אנו מתארים שיטה התבוננות שכפול בזמן אמת של מולקולות דנ"א בודדות מתווכת על ידי חלבונים של מערכת שכפול bacteriophage.
מאמר שיטה
אנו מתארים שיטה התבוננות שכפול בזמן אמת של מולקולות דנ"א בודדות מתווכת על ידי חלבונים של מערכת שכפול bacteriophage.
אנו מתארים שיטה התבוננות שכפול בזמן אמת של מולקולות דנ"א בודדות מתווכת על ידי חלבונים של מערכת שכפול bacteriophage. לינארית λ-DNA הוא שונה יש ביוטין על קצה חוט אחד, מחצית digoxigenin בצד השני של גדיל אחד. סוף biotinylated מחובר coverslip כוס פונקציונליות לבין סוף digoxigeninated כדי חרוז קטן. הרכבה של אלה-DNA חרוז חבלים על פני השטח של התא זרימה מאפשר זרימה למינרית להיות מיושם להפעיל כוח לגרור על החרוז. כתוצאה מכך, ה-DNA הוא נמתח קרוב ובמקביל פני השטח של coverslip לעבר הכוח אשר נקבעת על ידי קצב הזרימה (איור 1). אורכו של ה-DNA נמדד על ידי ניטור את המיקום של החרוז. הבדלי אורך בין דנ"א יחיד ו פעמיים תקועים מנוצלים לקבל מידע בזמן אמת על פעילות החלבונים שכפול במזלג. מדידת המיקום של החרוז מאפשר קביעה מדויקת של שיעורי processivities של ה-DNA ואת ההתרה פילמור (איור 2).
1. שכפול ה-DNA תבנית
DNA עבור התגובה הינה DNA λ לינארית שונה על ידי חישול של oligonucleotides להקים מזלג שכפול. בנוסף, ביוטין מצורף בסופו של גדיל אחד של הדנ"א λ, וכן מחצית digoxigenin מחוברת בקצה השני של הגדיל אותו 1.
חומרים: bacteriophage DNA λ, oligonucleotides: זרוע מזלג biotinylated (A: 5'-ביוטין-AAAAAAAAAAAAAAAAGAGTACTGTACGATCTAGCATCAATCACAGGGTCAGGTTCGTTATTGTCCAACTTGCTGTCC-3 "), λ-משלימים הזרוע מזלג (B: 5'-GGGCGGCGACCTGGACAGCAAGTTG GACAATCTCGTTCTATCACTAATTCACTAATGCAGGGAGGATTTCAGATATGGCA-3"), תחל מזלג (ג: 5 ' -TGCCATATCTGAAATCCTCCCTGC-3 "), λ-משלימים בסוף digoxigenin (D: 5'-AGGTCG CCGCCCAAAAAAAAAAAA-digoxigenin-3"), האנזים T4 DNA, קינאז polynucleotide T4, גוש חום.
2. חרוזים
חרוזים הם פונקציונליות עם שבר Fab עם סגוליות עבור digoxigenin. הם יכולים להיות מחוברים אז את 2 שכפול הדנ"א התבנית.
חומרים: חרוזים מופעל Tosyl, α-digoxigenin קטע Fab, הצפת: 0.1 M H3BO3 pH 9.5, הצפת B: 0.1 מ PBS pH 7.4, 0.1% w / v BSA, הצפת C: 0.2 M טריס-HCl pH 8.5 (25 ° ג), 0.1% w / v BSA, מפריד מגנטי, Rotator.
3. פונקציונליות Coverslips
כדי לאפשר התקשרות של ה-DNA כדי coverslip הזכוכית, הזכוכית היא פונקציונליות הראשון עם aminosilane, אשר יחד ואז מולקולות PEG biotinylated. ציפוי זה עוזר להפחית את האינטראקציות ספציפי של דנ"א וחלבונים שכפול עם המשטח 3,4.
חומרים: coverslips זכוכית, צנצנות מכתים, 3-aminopropyltriethoxysilane, Methoxy-PEG5k-NHS אסתר, ביוטין, PEG5k-NHSester, אצטון, 1M KOH, אתנול תנור, sonicator Bath
4. לשכת תזרים הכנה
הניסוי מבוצע באמצעות תא זרימה פשוט בנוי עם coverslip פונקציונליות, פעמיים צדדי קלטת, שקופיות קוורץ צינורות. אחת קאמרית תזרים מוכן לניסוי מולקולה בודדת כל 2,4.
חומרים: פעמיים צדדי קלטת, סכין גילוח, שקופיות קוורץ עם חורים אפוקסי, מהיר יבש צינורות, coverslip פונקציונליות, פתרון streptavidin (25 μL של 1 מ"ג / מ"ל PBS), צינורות, חסימת חיץ (5X: 20 מ"מ טריס pH 7.5, 2 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0.2 מ"ג / מ"ל BSA, 0.005% Tween-20), מאגר עובדים (1X: 20 מ"מ טריס-HCl pH 7.5, 2 mM EDTA, 50 mM NaCl).
