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Étiquetage spécifique d'acides nucléiques et de protéines 1,2 3,4 est d'un intérêt majeur pour les caractérisations fonctionnelles, le diagnostic médical et (nano) la biotechnologie. Nous présentons ici une méthode de marquage enzymatique pour ces biopolymères qui est basé sur S -adenosyl-L-méthionine (SAM ou AdoMet) méthyltransférases dépendantes (de MTases). Cette classe d'enzymes (EC 2.1.1.) Cible nucléophiles positions individuelles (azote, d'oxygène, de soufre et des atomes de carbone) à l'intérieur des résidus spécifiques d'acides nucléiques et de protéines et transfère le groupe méthyle activé de l'AdoMet cofacteur (figure 1A) 5 naturellement. En outre, MTases peuvent utiliser des analogues synthétiques de cofacteurs pour un étiquetage spécifique avec des étiquettes d'affinité, des fluorophores ou d'autres étiquettes (figure 1B) 6. Deux classes d'analogues AdoMet ont été développés: cofacteurs aziridine pour S equence spécifique M ethyltransferase- I L abel ING (Sourire) 7 et doubles analogues AdoMet activés pour m ethyltransferase dirigée de Transfert d'un G roupes ctivated (MTAG) 8.

Figure 1: Réactions catalysées par des méthyltransférases (MTases) de transfert de groupe A. méthyle à partir du cofacteur naturel AdoMet (SAM) sur divers substrats, y compris l'ADN, l'ARN, les protéines et les petites biomolécules B. Identification / fonctionnalisation des acides nucléiques et des protéines (NNNNN =.. paires de bases de l'ADN, des nucleotides de l'ARN et des acides aminés pour les protéines; XXXXX = séquence de reconnaissance de la MTase résidu avec de cible en vert) avec des analogues de synthèse de cofacteurs. Cofacteurs aziridine contenant un groupe rapporteur (sphère bleue)fixé au noyau adenine sont séquence spécifique couplé avec le résidu cible (à gauche) et analogues doubles activé AdoMet conduit au transfert de chaînes alkyle étendues portant un reporter chimique Y (à droite) qui peut être marqué par bioorthogonal clic réaction dans une seconde étape. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Cofacteurs aziridine fonctionnent mieux avec des ADN MTases. Ils contiennent un cycle à trois à un atome d'azote 9 (ou un N de moutarde 10,11) à la place du centre de sulfonium en tant que groupe réactif. La protonation de cet atome d'azote active le cycle aziridine pour une attaque nucléophile par le nucléotide cible qui entraîne le couplage covalent de l'ensemble avec de l'ADN cofacteur. En attachant des groupes rapporteurs à l'anneau de l'adénine les cofacteurs d'aziridine peuvent être utilisés en combinaison avec de l'ADN pour marquer MTases ADN en une étape ( g> Figure 1B, de gauche) 7,12. Cela est démontré en détail pour la biotinylation de l'ADN avec 6BAz 13-15 (cofacteur aziridine avec de la biotine attachée à la position 6 du cycle adénine) et l'ADN spécifique à l'adénine MTase de Bacillus stearothermophilus (M.BseCI) 16 (Figure 2, voir la section 2 du protocole: étiquetage en une seule étape de l'ADN via aziridine cofacteurs). En plus de M.BseCI («séquence de reconnaissance, l'ADN MTases à partir de Thermus aquaticus (M.TaqI, 5'-TCG A -3 5'-ATCG Un T-3) '), à partir de Haemophilus heamolyticus (M.HhaI, 5 »-G C GC-3 '), et de Spiroplasma (M.SssI, 5'-C G-3') ont été utilisés avec succès pour biotinyler ADN avec 6BAz 17. En outre, des cofacteurs aziridine peuvent être utilisés pour une étape de marquage d'ADN par fluorescence 18,19.
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Figure 2:. Séquence spécifique à une étape de biotinylation avec M.BseCI ADN et l'ADN MTase
6BAz M.BseCI reconnaît la séquence d'ADN double brin 5'-ATCG
A T-3 'et méthylation du groupe amino de la seconde adénine naturellement résidu (vert) en utilisant AdoMet. Avec le cofacteur aziridine 6BAz le cours de la réaction est changé et M.BseCI conduit à séquencer biotinylation spécifique d'ADN en couplant l'ensemble cofacteur y compris biotine (bleu) avec l'adénine cible.
Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Double analogues activés AdoMet contient étendues de chaînes latérales insaturées au lieu d'un groupe méthyle au centre de sulfonium (figure 1B 20. Le double ou triple liaison insaturée dans β-position pour le centre de sulfonium compense électroniquement effets stériques défavorables au sein de l'état de transition par la stabilisation de conjugaison. Étant donné que le centre de sulfonium et activent la liaison insaturée de la chaîne latérale pour le transfert enzymatique, ces co-facteurs ont été nommés analogues AdoMet double-activées. Typiquement, ils sont utilisés pour transférer des chaînes latérales avec des groupes uniques chimiques (reporters chimiques), comme les groupes amino, alcyne et azoture, par chimio-sélective étiquetage dans une deuxième étape 8,21. En général, les analogues doubles activé AdoMet peut non seulement fonctionner comme cofacteurs pour l'ADN MTases 8,20,21 mais aussi pour l'ARN MTases 22,23 et MTases de protéines de 24 à 28 permettant étiquetage supplémentaire de l'ARN et des protéines. Cependant, les longues chaînes latérales sont stériquement plus exigeant que un groupe méthyle et en élargissant les sites actifs MTASE par ingénierie des protéines est souventfr nécessaire pour obtenir des taux de transfert efficaces. Une autre solution à ce problème est d'utiliser un analogue AdoMet avec un petit groupe de propargyle (trois carbones) où l'alcyne terminale sert deux fonctions: 1. La stabilisation de l'état de transition pendant le transfert enzymatique et 2. poignée réactif pour la suite de modifications chimiques de cuivre catalysée cycloaddition azoture-alcyne (CuAAC) click chemistry. Il se est avéré que le propargylique résultant AdoMet analogique 29 est assez instable dans des conditions neutres ou légèrement basiques et seulement d'une utilité limitée. Cet inconvénient peut être résolu en remplaçant l'atome de soufre par le sélénium. Le cofacteur résultant 5 '- [(Se) [(3 S) -3-amino-3-carboxypropyle] prop-2-ynylselenonio] -5'-désoxyadénosine (SeAdoYn, figure 3) est acceptée par l'ADN de type sauvage, l'ARN MTases et de protéines de 30 à 32 qui abroge la nécessité d'ingénierie des protéines dans de nombreux cas. Ceci est illustré par fluorescence pro étiquetage protéine avec l'histone H3 lysine 4 (H3K4) MTase Set7 / 9 33 (Figure 3, voir la section de protocole 3: Deux étapes étiquetage de protéine via doubles cofacteurs activés).

Figure 3:. Spécifique de séquence à deux étapes marquage par fluorescence de l'histone H3 avec Set7 / 9, SeAdoYn et TAMRA azide La protéine MTase Set7 / 9 méthylation naturellement le groupe amino de la lysine 4 de l'histone H3 (H3K4, vert) à l'aide AdoMet. Avec le cofacteur double-activé SeAdoYn l'MTase transfère un petit groupe propargyle (rouge) au résidu de lysine. Le triple liaison terminal connecté est alors modifiée sélectivement en un clic réaction bioorthogonal (cuivre-catalysée azoture-alcyne cycloaddition, CuAAC) avec l'azoture-dérivé TAMRA (tétraméthylrhodamine, bleu) fluorophore.charge / 52014 / 52014fig3highres.jpg "target =" _ blank "> Se il vous plaît, cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.