כאן, המחקר של גישות שונות לזיהוי נגעי DNA באמצעות הדמיית AFM של מולקולה בודדת מודגם עם מערכת תיקון כריתת נוקלאוטידים כדוגמה. מתוארים ההליכים של הכנת דגימות DNA וחלבון ופרטים ניסיוניים כמו גם אנליטיים עבור ניסויי AFM.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, המחקר של גישות שונות לזיהוי נגעי DNA באמצעות הדמיית AFM של מולקולה בודדת מודגם עם מערכת תיקון כריתת נוקלאוטידים כדוגמה. מתוארים ההליכים של הכנת דגימות DNA וחלבון ופרטים ניסיוניים כמו גם אנליטיים עבור ניסויי AFM.
הדמיית AFM היא טכניקה רבת עוצמה לחקר אינטראקציות חלבון-DNA. שיטת מולקולה בודדת זו מאפשרת רזולוציה בו זמנית של מולקולות ומכלולים מולקולריים שונים בדגימה הטרוגנית. בהקשר הספציפי של מערכות חלבון המקיימות אינטראקציה עם DNA, ניתן להבחין בצורות שונות של קומפלקס חלבונים ומיקומי הקישור המתאימים שלהן באתרי יעד המכילים שברי DNA. כאן, מוצג יישום של AFM לחקר זיהוי נגעי DNA במערכות תיקון DNA של כריתת נוקלאוטידים פרוקריוטית ואאוקריוטית (NER). מתוארים ההליכים של הכנת דגימות DNA וחלבון וניתנים פרטים ניסיוניים כמו גם אנליטיים של הניסויים. הנתונים מאפשרים מסקנות חשובות לגבי האסטרטגיות שבאמצעותן ניתן להשיג אימות אתר יעד על ידי חלבוני ה-NER. מעניין לציין שהם מצביעים על גישות שונות לזיהוי וזיהוי נגעים עבור מערכת ה-NER האיקריוטית, בהתאם לסוג הנגע. יתר על כן, תכונות מבניות מובהקות של שני ההליקזים השונים המעורבים ב-NER פרוקריוטי ואאוקריוטי מביאות ומסבירות את האסטרטגיות השונות שנצפו עבור שתי מערכות אלה. חשוב לציין, ניתן ליישם גישות ניסיוניות ואנליטיות אלה לא רק לחקר תיקון ה-DNA, אלא גם באופן דומה מאוד למערכות חלבון אחרות הפועלות באינטראקציה עם DNA כגון אלה המעורבות בתהליכי שכפול או שעתוק.
מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) הוא טכניקה רבת עוצמה לניתוח אינטראקציות DNA-חלבון 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . זה דורש רק כמויות נמוכות של חומר המדגם ישירות לדמיין דוגמאות הטרוגניות עם רזולוציה ברמת מולקולה אחת. ההטרוגניות יכולה לנבוע ממצבים קונפורמיים או אוליגומריים שונים של חלבון. בפרט, בהקשר של דגימות DNA חלבון, מתחמי חלבון יכול להציג stoichiometries שונים ו / או קונפורמיות המושרה על ידי DNA מחייב בכלל או מחייב לאתר יעד מסוים בתוך DNA. דגימות הטרוגניות עשויות להכיל גם שני סוגי חלבונים שונים (או יותר), וחלבונים שונים( למשל , המורכבת מסוג אחד בלבד של חלבון לעומת קומפלקסים heteromeric) עשויים לתקשר באופן שונה עם DNA. מחקרים שנדונו כאן לנצל AFM הדמיה באוויר על דגימות סטטי, מיובש של חלבונים לתקן דנ"א כרוך ארוך (~ 900 זוגות, bp) שברי DNA המכילים נגע, המייצג יעד של חלבונים אלה. רזולוציה גבוהה, מולקולרית של AFM מאפשר את ההבחנה בין סוגים שונים של קומפלקסים חלבונים כדי לקבוע את עמדות מחייב של חלבונים על שברי דנ"א. חשוב לציין, נגעים הם הציגו לתוך מצעים דנ"א בעמדות מוגדרים היטב. מכיוון שמיקומו של אתר הנגע בדנ"א ידוע, התפלגות החלבונים הכרוכים בדנ"א מספקת תובנה למאפייני ההזיה השונים (השונים) של מכלולי החלבון (השונים), למשל , עד כמה הם מזהים סוג מסוים של נגע (בהשוואה כדי DNA פגום) 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . עמדותיהם על הדנ"א גם מאפשרות את ההבחנה בין מתחמי חלבון הקשורים ספציפית לנגעים ולמתחמים שאינם קשורים באופן ספציפי למקום אחר בדנ"א. אפיון נפרד של סוגים מורכבים אלה שונים (מתחמים קשורה במיוחד הנגע לעומת קומפלקסים שאינם ספציפיים) יכול לחשוף שינויים קונפורמציה פוטנציאליים במתחמים הנגרמת על זיהוי האתר היעד.
חלבונים התיקון DNA התמקדו כאן הם helicases כי הם אחראים להכרה נגע תיקון נוקליאוטיד תיקון כריתה (NER) מסלול. בחיידקים, NER מושגת על ידי חלבונים UvrA, UvrB, ו UvrC. UvrA אחראי על חישה ראשונית של הנגע במכלול UvaA 2 / UvrB 2 . עם אימות הנגע על ידי UvrB זה מורכב ממיר מונומריק UvrB כבול באתר הנגע זה מורכבים ספציפיים יכולים ואז לגייס את pNR. UvrC מכסה טווח קצר (12-13 nt) של DNA בודד תקוע (ssDNA) המכיל את הנגע. החסר החסר הוא מילא לאחר מכן על ידי פולימראז DNA. לבסוף, ה- DNA ligase חותמת את המסור החדש מסונתז עם המקורי DNA 9 , 10 . ב eukaryotes, רוב החלבונים של מפל NER הם חלק גדול, multimeric גורם שעתוק II H (TFIIH) מורכבת. לאחר הנגע הראשונית חישה באמצעות trimeric CEN2-XPC-HR23B מורכבים, TFIIH הוא גויס לאתר היעד DNA. כאשר XPD בתוך המתחם מאמת את נוכחותו של נגע מטרה NER, האנדוקלאס NER האיקריאטי NG ו XPF הם גויסו לבלו קצר (24-32 nt) מתיחה של ssDNA המכיל את הנגע 9 , 10 . כאן, במיוחד, את helicases UvrB ו XPD מ prokaryotic ו eukaryotic NER, בהתאמה, נחקרו. אלה helicases דורשים unaired באזורDNA (בועת דנ"א) על חוט אחד של שני גדילי דנ"א יחיד ולאחר מכן לתרגם לאורך זה גדיל מונעת על ידי הידרוליזה ATP. בנוסף נגעים דנ"א, בועה דנ"א היה ולכן הציג את המצעים המתפקדים כמו טעינת האתר עבור החלבונים.
ההליך להכנת מצע DNA ספציפי מצעים תוארה בעבר 11 . זה דורש מבנה דנ"א עגול (פלסמיד) עם שני אתרי הגבלה מקרוב מרווחים עבור nickase. בהקשר של מחקר זה, נעשה שימוש ב- pUC19N (2729 bp) פלסמיד (שנוצר על ידי המעבדה של ס 'וילסון, NIEHS). זה פלסמיד מכיל שלושה אתרי הגבלה מקרוב עבור ntase Nbase כי מסגרת 48 נוקלאוטיד (nt) למתוח. לאחר הדגירה עם nickase, את המתיחה של ssDNA בין האתרים האלה ניתן להסיר והוחלף על ידי oligonucleotide המכיל כל תכונה היעד. לאחר כל צעד, עיכול אנזימטי מלא נבדק באמצעות ג'ל agaroseאלקטרופורזה. DNA מעוגל DNA ניתן להבחין בשל הניידות האלקטרופורטית נמוכה יותר לעומת פלסמיד המקורי supercoiled. Gapping של הדנ"א והחלפת מתיחה להסיר על ידי oligonucleotide המצע הספציפיים ניתן להעריך באמצעות עיכול עם אנזים הגבלה אשר חותך את המצע באופן בלעדי באזור בין nicks. לינאריזציה של פלסמיד מעגלי על ידי האנזים ולכן יהיה מדוכא עבור ה- DNA gapped ומשוחזר לאחר החדרת oligonucleotide ספציפיים. לבסוף, שני אתרי הגבלת endonuclease (אידיאלי חותכי יחיד) לאפשר את הדור של מצע דנ"א ליניארי, עם אורך כנדרש ועם אתר היעד הספציפי במיקום מוגדר, כמו גם בועת דנ"א במרחק מן הנגע או 5 'או' 3 '.
