Aquí, presentamos un protocolo de estudio de las interacciones DNA-proteína por microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRFM) utilizando un sustrato de ADN λ site-specifically modificado y un etiquetado proteína del punto cuántico.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
* These authors contributed equally
Aquí, presentamos un protocolo de estudio de las interacciones DNA-proteína por microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRFM) utilizando un sustrato de ADN λ site-specifically modificado y un etiquetado proteína del punto cuántico.
La microscopía de fluorescencia ha hecho grandes contribuciones en la disección de los mecanismos de los procesos biológicos complejos en el plano de la molécula sola. En los ensayos de molécula única para el estudio de las interacciones DNA proteína, hay dos factores importantes para su consideración: el sustrato de ADN con suficiente longitud para la observación fácil y etiquetado una proteína con una sonda fluorescente adecuada. 48,5 kb λ DNA es un buen candidato para el sustrato de la ADN. Puntos cuánticos (Qdots), como una clase de sondas fluorescentes, permiten la observación de largo plazo (de minutos a horas) y adquisición de imágenes de alta calidad. En este trabajo, presentamos un protocolo de estudio de las interacciones DNA-proteína a nivel de una sola molécula, que incluye preparar un site-specifically modificado λ DNA y etiquetado una proteína diana con Qdots recubiertas de estreptavidina. Para una prueba de concepto, elegir ORC (reconocimiento de origen complejo) en levadura de florecimiento como una proteína de interés y visualizar su interacción con un ARS (secuencia de replicación Autónoma) usando TIRFM. En comparación con otras sondas fluorescentes, Qdots tienen ventajas obvias en los estudios de molécula única debido a su alta estabilidad contra el fotoblanqueo, pero cabe señalar que esta propiedad limita su aplicación en ensayos cuantitativos.
Las interacciones entre proteínas y ADN son esenciales para muchos procesos biológicos complejos, como la replicación del DNA, la reparación del ADN y la transcripción. Aunque los enfoques convencionales han arrojado luz sobre las propiedades de estos procesos, muchos de los mecanismos claves aún no están claros. Recientemente, con el rápido desarrollo técnicas sola molécula, algunos de los mecanismos han sido accedido1,2,3.
La aplicación de la microscopia de la fluorescencia de una sola molécula en visualizar las interacciones DNA proteína en tiempo real sobre todo depende del desarrollo de la detección de fluorescencia y sondas fluorescentes. Para el estudio de una sola molécula, es importante identificar la proteína de interés con una sonda fluorescente adecuada desde sistemas de detección de fluorescencia sobre todo están disponibles comercialmente.
Proteínas fluorescentes se utilizan en biología molecular. Sin embargo, el bajo brillo fluorescente y estabilidad contra el fotoblanqueo restringen su aplicación en muchos análisis a la sola molécula. Puntos cuánticos (Qdots) son pequeños emisores de luz nanopartículas4. Debido a sus propiedades ópticas únicas, Qdots son 10 - 20 veces más brillantes y varios miles de veces más estable que el ampliamente utilizado orgánicos colorantes5. Por otra parte, Qdots tienen un gran Stokes shift (la diferencia entre la posición de los picos de excitación y emisión)5. Así, Qdots puede utilizarse para la observación desde hace mucho tiempo (minutos a horas) y adquisición de imágenes con altos cocientes signal-to-noise, mientras que no pueden ser utilizados en los ensayos cuantitativos.
Hasta la fecha, existen dos enfoques para identificar una proteína diana con Qdots site-specifically: etiquetado con la ayuda de anticuerpos primarios o secundarios conjugados Qdot6,7,8; o etiquetado la proteína diana con Qdots directamente, que se basa en la fuerte interacción entre biotina y estreptavidina9,10,11,12,13. Recubiertas de estreptavidina Qdots están comercialmente disponibles. En nuestro reciente estudio, site-specifically proteínas biotinilado en levadura de florecimiento con la eficacia alta se purificaron por co-sobreexpresión de BirA y proteínas etiquetadas Avi en vivo10. Siguiente y optimización de los ensayos de una sola molécula14,15,16,17, observamos las interacciones entre etiquetado Qdot proteínas y DNA en la sola molécula nivel utilizando TIRFM10.
