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NMR de estado sólido (SSNMR) es un método de elección para la caracterización de conjuntos de proteínas macromoleculares en un nivel atómico. Uno de los temas centrales en la determinación de la estructura basada en la SSNMR es la calidad espectral del sistema investigado, que permite crear modelos estructurales 3D de precisión diferentes, generalmente que van desde modelos de baja resolución (contiene el secundario estructura elementos y poca información 3D) a pseudo-atómicas estructuras 3D. La cantidad y calidad de información estructural extraída de experimentos SSNMR multidimensionales es la clave para calcular una estructura de NMR de alta resolución de la Asamblea.
El protocolo descrito se basa en la detección de 13C -13C y 15N -13C estructural las restricciones que requiere la grabación de varios espectros 2D (y a veces 3D) con alta señal a ruido. A frecuencias MAS moderadas (< 25 kHz), se introduce la muestra en rotores con tamaños de 3.2-4 mm de diámetro permitiendo cantidades de proteína de hasta ~ 50 mg, depende de la hidratación de la muestra. La cantidad de muestra dentro del rotor es directamente proporcional a la relación de señal a ruido en espectros SSNMR, un factor decisivo para la detección de las limitaciones de distancia de largo alcance y la asignación inequívoca.
La resolución espectral es un parámetro crucial durante la asignación secuencial de la resonancia y la colección de restricciones. Para obtener resultados óptimos, los parámetros de preparación de la muestra necesitan ser optimizado, particularmente en la purificación de la subunidad y las condiciones de montaje (pH, buffer, agitación, temperatura, etc.). Para la optimización de la muestra, se recomienda para preparar muestras sin etiqueta para varias condiciones distintas para las que se ha observado la Asamblea y para grabar un 1D 1H -13C CP espectro (descrito en el paso 2.1) en cada muestra preparada. Los espectros sirven para comparar la dispersión entre las diferentes preparaciones, basado en que se pueden determinar las condiciones óptimas y resolución espectral.
La calidad de los datos SSNMR depende fuertemente de la elección de los parámetros de adquisición de NMR, especialmente para los pasos de transferencia de polarización. El uso de altas fuerzas del campo magnético (≥600 MHz 1H de frecuencia) es esencial para la alta sensibilidad y resolución espectral, necesaria frente a objetivos complejos tales como asambleas de proteína macromolecular.
Un factor limitante en muchos casos es la disponibilidad de espectrómetro. Por lo tanto, una elección juiciosa de las muestras a ser preparado debe preceder a la sesión del espectrómetro. En cualquier caso, uniformemente 13C, 15muestra marcada con el N es un requisito previo para realizar la asignación secuencial y la residual de resonancia. Asignado por estado sólidas técnicas de RMN de proteínas ver71. Determinación de la estructura de asambleas macromoleculares en frecuencias MAS moderadas requiere selectivamente las muestras marcada con C 13; para la detección de largo alcance 13C -13C y 13C -15N en contacto con las muestras basadas en 1, 3 -13C - y 2 -13C-gylcerol o 1 -13C - y 2 -13C-glucosa etiquetado son de uso general, como se describe anteriormente. La elección entre los dos sistemas de etiquetado se basa en la relación de señal a ruido espectral y resolución. Para distinguir entre el intra - e intermoleculares contactos a largo plazo, mixtas muestras etiquetadas y diluidas han revelado eficientes.
En Resumen, los pasos críticos para un estudio estructural atómico de SSNMR son: (i) la preparación de las subunidades y la necesidad de la Asamblea a ser optimizada para obtener la muestra excelente cantidad y calidad, (ii) Espectrómetro campo fuerza y adquisición de los parámetros deben ser escogido cuidadosamente; III selectivos Etiquetadoras estrategias se requieren para una determinación de la estructura 3D y la cantidad de datos requeridos depende de la calidad de los datos y la disponibilidad de datos complementarios.
A pesar de su aplicabilidad a una amplia gama de sistemas supramoleculares, que van desde proteínas de la membrana homomultimeric nano-objetos, SSNMR es a menudo limitada por la necesidad de cantidades de mg de material isotópicamente etiquetado. Los recientes desarrollos tecnológicos en ultra rápido SSNMR MAS (≥100 kHz) abrir la Avenida 1detectado H NMR y empujar el límite de la cantidad de muestra mínima para sub-mg 72,73,74. Sin embargo, para estudios estructurales detallados 13C-etiquetado muestras son indispensables, que limita la aplicación de SSNMR para las muestras montadas en vitro o sistemas expresados en los organismos que sobreviven en un medio mínimo, donde en las células SSNMR es un método emergente (para comentarios ver 75,76,77,78).
Un factor importante en el uso de SSNMR para obtener estructuras 3D de alta resolución es la resolución espectral: intrínseca heterogeneidad conformacional en una Asamblea puede limitar el análisis de espectros y resolución espectral. Residuo específico 13C etiquetado puede en algunos casos ofrecer una alternativa para obtener información de la distancia específica sobre residuos estratégicos con el fin de obtener modelos estructurales (para una reciente ejemplos véase 79,80).
SSNMR para la determinación de la estructura 3D todavía requiere la colección de varios conjuntos de datos con tiempos de recogida de datos a menudo mucho en instrumentos sofisticados, dependiendo el enfoque y el sistema varios días a semanas en un 600-1000 MHz (frecuencia de1H) Espectrómetro de. Por lo tanto, el acceso a tiempo de espectrómetro puede ser un factor limitante en un profundo estudio de la SSNMR.
En el caso de conjuntos de proteínas homomultimeric, llevando a datos SSNMR de calidad suficiente para identificar un gran número de limitaciones estructurales como en 3,57,64,70, SSNMR no da todavía tienen acceso a las dimensiones microscópicas. Por lo tanto, en una determinación de novo de SSNMR estructura de un conjunto de homomultimeric, EM o datos de masa por longitud (MPL) idealmente complementan datos SSNMR para derivar los parámetros de la simetría. SSNMR datos solo proporcionan la atómica intra - e intermoleculares interfaces
SSNMR es altamente complementario con técnicas estructurales como la EM o MPL medidas pero los datos también perfectamente se pueden combinar con las estructuras atómicas obtenidas por cristalografía de rayos x o solución NMR en subunidades truncados o mutados. Un número creciente de estudios puede encontrarse en la literatura donde la conjunción de diferentes datos estructurales ha permitido determinar modelos atómicos 3D de asambleas macromoleculares (ver figura 6 para ejemplos representativos).
En el campo de la biología estructural, SSNMR surge como una técnica prometedora para el estudio deinsolubles y no-cristalino asambleas en el atómico nivel, es decir, proporcionar datos estructurales a escala atómica. En este sentido, SSNMR es el colgante a solución NMR y Cristalografía de rayos x para conjuntos moleculares, incluyendo proteínas de membrana en sus asambleas de medio ambiente y de la proteína nativas como sobres virales, bacterianas filamentos o amiloides, así como RNA y Complejos RNA-proteína (véase por ejemplo81). Su gran versatilidad de aplicaciones en vitro y en el contexto celular, como el seguimiento de los cambios estructurales secundarios, terciarios y cuaternarios, identificar superficies de interacción con las moléculas del socio en la escala atómica (por ejemplo 82) y asignación dinámica molecular en el contexto de complejos montados, indican el importante potencial de SSNMR en futuros estudios estructurales sobre conjuntos de complejos biomoleculares.
| Componente | Medio M9 |
| NaCl | 0,5 g/L |
| KH2PO4 | 3 g/L |
| Na2HPO4 | 6,7 g/L |
| MgSO4 | 1 mM |
| Vivencias2 | 10 ΜM |
| FECLAS3 | 1 ΜM |
| CaCl2 | 100 ΜM |
| MEM vitamina mezcla 100 X | 10 mL/L |
| 13 C glucosa | 2 g/L |
| 15 NH4Cl | 1 g/L |
Tabla 1: Composición del medio de la mínima expresión de proteínas recombinantes de producción de E. coli células BL21.