltplan (Abbildung 3) dargestellt. In total RNA Bruchteil (Spur T) ist die Band Intensität ungefähr gleich für alle dotierten Positionen (Bänder 1, 3 – 7). In proteingebundener RNA Bruchteil (Weg B) an den Positionen 1, 4 und 7 hat das Nukleotid keinen Einfluss auf die Bindung. Jedoch an den Positionen 3 und 6, mischt sich mit Bindung und somit aus der gebundenen Fraktion ausgeschlossen ist. An Position 5 ist Störungen teilweise. So erlauben Vergleiche von gekoppelten vierspurig, T und B für jedes Nukleotid für die Analyse von allen vier Nukleotide. Es sei darauf hingewiesen, dass Wildtyp Nukleotid für eine bestimmte Position den Effekt, wenn überhaupt, der Schwefel in den RNA-Backbone auf Proteinbindung spiegelt.
Die begleitenden Autoradiograph (Abbildung 4) zeigt zwei Paar Gassen von einem denaturierenden Gel (T für insgesamt Pool) und B für gebundene Bruchteil (α-Thio A und α-Thio-U). Mehrere Beobachtungen können durch den Vergleich der Intensitäten der Bänder in jeder Position zwischen jeweils zwei Fahrspuren (T und B). Erstens ist die Mehrheit des Signals an der Spitze des Gels, d. h. uncleaved Produkt für beide α-Thio eine Lane und α-Thio U-Gasse. Zweitens sind mehrere Bands (Jod-Spaltprodukte) für α-Thio A paar Gassen, zwischen der Grenze und die total RNA Brüche z. B. Bänder oberhalb von 1 identisch; relevanten Bands in die Bindungsstelle für die α-Thio eine Gasse sind als Referenz nummeriert. Drittens sind die Bänder an der Unterseite des Gels mehr eng angeordnet (z. B. Bänder unter 6) als für eine Sequenzierung Gel üblich ist. Viertens: mehrere Bänder sind vorhanden in der gesamten RNA-Fraktion aber abwesend oder signifikant reduziert in der gebundenen RNA-Anteil (z. B. Bänder, 1, 2, 3 und 5). Fünfte, während die meisten Bands vergleichbar zwischen den Gesamt- und gebundenen Lanes sind für das α-Thio U Bahn paar einige Bands relativ weniger intensiv in der gebundenen Anteil (z. B. Bänder 7 und 8).
Diese Beobachtungen liefern Beweis für die erfolgreiche Entwicklung dieser neuen Methode und führen zu folgenden Schlussfolgerungen: Erstens für α-Thio A paar Gassen und α-Thio U Bahnen, koppeln, weil die meisten der RNA uncleaved es nachweist, dass nur ein winziger Teil die RNA enthält geändert oder Phosphorothioat Rückstände. Dies ist wichtig, weil es feststellt, dass RNA-Moleküle nicht mehr als ein Phosphorothioat Reste enthalten. Zweite, identische oder ähnliche Intensitäten für mehrere Bands außerhalb der Bindungsstelle zwischen die zwei Fahrspuren für α-Thio A und α-Thio U, zeigen, dass Belastung für beide Fahrspuren, erlaubt einfachen Vergleich zwischen Gassen vergleichbar ist. Drittens: mehr eng beieinander liegenden Bänder sind für α-Thio A und α-Thio U, durch die Keilform des Gels (an der Spitze dünner und dicker an der Unterseite), also so dass Analyse der längeren Sequenz liest und bietet höheren Auflösung erreicht. In der Regel sind kürzere Fragmente in einem Gel mit gleichmäßiger Dicke mehr weit auseinander. Viertens, verschwinden oder reduzierter Intensität bestimmter Bands in der gebundenen Anteil gibt, dass der Wildtyp-Nukleotid bevorzugt aus der gebundenen Anteil (α-Thio A) ausgeschlossen ist. Relative Intensitäten der verschiedenen Bands innerhalb der gebundenen Spur bieten auch quantitative Angaben über das Ausmaß der Störungen durch Wild-Typ Rückstände an verschiedenen Standorten. Das heißt, stören der Mutant oder Wild-Typ Nukleotide an bestimmten Positionen Proteinbindung. Testen die Wirkung der Rückgrat Schwefel Substitution (Phosphorothioat) in einem nicht-bridging Sauerstoffatome (α-Thio-U), zeigt schließlich, dass drei Positionen geringe Effekte von Rückgrat sulfure (z. B. 6, 7 und der darunter 7) zeigen. Unsere kombinierten Ergebnisse zeigen, dass verschiedene Positionen innerhalb der Bindungsstelle bevorzugte verschwinden zeigen oder Intensität der Banden in den gebundenen Bruchteil reduziert. Dies ist aufgrund der Basis eher als Rückgrat Substitution, Protein-Wechselwirkungen mit bestimmten Basen in die Bindungsstelle (α-Thio A) anzeigt. Unterdessen zeigt Einbeziehung der α-Thio-C ein Interferenzmuster vergleichbar mit α-Thio A. Nur 3 – 4 α-Thio G Substitutionen zeigen kleine aber nachweisbaren Störungen im Mittelpunkt, zum Beispiel Positionen Nummern 2 und 3 (Daten nicht gezeigt). Diese Methode wurde verwendet, um Unterschiede in wie Spleißen Repressor SXL und die allgemeine Spleißen Faktor U2 SnRNP Auxiliary Factor (U2AF65) an eine identische Pre-mRNA Spleißen Signalsequenz (Polypyrimidine-Darm-Trakt) auf unterschiedliche Weise15 binden .

Abbildung 1: Flussdiagramm des Schlüssels Schritte in Phosphorothioat Mutagenese (PTM). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Schematische eine Phosphorothioat Verbindung zwischen zwei Nukleotide, die durch Jod chemisch gespalten werden kann. Schwefel ersetzt eine nicht-bridging Phosphat Sauerstoffatome. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Prinzip der Partitionierung aufgrund von Störungen. Hypothetische RNA enthält repräsentative α-Thio Nukleotide an sechs Positionen, einschließlich eine Protein-Bindungsstelle. Nach Proteinbindung, ist RNA an Standorten von Phosphorothioat Aufnahme von Jod abgespalten. Positionen 1 – 7 in und um die Bindungsstelle sind willkürlich als Referenz im Text nummeriert. Position 2 oder fehlende Band stellt keine Phosphorothioat Aufnahme oder undotierten Nukleotid. Lane T Gesamt-RNS und Spur B proteingebundene RNA. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: Phosphorothioat Mutagenese (PTM) Ansatz ermöglicht Sättigung Mutagenese eines Polypyrimidine-Darm-Trakt/3 ' splice Stelle in den Transformator Pre-mRNA vorhanden. Lane T Gesamt-RNS und Spur B proteingebundene RNA. Α-Thio eine RNA stellt im Beisein von α-Thio ATP synthetisiert und identifiziert dotierte Positionen mit α-Thio Adenosines in der Sequenz. Drei starke Bänder entsprechen Adenosines in der Sequenz an diesen Positionen. Α-Thio U vertritt RNA synthetisiert im Beisein von α-Thio UTP und identifiziert alle Uridines, einschließlich dotierte Positionen in der Sequenz. Vertikale Linie auf der linken Seite markiert die SXL-Bindungsstelle. 1 – 8 Positionen innerhalb der Bindungsstelle sind nummeriert, zu Referenzzwecken und zur Vereinfachung der Beschreibung im Abschnitt "Ergebnisse". Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Der Autor erklärt keinen finanziellen Interessenkonflikt.
Proteine, die bestimmte RNA-Sequenzen binden spielen wichtige Rollen in der Genexpression. Ausführliche Charakterisierung von diese Bindungsstellen ist entscheidend für unser Verständnis der Genregulation. Hier wird ein Einzelschritt-Ansatz für Sättigung Mutagenese der Protein-Bindungsstellen in der RNS beschrieben. Dieser Ansatz ist relevant für alle Protein-Bindungsstellen in der RNS.
Der Autor dankt der National Institutes of Health für die letzten Finanzierung und Dank Michael R. Green für die Synthese von Oligonukleotiden.
| Uridin 5' a-thiotriphosphat | NEN (Boston, Massachusetts) | NLP-017 | |
| Adenosin 5' a-thiotriphosphat | NEN (Boston, Massachusetts) | NLP-016 | |
| Vakuumverteiler | Fisher Scientific | XX1002500 | Millipore 25 mm Glas Mikroanalytik Vakuum Filter |
| Vakuum Verteiler | Millipore | XX2702552 | 1225 Probenahme Vakuum Verteiler |
| Nitrocellulose | Millipore | HAWP | |
| Nitrocellulose | Schleicher & Schuell | PROTRAN | |
| Dephosphorlyation Kit | NEB | M0508 | |
| T4 Polynukleotidkinase | NEB | M0201S | |
| Proteinase K | NEB | P8107S | |
| T7 RNA Polymerase | NEB | M0251S | |
| RNasin | Promega | RNase Inhibitor | |
| Glasplatten | Standard | Standard | |
| Gelelektrophorese-Geräte | Standard | Standard Röntgenfilme | |
| Standard | Standard Polyacrylamid | ||
| Gellösungen | Standard | Standard Standard |