5. Single-מולקולה שכפול ניסוי
לאחר תבנית ה-DNA וחרוזים פונקציונליות הוכנו, ובית הנבחרים תזרים מוכן, בניסוי מולקולה בודדת יכולה להתבצע.
חומרים: תא תזרים הוכן, חסימת חיץ (5X: 20 מ"מ טריס-HCl pH 7.5, 2 mM EDTA, 50 mM NaCl, 1 מ"ג / מ"ל BSA, 0.025% Tween-20), מאגר עבודה (1X: 20 מ"מ טריס-HCl pH 7.5, 2 mM EDTA, 50 mM NaCl), חוצצי T7 שכפול, עם או בלי 10mm MgCl 2 (1X: 40 מ"מ טריס-HCl pH 7.5, 50 mM K-גלוטמט, 2 mM EDTA, 100 מיקרוגרם / מ"ל BSA, 10 mM DTT, dNTPs 600 מיקרומטר), חלבונים שכפול, מיקרוסקופ אופטי הפוכה במטרה 10X, מצלמת CCD, מגנט קבוע נדיר הארץ, משאבת מזרק, airspring, המאייר סיבים, מחשב עם תוכנת רכישת התמונה.
6. נציג תוצאות
בניסוי מוצלח אתה אמור להיות מסוגל לשמור יותר מ 100 חרוזים בו זמנית ( סינתזת גדיל מוביל ). הניסוי אמור להניב עקבות רבים להציג סינתזה המובילים גדיל DNA.
ניתוח נתונים:
על מנת למדוד את שיעורי processivities של ה-DNA ואת ההתרה פילמור, עמדות המדויק של חרוזים חייבת להיות נחושה. ניתן להשיג זאת על ידי התאמת תפקידים אלה עם 2 מימדי פונקציות גאוס. מסלולי אז יכול להיות מופק על ידי העמדה חרוז מעקב על כל מסגרת באמצעות תוכנת מעקב (DiaTrack למשל). כעת אתה מוכן לדמיין מסלולי ידי זוממים עמדה חרוז כפונקציה של הזמן באמצעות כל כך גרפיftware (מקור למשל). כדי לקבל נתונים בקצב, להתאים את חלקות עם רגרסיה לינארית לחשב את השיפוע. עבור processivity, לקבוע את האורך הכולל של ה-DNA מתחילתו ועד סופו של האירוע קיצור (איור 3). שני המספרים האלה יהיה צורך להמיר basepairs. כדי להמיר תנועה חרוז כדי basepairs, הראשון שאתה צריך למדוד את אורך λ נמתח מולקולת DNA בקצב זרימת התגובה. מאז אורכו של ה-DNA λ ידוע (48,502 bp) אתה יכול לכייל את מספר זוגות בסיסים / פיקסל לעבר כוח ניסיונית. עבור דיוק מוגבר, לגרוע את עקבות עניין עקבות הבסיסית של לקשור חרוז שלא שינו enzymatically. מערבבים את כל המדידות יחיד קצב העלילה הפצות processivity. התאם את הנתונים באמצעות פונקציות גאוס ו יחיד מעריכי, בהתאמה (איור 3).

באיור 1. מולקולה בודדת ניסיוני ההתקנה. (א) דופלקס λ DNA (48.5 kb) מחוברת אל פני השטח של התא זרימה דרך 5 "בסופו של גדיל אחד באמצעות אינטראקציה ביוטין-streptavidin, ואת 3" בסופו של גדיל אותה מחוברת חרוז באמצעות digoxigenin אנטי digoxigenin אינטראקציה. מזלג השכפול דרוך נוצר בקצה השני חרוז כדי לאפשר טעינה של פולימראז. (ב) חרוז-DNA אסיפות נמתחים באמצעות זרימה למינרית של חיץ צילמו באמצעות שדה רחב מיקרוסקופיה אופטית. על ידי מעקב את עמדותיהם של חרוזים לאורך זמן, תוך שמירה על כוח מתיחות מתמדת, באורכים של בונה DNA יכול להיות פיקוח. (ג) הארכת פרופיל של ssDNA (עיגול מלא) ו dsDNA (מעגל פתוח) תחת כוחות נמוך. קו מקווקו תוכניות באורך מלא קריסטלוגרפיים של ה-DNA DS-λ, 16.3 מיקרומטר. ההבדל הגדול בין אורך ssDNA ו dsDNA לעבר כוחות סביב 3 PN מאפשר תצפית ישירה של המרות בין SS-ו dsDNA על ידי ניטור השינויים באורך DNA. להדמיה סימולטני של מספר גדול של ה-DNA יחד חרוזים מאפשר לחקר replisomes בודדים רבים בניסוי אחד.

איור 2 חלבונים bacteriophage T7 שכפול:. פולימראז ה-DNA (המורכב של gp5 ו thioredoxin) ו-DNA helicase (gp4) לסנתז גדיל DNA המובילים בנוכחות deoxyribonucleotides ומגנזיום. תהליך זה מלווה קיצור של גדיל הדנ"א מפגרת בגלל התפתלות. המרת dsDNA למצב שינויים ssDNA של חרוז. מדידת המיקום של החרוז מאפשר קביעה מדויקת של שיעור ו processivity של שכפול ה-DNA.

איור 3. דוגמה נתונים אופייני מולקולה בודדת מובילה הגדיל הניסוי סינתזה. Processivity של שכפול הדנ"א שווה באורך כולל של ה-DNA מתחילתו ועד סופו של האירוע וקיצור. שיעור שכפול הדנ"א מתקבל על ידי הולם את העלילה עם רגרסיה ליניארית וחישוב המדרון. שיעור מראה הבלעה הפצות processivity כי התקבלו על ידי שילוב של נתונים מתוך מספר מדידות. הנתונים הותאמו באמצעות פונקציות גאוס ו יחיד מעריכי, בהתאמה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חשוב להבטיח כי כוח הגרר המופעל על ידי זרימה למינרית חרוזים אינו משפיע על פעילות אנזימטית של חלבונים שכפול. למשל, כוח 3 PN המתאים קצב זרימה של 0.012 ml / min לא משפיע השכפול של גדיל DNA מובילים. היא עושה זאת להשפיע על הפעילות האנזימטית המתרחשים במהלך סינתזת DNA מתואמת, ולכן יש לצמצם 1.5 PN. הכוח לגרור ניתן לשלוט בקלות על ידי שינוי קצב הזרימה או ברוחב של ערוץ הזרימה 5.
ה-DNA מתיחה assay מעסיקה הבדלים באו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפיתוח של ה-DNA מתיחה assay נעזרה פול Blainey, בונג ג'ונג לי, סמיר חמדאן. עבודה זו נתמכת על ידי המכונים הלאומיים לבריאות מענקים לצ'ארלס ריצ'רדסון (GM54397) ואנטואן ואן Oijen (GM077248).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| בקטריופאג' λ DNA | ניו אינגלנד Biolabs | N3011L | |
| DNA אוליגונוקלאוטידים משולבים | DNA טכנולוגיות | ||
| T4 DNA Ligase | ניו אינגלנד Biolabs | M0202L | |
| T4 פולינוקלאוטיד קינאז | ניו אינגלנד Biolabs | M0201L | |
| α-digoxigenin Fab | Roche Group | 11214667001 | |
| Tosyl Activated Beads | Invitrogen | 142-03 | |
| מפריד מגנטי | Invitrogen | Dynal MPC | |
| 3-aminopropyl-triethoxysilane | Sigma-Aldrich | A3648 | ניתן להשתמש או לערבב אמינוסילנים אחרים עם סילנים תגובתיים שאינם אמין למשטחים דלילים יותר |
| Succinimidyl propionate PEG | Nektar | ניתן לרכוש PEG דומים מ-Nanocs, CreativePEGWorks וכו'. | |
| ביוטין-PEG-NHS | Nektar | ניתן לרכוש PEG דומים מ-Nanocs, CreativePEGWorks וכו'. | |
| סרט דו צדדי | גרייס ביו-לאב בע"מ | SA-S-1L | 100 ו-#x03BC; עובי m |
| שקופית קוורץ | זכוכית טכנית | 20 מ"מ (W) x 50 מ"מ (L) x 1 מ"מ (H) | גודל שיתאים לכיסויים. קידוח חורים עם מקדחי קצה יהלום (DiamondBurs.net) |
| צינורות פוליאתילן | BD Biosciences | 427416 | 0.76 מ"מ ID, 1.22 OD ניתן להחליף צינורות בגודל אחר. |
| סטרפטווידין | סיגמא-אולדריץ' | S4762 | הכינו תמיסה של 1 מ"ג/מ"ל, 25 μ L aliquots ב-PBS pH 7.3 |
| תערובת תמיסת דאוקסיריבונוקלאוטיד טריפוספט | ניו אינגלנד Biolabs | N0447 | |
| מיקרוסקופ אופטי הפוך עם 10X אובייקטיבי | Olympus Corporation | Olympus IX-51 | |
| מגנט אדמה נדיר פרמנט | יבוא לאומי | www.rare-earth-magnets.com | |
| CCD מצלמה | Q | Rolera-XR Fast 139 | |
| משאבת מזרק | מכשיר הרווארד | 11 פלוס | פעל במצב מילוי כדי להקל על שינויי תמיסה |
| Fiber Illuminator | Thorlabs Inc. | OSL1 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה