משטח Plasmon תהודה (SPR) היא שיטה ללא תווית לזיהוי אינטראקציות ביו-מולקולרי בזמן אמת. במסמך זה, פרוטוקול לחלבון קרום: ניסוי אינטראקציה קולט מתואר, תוך דיון על היתרונות וחסרונות של השיטה.
מאמר שיטה
משטח Plasmon תהודה (SPR) היא שיטה ללא תווית לזיהוי אינטראקציות ביו-מולקולרי בזמן אמת. במסמך זה, פרוטוקול לחלבון קרום: ניסוי אינטראקציה קולט מתואר, תוך דיון על היתרונות וחסרונות של השיטה.
אינטראקציות חלבון-חלבון הן מרכזיות ברוב התהליכים הפיזיולוגיים, אם לא בכולם, והבנת טבען של אינטראקציות כאלה היא צעד מרכזי במחקר הביולוגי. תהודה פלזמון פני השטח (SPR) היא טכניקת זיהוי רגישה למחקר ללא תוויות של אינטראקציות ביו-מולקולריות בזמן אמת. בניסוי SPR טיפוסי, רכיב אחד (בדרך כלל חלבון, המכונה 'ליגנד') משותק על משטח שבב חיישן, בעוד שהשני (ה'אנליט') חופשי בתמיסה ומוזרק על פני השטח. אסוציאציה ודיסוציאציה של האנליט מהליגנד נמדדים ומשורטטים בזמן אמת על גבי גרף הנקרא סנסוגרמה, ממנו נגזרים נתוני קדם שיווי משקל ושיווי משקל. בהיותו נטול תוויות, צריכת כמויות נמוכות של חומר ומתן נתונים קינטיים טרום-שיווי משקל, הופך לעתים קרובות את SPR לשיטה המועדפת בעת חקר דינמיקה של אינטראקציות חלבון. עם זאת, יש לזכור כי בשל הרגישות הגבוהה של השיטה, יש לנתח בקפידה את הנתונים המתקבלים, ולתמוך בשיטות ביוכימיות אחרות.
SPR מתאים במיוחד לחקר חלבוני ממברנה מכיוון שהוא צורך כמויות קטנות של חומר מטוהר, ותואם לליפידים וחומרי ניקוי. פרוטוקול זה מתאר ניסוי SPR המאפיין את התכונות הקינטיות של האינטראקציה בין חלבון ממברנה (טרנספורטר ABC) לחלבון מסיס (חלבון קושר הסובסטרט הקוגנטי של הטרנספורטר).
אינטראקציות חלבון-חלבון (PPI); ההיווצרות והניתוק של קומפלקסי חלבונים, הם אירועי מפתח בתהליכים ביולוגיים רבים (למשל, שכפול, שעתוק, תרגום, איתות, תקשורת תאי תאים). מחקרים חצי כמותית של PPI לעתים קרובות מתבצעים באמצעות נפתחים או ניסויים חיסוניים ממטרים. עם זאת, בטכניקות אלה (ודומים) מוגבלים בטווח של זיקות שניתן למדוד (מייקרו הנמוך וזיקה גבוהה יותר) בשל צעדי הכביסה כי הם טבועים בטכניקות כאלה. טכניקות "נקודת סיום" כזה לא יכול לזהות אינטראקציות זיקה חולפות או נמוכות, כי הם לעתים קרובות השלכות ביולוגיות גדולות. בנוסף, ההחלטה הזמנית של גישות כגון מוגבלת מאוד, בדרך כלל בסדרי גודל איטי יותר מאשר שיעורי התגובה. SPR מתגבר חסרונות אלה בשל רגישותו והחלטה זמנית מעולה 1,2. SPR הוא שיטה ללא תווית, ובתור שכזואינטראקציה מולקולרית ניתן למדוד (כל עוד ניתן לאתר את שינויי המסה). בנוסף למדד המחירים ליצרן, זה כבר נעשה שימוש נרחב כדי לאפיין חלבון ליגנד, חלבון תרופתי (או מולקולה קטנה), חלבון ה- DNA, ואינטראקציות החלבון-RNA 3-5. תוצאות נרשמות וזממו בזמן אמת, המאפשר שינוי מהיר של תנאי ניסוי ועיצוב ניסיוני גמיש.
העיקרון הפיזי מאחורי מכשירים מבוססים SPR הוא הניצול של מערכת אופטית המודדת שינוי של מקדם השבירה על פני השטח החיישן על המסה משתנה 2. אחד מהשותפים באינטראקציה (ליגנד להלן) הוא משותק על גבי שבב מטריצת פולימר והמולקולה השנייה (אנליטי להלן) הוא זרם על פני השטח. אנליטי מחייב ליגנד משנה את המסה על פני השטח השבב. שינוי מסה זו באופן ישיר ויחסי הקשורים לשינויים במדד השבירה של פני השטח. התוצאות נרשמות בזמן אמת ומוצג כיחידות תגובה (RU) כפונקציה של זמן. כגון עלילה נקראת sensogram (למשל, איור 1). מאז SPR עוקב אחרי מסלול הזמן השלם של האינטראקציה, קבועי קצב הקינטית מראש שיווי משקל נגזרים, בנוסף לשיווי משקל זיקות. כפי שיפורט להלן, מראש שיווי משקל התנהגותה של מערכת נתונה מחזיקה הרבה מידע, ומספקת נקודת מבט שונה מאוד משיווי המשקל לבד. ברגע שהמערכת מכוילת, ניסויים הם מהירים מאוד ודורשים רק כמויות קטנות של חומר חלבונים (מיקרוגרם לננוגרם כמויות). איסוף המידע הקינטית המלא של מערכת נתונה ניתן להשיג בימים. הרגישות הגבוהה של SPR מאפשרת מדידות שאינן אפשריים באמצעות כל טכניקה אחרת 6. עם זאת, רגישות גבוהה זה היא "חרב פיפיות" שכן הוא יכול להיות מקור עיקרי לנתונים חיוביים כוזבים. כל גורם המשפיע על המדד רעיוני נרשם וזמם על sensogram. ככזה, apבקרות propriate יש להשתמש כדי לחסל שווא-תוצאות חיוביות, ותמיכה מגישות משלימות מומלצת מאוד.
איור 1 מדגים את ההתקדמות של ניסוי SPR באמצעות שבב חיישן מצופה נת"ע. Sensogram בפנל מראה את הזריקה של יוני ניקל על מטריצת נת"ע (נתונים unsubtracted), וBD לוחות להציג את הנתונים לאחר הפחתת האות נגזרת מתא הבקרה השלילי. אדום וחצים כחולים מראים תחילת הזרקה וסופו של דבר, בהתאמה. קיבוע של יגנד על השבב משנה בהדרגה את המסה עד ההזרקה מסתיימת. הרמה היציבה נצפתה לאחר סיום ההזרקה של יגנד משקפת את העמותה היציבה של יגנד אל פני השטח (איור 1, מחזור 2). ברגע שבסיס יציב מושגת חיץ מוזרק מעל ליגנד ותא ההתייחסות (איור 1, מחזור 3) הזרקת .זה משמש כ'ביקורת ריקה ", ויהיהנגרע במהלך ניתוח. על הזריקה, שינויים קלים נרשמים, המשקפים זרימת המונית דרך השבב. לאחר מכן, במחזור נפרד (איור 1 ב, מחזור 4), אנליטי מוזרק; העלייה ההדרגתית בRU מייצגת עמותה של אנליטי ליגנד. אתרי הקישור הופכים בהדרגה הכבושה עד שיגיע לשיווי המשקל. ברגע שההזרקה מסתיימת, ירידה בRUS משקפת ניתוק של המתחם. מsensograms כזה ניתן לגזור קבוע שיעור ריבית לפני שיווי משקל ושיווי המשקל (ראה בהמשך). איור 1 מתאר אינטראקציה בין חולפת יגנד ואנליטי. כאשר האינטראקציה היא יציבה יותר, הירידה ברמת RU היא איטית יותר, המשקף ד k נמוך יותר.
במסמך זה, אנו מתארים ניסוי SPR שנועד לאפיין את האינטראקציה בין טרנספורטר קרום (חומר ניקוי solubilized) והשותף הפונקציונלי שלה, מצעו המקור שלה מחייב חלבון 6,7. Mod נבחרמערכת אל היא טרנספורטר קלטת מחייבת ATP (ABC), ModBC-של fulgidus Archeaglobus. מערכת זו נבחרה לתוצאות מאוד לשחזורה, גבוהה יחס אות לרעש, וקלאסי "on / off" שיעורים. בנוסף, מובילי homologues ABC זמינים לשרת בקרות שליליות חשובות. טרנספורטר, ModBC (ליגנד) מופק מקרום שימוש בחומרי ניקוי, מטוהר ומשותק על השבב. שותפו המסיס באינטראקציה, Moda, הוא אנליטי. כיגנד שליטה שלילי, RbsBC טרנספורטר ABC שונה משמש ("ליגנד B").
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. לדוגמא חלבון והצפת הכנה
2. שבב חיישן
3. הגדרות טמפרטורה
4. פתרונות לטעינה ושלילה
הכן את הפתרונות לטעינה וההפשטה הבאים: 0.5 מ"מ NiCl 2 בRB, 350 mM EDTA בRB (להוסיף חומר ניקוי לפתרון EDTA לריכוז סופי כמו בRB), 0.25% SDS בH 2 O, ו -100 מ"מ HCl בH 2 O. בעת שימוש באמבטית מיקרו צנטריפוגותes ולא SPR צינורות מיועדים, אל תשכח לנתק את הכובעים של הצינורות.
5. ראש Instrument SPR עם RB
6. התחל ניו הפעלה
7. מחזורי ניסוי
כל ניסוי מורכב ממחזורים, לשמור תיעוד ברור של הזריקות נעשו בeaמחזור ch, ולהפריד בין הטעינה 'ligands, ההזרקה ריקה של החיץ, וההזרקה אנליטי למחזורים שונים.
8. ניתוח נתונים באמצעות תוכנה יעודיים להערכה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במערכת המתוארת במסמך זה, שבב NiNTA משמש כדי לשתק את טרנספורטר הקרום מתויג 6,7. להיות הומו-דימר, כל טרנספורטר מתויג כפליים, שיפור שלה מחייב את שבב NiNTA. בעקבות טעינת ניקל, יגנד (טרנספורטר של עניין) הוא משותק על Fc = 2, עד ~ 3500 RU (מחזור 2 פרוטוקול, איור 2 א תווית שחורה). ואז, תוך שימוש באותה הזרימה ומשך הזרקה, יגנד B (ליגנד השליטה) מוזרק על Fc = 1, בתחילה להגיע רק עד ~ 3000 RU. כדי לוודא שסכומי חלבון דומים הם משותקים בשני תאי הזרימה; יגנד B נטען עוד, ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
SPR הוא שיטה רגישה מאוד ללמוד אינטראקציות מולקולריות, ולעתים קרובות היא הגישה היחידה שמספקת ניטור של אינטראקציות חולפות (עדיין חשובות) בזמן אמת. דוגמה לכך היא האינטראקציה החולפת המוצגת כאן, שלא ניתן הייתה לזהות בכל דרך אחרת (מבחני נפתחים, מבחני שקיעת יפוזומים 6). יתר על כן, בעוד ששיטות אחרות מוגבלות לשיווי משקל מדידות (אם כמותי או איכותי), SPR הוא אחת הטכניקות רק המודדות גם קינטיקה מראש שיווי המשקל.
הר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
המחקר במעבדת לוינסון נתמך על ידי מענקים מהאקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, מכון רפפורט למחקר ביו-רפואי, קרן המחקר Meriuex ומענק מארי קירי לשילוב מחדש בקריירה (OL). EV נתמך על ידי מלגת Fine ועל ידי הפקולטה לרפואה בטכניון. NLL נתמך על ידי מענקים מהאקדמיה הלאומית הישראלית למדעים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Biacore T200 | GE Healthcare | 28-9750-01 | |
| שבב חיישן NTA | GE Healthcare | 14100532 | |
| BIAevaluation | GE Healthcare | ||
| Biacore T200 תוכנה | GE Healthcare | ||
| ניקל כלוריד | Sigma | N6136 | |
| נתרן טונגסטאט דיהידראט | Sigma | T2629 | |
| נתרן כלורי | ביו-לאב בע"מ | ||
| 19030591 בסיס טריזמה | Sigma | T1503 | |
| אתילדיאמין-חומצה טטראצטית דיסודיום מלח דיהידרט (EDTA) | Sigma | E5134 | |
| n-Dodecyl-β-D-Maltopyranoside (DDM) | Affymetrix | D310 | |
| תמיסת נתרן דודציל סולפט | סיגמא | 05030 | |
| Kimwipes KIMTECH | קימברלי-קלארק | 34120 | |
| חומצה הידרוכלורית | GADOT | 7647-01-0 | |
| ניילון (ניו יורק) מסנן ממברנה | Sartorius | 25007--47------N | |
| ModBC ABC טרנספורטר | לוינסון מעבדת | ||
| RbsBC ABC טרנספורטר | לוינסון מעבדה | ||
| ModA מצע קושר חלבון | לוינסון |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה