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Un etiquetado específico de los ácidos nucleicos y proteínas 1,2 3,4 es de gran interés para las caracterizaciones funcionales, diagnóstico médico y (nano) biotecnología. Aquí presentamos un método de marcaje enzimático para estos biopolímeros que se basa en S -adenosyl-l-metionina (AdoMet o SAM) metiltransferasas dependientes (MTases). Esta clase de enzimas (EC 2.1.1.) Se dirige a posiciones individuales nucleófilos (nitrógeno, oxígeno, azufre y átomos de carbono) dentro de los residuos específicos de ácidos nucleicos y proteínas y, naturalmente, transfiere el grupo metilo activado de la AdoMet cofactor (Figura 1A) 5. Además, MTases pueden utilizar análogos sintéticos cofactor para el etiquetado específico con etiquetas de afinidad, fluoróforos u otras etiquetas (Figura 1B) 6. Dos clases de análogos de AdoMet se han desarrollado: cofactores aziridina para concreto-equence S M ethyltransferase- I L abel ing (sonriendo) 7 y dobles activados análogos AdoMet para m ethyltransferase dirigida TRANSFERENCIA DE UN ctivated rupos G (MTag) 8.

Figura 1: reacciones catalizadas por metiltransferasas (MTases) A. Metil transferencia de grupo desde el cofactor natural de AdoMet (SAM) a diversos sustratos incluyendo ADN, ARN, proteínas y pequeñas biomoléculas B. Etiquetado / funcionalización de los ácidos nucleicos y proteínas (NNNNN =.. pares de bases de ADN, nucleótidos de ARN para ácidos y aminoácidos para las proteínas; XXXXX = secuencia de reconocimiento de la MTase con objetivo de residuos en verde) con análogos de cofactor sintéticos. Cofactores aziridina contienen un grupo indicador (azul esfera)unido al anillo de adenina son secuencia junto específicamente con el objetivo de residuos (izquierda) y de doble activado análogos de AdoMet llevar a la transferencia de cadenas de alquilo extendidos que llevan un reportero química Y (derecha) que puede ser etiquetado por reacción bioorthogonal clic en un segundo paso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Cofactores aziridina funcionan mejor con ADN MTases. Contienen un anillo de tres miembros con un átomo de nitrógeno 9 (o un N de mostaza 10,11) en lugar del centro de sulfonio como grupo reactivo. La protonación de este átomo de nitrógeno activa el anillo de aziridina para el ataque nucleofílico por el nucleótido diana que conduce a Acoplamiento covalente de todo el cofactor con el ADN. Al conectar grupos informadores al anillo de adenina los cofactores de aziridina se pueden utilizar en combinación con ADN MTases para etiquetar ADN en un solo paso ( g> Figura 1B, izquierda) 7,12. Esto se demuestra en detalle para la biotinilación de ADN con 6BAz 13-15 (cofactor de aziridina con biotina unido a la posición 6 del anillo de adenina) y la adenina específica de ADN MTase de Bacillus stearothermophilus (M.BseCI) 16 (Figura 2, véase la sección 2 del protocolo: un solo paso etiquetado de ADN a través de aziridina cofactores). Además de M.BseCI ('secuencia de reconocimiento, la MTases ADN de Thermus aquaticus (M.TaqI, 5'-TCG A -3 5'-ATCG A T-3)'), a partir de Haemophilus heamolyticus (M.HhaI, 5 '-G C GC-3') y desde Spiroplasma (M.SssI, 5'-C G-3 ') se han utilizado con éxito para biotinilar ADN con 6BAz 17. Además, cofactores de aziridina pueden emplearse para un solo paso de fluorescencia de ADN etiquetado 18,19.
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Figura 2:. Biotinilación específica de secuencia de un solo paso de ADN con M.BseCI y 6BAz El ADN MTase M.BseCI reconoce la secuencia de doble cadena de ADN 5'-ATCG
A T-3 'y, naturalmente, metila el grupo amino de la segunda adenina residuo (verde) usando AdoMet. Con el cofactor aziridínico 6BAz el curso de la reacción se cambia y M.BseCI conduce a la secuencia de ADN específica biotinylation acoplando todo el cofactor incluyendo biotina (azul) con la adenina objetivo.
Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Doble análogos de AdoMet activados contienen extendieron cadenas laterales insaturadas en lugar de un grupo metilo en el centro de sulfonio (Figura 1B 20. El doble o triple enlace insaturado en β-posición al centro de sulfonio compensa electrónicamente efectos estéricos desfavorables en el estado de transición de la estabilización conjugativo. Dado que tanto el centro de sulfonio y el enlace insaturado activan la cadena lateral para la transferencia enzimática, estos cofactores fueron nombrados análogos AdoMet doble activados. Típicamente, se utilizan para transferir cadenas laterales con grupos únicos químicos (reporteros químicos), como los grupos amino, alquino y azida, para el etiquetado quimioselectivo en un segundo paso 8,21. En general, de doble activado análogos AdoMet puede no sólo funcionan como cofactores de ADN MTases 8,20,21 sino también para ARN MTases 22,23 y MTases proteínas 24-28 permitiendo etiquetado adicional de ARN y proteínas. Sin embargo, las cadenas laterales largos son estéricamente más exigente que un grupo metilo y ampliando las MTase sitios activos de proteínas de ingeniería es oftes necesario para obtener las velocidades de transferencia eficientes. Otra solución a este problema es utilizar un análogo AdoMet con un grupo pequeño de propargilo (tres carbonos) donde el alquino terminal sirve para dos funciones: 1. estabilización del estado de transición durante la transferencia enzimática y 2. mango reactiva para el seguimiento de las modificaciones químicas de cobre catalizada cicloadición-azida alquino (CuAAC) haga clic en la química. Resultó que la propargílico resultante AdoMet analógico 29 es bastante inestable en condiciones neutras o ligeramente básicas y sólo de uso limitado. Este inconveniente se puede solucionar mediante la sustitución del átomo de azufre con el selenio. El cofactor resultante 5 '- [(Se) [(3 S) -3-amino-3-carboxipropil] prop-2-ynylselenonio] -5'-desoxiadenosina (SeAdoYn, Figura 3) que es aceptado por el ADN de tipo salvaje, el ARN y MTases proteína 30-32 que abroga la necesidad de la ingeniería de proteínas en muchos casos. Esto se ejemplifica por fluorescencia pro etiquetado proteína con la histona H3 lisina 4 (H3K4) MTase Set7 / 9 33 (Figura 3, véase la sección 3 del protocolo: el etiquetado de proteínas en dos pasos a través de cofactores dobles activados).

Figura 3:. De dos pasos de fluorescencia etiquetado específico de secuencia de la histona H3 con Set7 / 9, SeAdoYn y TAMRA azida La proteína MTase Set7 / 9 metila naturalmente el grupo amino de la lisina 4 en la histona H3 (H3K4, verde) usando AdoMet. Con el cofactor de doble activado SeAdoYn la MTase transfiere un grupo propargilo pequeña (rojo) al residuo de lisina. El triple enlace terminal conectado es luego modificado selectivamente en un clic reacción bioorthogonal (azida alquino cicloadición catalizada por cobre, CuAAC) con (tetrametilrodamina, azul) fluoróforo azida derivatizado TAMRA.carga / 52014 / 52014fig3highres.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.