Aquí, elegimos el florecimiento levadura origen reconocimiento complejo (ORC), que específicamente puede reconocer y unirse a la secuencia de replicación autónoma (ARS), como la proteína de interés. El siguiente protocolo presenta un procedimiento paso a paso de visualizar la interacción de ORC Qdot etiquetados con ARS usando TIRFM. Se describen la preparación del sustrato de ADN site-specifically modificado, la Biotinilación de ADN, la limpieza de cubreobjetos y funcionalización, el montaje de celda de flujo y la proyección de imagen de una sola molécula.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
1. preparación del sustrato de ADN λ-ARS317
2. ARS317 de λ DNA Biotinilación
3. cubreobjetos limpieza y funcionalización
4. unidad de celda de flujo de
5. sola molécula visualización
6. Análisis de datos
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Para visualizar la interacción entre etiquetado Qdot ORC y la ARS, se construyó primero el sustrato de ADN λ ARS317. Un fragmento de ADN que contiene ARS317 fue integrado en Xhositio (33,5 kb) de nativos λ DNA por recombinación homóloga (figura 1A). El producto de la recombinación fue empaquetado usando los extractos y las partículas de fagos empaquetados fueron cultivadas en placas de LB (figura 1B). La placa de fagos p...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Aquí, presentamos un protocolo para observar la interacción entre la proteína marcada Qdot y el ADN λ site-specifically modificado utilizando el TIRFM en una celda de flujo. Las medidas incluyen la modificación específica de sustrato de ADN, ADN biotinylation, cubreobjetos limpieza y funcionalización, celda de flujo la preparación y proyección de imagen de una sola molécula. Hay dos puntos clave que deben tenerse. En primer lugar, todos los pasos involucrados con λ DNA deben manipularse con cuidado para reducir posibles ...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos al Dr. Hasan Yardimci y Dr.Sevim Yardimci del Instituto Francis Crick de tipo ayuda en los experimentos de una sola molécula, Dr. Daniel Duzdevich del laboratorio del Dr. Eric C. Greene de la Universidad de Columbia, Dr. Yujie Sun de la Universidad de Pekín y Dr. Chunlai Chen de La Universidad de Tsinghua de discusión útil. Este estudio fue apoyado por la nacional Ciencias naturales Fundación de China 31371264, 31401059, equipo de innovación interdisciplinar del CAS y la Newton avanzado beca (NA140085) de la Real Sociedad.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Lambda DNA | New England Biolabs | N3011 | Tienda 25 μ L alícuotas a -20 ºC. |
| XhoI enzima | Thermo Fisher Scientific | FD0694 | |
| Kit de clonación de fusión rápida | Biotool | B22611 | |
| MaxPlax Lambda Packaging Extracts | Epicentre | MP5110 | La cepa bacteriana LE392MP está incluida en este paquete. |
| MgSO4 | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10013092 | Cualquier marca es aceptable. |
| Tris | Amresco | 0497-5KG | |
| NaCl | Beijing Chemical works | N/A | Cualquier marca es aceptable. |
| MgCl2 | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10012818 | |
| Chloroform | Beijing Chemical Works | N/A | Cualquier marca es aceptable. |
| NZ-amina | Amresco | J853-250G | |
| Ácidos Casamino | Sigma-Aldrich | 22090-500G | |
| PEG8000 | Beyotime | ST483 | |
| Aparato de agitación magnética | IKA | KMO2 basic | |
| 15 mL Tubo Eppendorf Eppendorf | 30122151 | 15 mL, estéril, a granel, 500 piezas | |
| Rnase | SIGMA | R4875-100MG | |
| Dnase | SIGMA | D5319-500UG | |
| Proteinasa K | Amresco | 0706-100MG | |
| Imprimaciones biotiniladas | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
| T4 ADN ligasa, T4 ADN ligasa, tampón de reacción (10x) | New England Biolabs | M0202 | |
| Coverslip | Thermo Fisher Scientific | 22266882 | |
| Etanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10009259 | |
| Hidróxido de potasio (KOH) | Sigma-Aldrich | 306568-100G | |
| Acetona | Thermo Fisher Scientific | A949-4 | |
| H2SO4 | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 80120891 | ácido sulfúrico |
| H2O2 | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10011218 | 30% Peróxido de hidrógeno |
| Metanol | Sigma-Aldrich | 322415-2L | |
| Ácido acético | Sigma-Aldrich | V900798 | |
| APTES | Sigma-Aldrich | A3648 | |
| mPEG (metoxi-polietilenglicol) | Lysan | mPEG-SVA-5000 | |
| biotina-PEG (biotina-polietilenglicol) | Lysan | Biotin-PEG-SVA-5000 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 31437-500G | |
| Desecador de vacío | Tianjin Branch Billion Lung Experimental Equipment Co., Ltd. | IPC250-1 | |
| Envasadora al vacío | MAGIC SEAL | WP300 | |
| Trazador de vidrio con punta de diamante | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 70036 | |
| Corredera de vidrio | Marca de vela | 7101 | |
| Tubo de entrada | SCI (Scientific Commodties INC.) | BB31695-PE/2 | diámetro interior 0,38 mm; diámetro exterior 1,09 mm. |
| Tubo de salida | SCI (Scientific Commodties INC.) | BB31695-PE/4 | diámetro interior 0,76 mm; diámetro exterior 1,22 mm. |
| Cinta adhesiva de doble cara | Sigma-Aldrich | GBL620001-1EA | |
| Epoxi | LEAFTOP | 9005 | cinco minutos epoxi |
| Estreptavidina | Sigma-Aldrich | S4762 | |
| Microscopio de fluorescencia | Olympus | IX71 | |
| Bomba programable de infusión/extracción | Aparato Harvard | 70-4504 | |
| Láser de 532 nm | Láser coherente | Zafiro-532-50 | |
| nm Coherente | OBIS-640-100 | ||
| EMCCD Cámara | Andor | DU-897E-CS0-BV | |
| W-View Gemini Imaging óptica de división | Hamamatsu fotónica K.K. | A12801-01 | |
| Sistema de iluminación TIRF | Olympus | IX2-RFAEVA2 | |
| 60× Objetivo TIRF | Olympus | APON60XOTIRF | |
| Divisor de haz dicroico láser de cuatro filos | Semrock | Di01-R405/488/ 532/635-25x36 | |
| Filtro de paso de banda cuádruple | Semrock | FF01-446/510/ 581/703-25 | |
| Divisor de haz dicroico | Semrock | FF649-Di01-25x36 | |
| Filtro de emisión | Tecnología Chroma Corp | ET585/65m | |
| Filtro de emisión | Chroma Technology Corp | ET665lp | |
| FocalCheck fluorescencia, portaobjetos de prueba de microscopio #1 | Thermo Fisher Scientific | F36909 | |
| SYTOX Naranja | Thermo Fisher Scientific | S11368 | |
| Qdot705 Estreptavidina Conjugado | Thermo Fisher Scientific Q10163MP | Store a las 4 º C, no congelar. | |
| ATP | Amresco | 0220-25G | Prepare una solución de ATP de 200 mM, utilizando ddH2O, ajuste el pH a 7.0 y almacene 10 μ L alícuotas a -20 ºC. |
| TDT | Amresco | M109-5G | Prepare la solución 1 M utilizando ddH2O, y almacene 10 μ l alícuotas a -20 ºC. |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.