הכרה של lesions על ידי nlic helicases ניתן לחקור באמצעות הדמיה AFM. טרנספוקציה דנ"א נתקע של helicases ב tהוא אתר lesion גלוי כמו שיא בחלבון הפצה מיקום על הדנ"א ומצביע על זיהוי הנגע. מאחר שהטרנספוקציה של דנ"א של הליקזים אלה היא גם כיוונית, עם קוטביות של 5'עד 3, התלות של זיהוי הנגע על המיקום של אתר הטעינה (בועת ה- DNA במעלה הזרם או במורד הזרם מן הנגע) גם מציינת אם הנגע מוכר באופן מועדף על transocated או על ההפך, לא transocated ssDNA strand 5 , 9 . בסעיפים הבאים, השיטות שיושמו יובאו, וממצאים מרכזיים מניסויים אלה יידונו בקצרה. חשוב לציין, מקביל לעבודה המופתית על תיקון דנ"א המוצג כאן, הדמיה AFM ניתן ליישם את המחקר של מערכות שונות אינטראקציה DNA, כגון שכפול דנ"א או שעתוק 8 , 12 , 13 , 14
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנה לדוגמא

2. ניסוי AFM
3. ניתוח AFM



הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הבחנה בין סוגים מורכבים שונים המבוססים על כמויות מורכבות של חלבון
פעילות helicase של NER helicase prokaryotic UvrB הוא מגורה על ידי DNA מחייב 22 , 23 . UvrB דורש אזור לא מזוהה בדנ"א (בועת דנ"א) כדי לטעון נכונה על אחד משני גדילי ssDNA יחיד. ב vivo , מבנה ה- DNA הזה מסופק על ידי אינטראק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתוח סטטיסטי AFM של עמדות מחייב של חלבונים על שברי דנ"א ארוכים המכילים אתרים ספציפיים היעד יכול לחשוף פרטים מעניינים על אסטרטגיות מסוימות המשמשים את החלבון לזהות אתרים אלה 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . כדי לפרש את הפצות המיקום וכתוצאה מכך, את המיקום של המטרות ב- DNA צריך להיות מוכר במדויק. זו מושגת על ידי הצגת אתרים ספציפיי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
PUC19N, oligonucleotides המכיל CPD, ו- p44 סופקו בחביבות על ידי סמואל וילסון, Korbinian Heil ותומאס קארל, ואת Gudrun Michels ו Caroline Kisker, בהתאמה. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים של דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG) FZ82 ו TE-671/4 ל- IT.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| בדיקת כוח מולקולרית (MFP) מחקר מקלט תלת מימד | N/A | מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) | |
| Precision 390 | DELL | N/A | |
| מחשב ThermoMixer ובלוק 1.5 מ"ל | Eppendorf | 5382000015 | בלוק חום להכנת DNA |
| Rotilabo Block-Heater H 250 & בלוקים לצינורות 0.5 מ"ל | Carl Roth GmbH | Y264.1 & Y267.1 | בלוק חום לדגירת חלבון-DNA |
| Mini-Sub Cell GT | Bio-Rad Laboratories GmbH | תא אלקטרופורזה 1704467 עם גלגלת ג'ל וספק כוח | |
| Power Pac Basic | Bio-Rad Laboratories GmbH | 1645050 | ספק כוח אלקטרופורזה |
| 5415 D עם רוטור | Eppendorf | 2262120-3 | צנטריפוגה שולחנית |
| Ultra-Lum אלקטרונית UV transillumonator MEB-15 | Ultralum | 900-1322-02 | שולחן קרינת UV |
| NanoDrop ND-1000 | VWR International / PEQLAB Biotechnologie GmbH | N/A | UV ספקטרופוטומטר |
| TKAX-CAD עם 0.2 μ מסנן קפסולה m | Unity Lab Services | N/A | יחידת דה-יוניזציה ומסנן מים |
| שם | strong>חברה | מספר קטלוגי | Comments |
| Software | |||
| MFP תוכנה בתוכנת Igor Pro | Asylum Research | N/A | AFM תוכנה |
| ImageJ (עיבוד תמונה Java בקוד פתוח) | NIH Image | N/A | תוכנה לניתוח תמונות |
| Excel (Microsoft Office) | Microsoft Corporation | N/A | תוכנת ניתוח נתונים |
| Origin9 / Origin2016 | OriginLab Corporation | N/A | תוכנת ניתוח נתונים סטטיסטיים וגרפים |
| Name | Company | מספר קטלוגי | הערות |
| Material | |||
| OMCL-AC240TS | Olympus | OMCL-AC240TS | AFM ctellevers |
| כיתה V-5 מוסקוביט | SPI אספקה | 1805 | גיליונות נציץ |
| Amicon Ultra 0.5 מ"ל 50k Ultracell | Millipore אירלנד בע"מ | UFC505096 | מסנני צנטריפוגות |
| NucleoSpin Extract II | Macherey-Nagel GmbH | 740 609.250 | ערכת מיצוי ג'ל אגרוז |
| נייר תאית Rotilabo סוג 111A | Carl Roth GmbH | AP59.1 | נייר תצהיר AFM |
| Anatop 25 (0.02 μ m) | Whatman GmbH | 6809-2102 | מסנן מזרק |
| SSpI, BspQI | New England Biolabs (NEB) | R0132, R0712 | אנזימי הגבלה להכנת מצע DNA |
| XhoI, BglII | R0146, R0144 | אנזימי הגבלה להכנת DNA בקרות | |
| אנזים הגבלת ניקינג, Nt.BstNBI | ניו אינגלנד ביולאבס (NEB) | R0607 | ניקאז |
| T4 DNA ליגאז | ניו אינגלנד ביולאבס (NEB) | M0202S | ליגאז |
| טריס, HEPES | Carl Roth GmbH | 4855, 9105 | כימיקלים חוצץ |
| NaCl, MgCl2, KCl, MgAcetate | Carl Roth GmbH | 3957, HN03, HN02, P026 | כימיקלים מלח |
| NaAc | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | 32318 | כימיקלים |
| מלח DTT, TCEP, EDTA | 6908, HN95, 8040 | כימיקלים/ ריאגנטים | |
| אגרוז, חומצה אצטית, HCl | Carl Roth GmbH | 2267, 3738, K025 | ריאגנטים |
| ATP | Carl Roth GmbH | K054 | נוקלאוטידים |
| אוליגונוקלאוטיד #1 בטבלה 1 | Biomers | מותאם אישית | DNA משלים אוליגונוקלאוטידים אוליגונוקלאוטידים |
| #2, #3 ו-#6 בטבלה 1 | טכנולוגיות DNA משולבות (IDT) | פלואורסצאין מותאם אישית המכיל אוליגונוקלאוטידים | |
| אוליגונוקלאוטידים #4 ו-#5 בטבלה 1 | פרטי (זמין למשל מ-TriLink או GlenResearch) | CPD המכיל אוליגונוקלאוטידים | |
| צינור תגובה SafeSeal 0.5 מ"ל ו-1.5 מ"ל | Sarstedt | 72.704 ו-72.706 | צינורות דגירה |
| GeneRuler 1 kb | Thermo Scientific | SM0311 | סולם DNA |
| 6x טעינת ג'ל מרוכז צבע סגול | חדש אנגליה Biolabs (NEB) | 51406 | צבע טעינת DNA |
| Midori Green | Nippon Genetics Europe GmbH | 999MG28055 | כתם DNA |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה