Method Article

מחקרים מבניים אטומי בקנה מידה של הרכבות Macromolecular על ידי תהודה מגנטית גרעינית solid-state ספקטרוסקופיה

DOI:

10.3791/55779

⸱

September 17th, 2017

 ,  ,  ,  , 
1Institute of Chemistry, Biology of Membranes, Nanoobjects, UMR5248 CNRS, Université de Bordeaux

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מבנים של חלבון סופרא מולקולרית הרכבות ברזולוציה אטומית הם רלוונטיות גבוהה בשל התפקידים מכריע שלהם במגוון רחב של תופעות ביולוגיות. במסמך זה, אנו מציגים פרוטוקול לבצע מחקרים מבניים ברזולוציה גבוהה על הרכבות לא מסיסים, הבלתי גבישי החלבון macromolecular על-ידי קסם-זווית ספינינג ספקטרוסקופיה של מצב מוצק תהודה מגנטית גרעינית (MAS SSNMR).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חלבון סופרא מולקולרית הרכבות ממלאים תפקידים מהותי בתהליכים ביולוגיים החל פתוגן-פונדקאי אינטראקציה, זיהום נגיפי כדי התפשטות של מחלות ניווניות. כזה מכלולים מורכבים ב מרובים החלבוניות מאורגנות בדרך שאינה קוולנטיות כדי ליצור אובייקטים macromolecular גדולים זה יכול לבצע מגוון רחב של פונקציות הסלולר או לגרום לכך השלכות מזיקות. אטומי תובנות המנגנונים הרכבה לבין תפקוד הרכבות macromolecular האלה נשארים לעיתים קרובות נדיר מאז שלהם insolubility הגלום ומפחית הלא-crystallinity לעיתים קרובות באופן דרסטי את איכות הנתונים המתקבלים רוב טכניקות בשימוש הביולוגיה המבנית כדוגמת קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן והפתרון תהודה מגנטית גרעינית (NMR). אנו מציגים כאן הקסם-זווית ספינינג NMR של מצב מוצק ספקטרוסקופיה (SSNMR) כשיטת רבי עוצמה כדי לחקור מבנים מכלולים macromolecular ברזולוציה אטומית. SSNMR יכול לחשוף פרטים אטומית על המתחם שהורכב ללא מגבלות גודל, המסיסות. פרוטוקול המובאת כאן מתאר את השלבים החיוניים מן הייצור של 13C /15N התווית על-ידי איזוטופ חלבון macromolecular להרכבות רכישת סטנדרטי SSNMR ספקטרה, שלהם ניתוח ופרשנות. לדוגמה, אנו מראים את הצינור של ניתוח מבני SSNMR של אסיפה חלבון filamentous.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ההתקדמות קסם-זווית ספינינג ספקטרוסקופיה של מצב מוצק תהודה מגנטית גרעינית (SSNMR) מציעים כלי יעיל עבור אפיון מבניים חלבון macromolecular הרכבות ברזולוציה האטום. מהרכבות חלבונים אלה הן מערכות בכל מקום זה ממלאים תפקידים חיוניים תהליכים ביולוגיים רבים. מבנים מולקולריים שלהם, אינטראקציות, דינמיקה הינן נגישות באמצעות מחקרים SSNMR, כפי שהוצגה עבור נגיפי (capsids1) ואת מנגנוני זיהום חיידקי (הפרשת מערכות2,3, pili4), קרום חלבון מתחמי5,6,7,8 , amyloids תפקודית 9,10,11. הרכבה מולקולרי מסוג זה יכול גם לעורר פתולוגיות כגון מחלות ניווניות היכן חלבונים להרכיב במדינות misfolded, עמילואיד ולגרום בהתנהגות התא חריגה או לתא המוות 12,13. חלבון הרכבות, שנבנו על ידי oligomerization סימטרי עותקים בכפולות של החלבוניות לעצמים סופרא מולקולרית גדולים של צורות שונות כולל הסיבים, חוטים, נקבוביות, צינורות או חלקיקים. הארכיטקטורה רבעוני מוגדרת על ידי החלשים האינטראקציות בין החלבוניות כדי לארגן את מכלול יכולות וכדי לאפשר תפקודים ביולוגיים מתוחכמים. חקירות מבניים בקנה מידה אטומי על מהרכבות אלה הם אתגר עבור טכניקות ברזולוציה גבוהה מאז insolubility מהותי שלהם, לעיתים קרובות שלהם crystallinity ללא הגבלת השימוש קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן קונבנציונאלי או פתרון NMR גישות. קסם-זווית ספינינג (MAS) SSNMR המתעוררים הטכניקה כדי לקבל נתונים ברזולוציה אטומית על הרכבות macromolecular לא מסיסים, הוכיחה את יעילותה לפתרון אטומי דגמי תלת-ממד עבור מספר גדל והולך של מערכות למערכות ביולוגיות מורכבות כולל חוטים חיידקי, הרכבות עמילואיד, נגיפים 14,15,16,17,18,19,20, 21,22. ההתקדמות הטכנית על שדות מגנטיים גבוהה, התפתחויות מתודולוגיות הכנת הדוגמא הקימה MAS SSNMR לתוך שיטה חזקה לחקור חלבונים לא מסיסים בסביבות שונות, ובייחוד ב שלהם מבחינה ביולוגית רלוונטיות macromolecular התאספו המדינה או ממברנות הסלולר, ביצוע הטכניקה מאוד משלים הקפאה-מיקרוסקופ. במקרים רבים, רמה גבוהה מאוד של סימטריה מאפיינת את הרכבות חלבון כזה. MAS SSNMR מנצל תכונה זו, כמו כל החלבוניות בהרכבה homomolecular באותו מבנה מקומי, ולכן כמעט זהה SSNMR חתימה, באופן דרסטי הפחתת המורכבות של הניתוח.

פרוטוקול יעילה ללימודי מבנית של חלבון macromolecular הרכבות על ידי MAS מתונה (< 25 kHz) SSNMR מוצג בסרטון הזה, נחלקים שלבים שונים (איור 1). נדגים את השלבים הקריטיים של זרימת העבודה של מחקר מבנית SSNMR ביטוי על חלבון filamentous אסיפה (ראה מודגש צעדים באיור1), למעט חלבון יחידה משנית-טיהור, שונות עבור כל חלבון הרכבה, אבל חשיבות קריטית ללימודי מבניים, ומבלי אכנס לפרטי פרטים טכניים/מתודולוגיים SSNMR ספקטרוסקופיה ומבנה חישוב עבור מה הדרכות מיוחדות זמינים באינטרנט. בעוד בפרוטוקול הנוכחי יתמקד בעיקר ניסויים NMR של מצב מוצק תחת תנאים MAS, השימוש מיושר סביבות ביולוגי 23,24,25,26 , 27, כגון bicelles מיושר, לאפשר החקירה של חלבון קונפורמציה ואינטראקציה דינמי חלבון קרום דמוי בתקשורת ללא טכנולוגיית MAS. אנחנו נראה את הביטוי חלבון, מכלול צעדים, כמו גם את ההקלטה של ספקטרום SSNMR מכריע, ניתוח ופרשנות שלהם. המטרה שלנו היא לספק תובנות לתוך הצינור ניתוח מבנה המאפשר לקורא לבצע מחקר מבנית של אטומי ברזולוציה של אסיפה macromolecular בטכניקות SSNMR.

הפרוטוקול כוללת 3 סעיפים:

1. מוצק NMR לדוגמה ייצור

תנאי לביצוע ניתוח NMR של מצב מוצק, רכיבי חלבון בצורך הרכבה macromolecular לבוא לידי ביטוי, התווית על-ידי איזוטופ, מטוהרים, שהורכבו במבחנה למצב מורכב כמו מקורי (עבור לדוגמה ראה איור 2) . כדי להבטיח רגישות גבוהה NMR, איזוטופ העשרה 13C ו 15N תיוג נדרש באמצעות מדיה ביטוי חיידקי מינימלי בתוספת 13C ו 15N מקורות, כגון בצורה אחידה 13 התווית על-ידי C גלוקוז/גליצרול ו -15NH4Cl בהתאמה. בשלב מאוחר יותר של הפרוטוקול, באופן סלקטיבי 13התווית על-ידי C דגימות הופק באופן סלקטיבי 13מקורות התווית על-ידי C כגון (1, 3 -13ג)- ו (2 -13C)-גליצרול (או (1 -13ג)- ו (2 -13ג)- גלוקוז) נעשה שימוש כדי להקל על הניתוח NMR. מעורבות מדגם שכותרתו המתאים תערובת equimolar של 50% 15N - או 50% 13התווית על-ידי ג או 50% (1, 3 -13C)-50% (2 -13C)-גלוקוז מוצגים כדי לתאר את הגילוי של הבין-מולקולרי אינטראקציות. רמה גבוהה של חלבון טוהר, כמו גם תנאים קפדניים במהלך השלב הרכבה הם גורמי מפתח כדי להבטיח צו מבניים הומוגנית של המדגם הסופי.

2. ראשוני אפיון מבניים בהתבסס על מימדי NMR solid-state (1 ד)

אנו מציגים את הניסויים חיוני עבור ניתוח מבניים על-ידי SSNMR. (1 ד) חד-ממדי קרוס-קיטוב (CP), INEPT / RINEPT28 ניסויים, שאותרו על הגרעינים 13C משמשים כדי לזהות מקטעי חלבון גמיש הנוקשה בהרכבה, בהתאמה, הערכת מידת מבנית הומוגניות, פולימורפיזם המקומי (עבור לדוגמה ראה איור 3).

רונג > 3. ניתוח הסתגלותי ותלת מימד מבנה נחישות

סעיפים קטנים 1 ו-2 נוגע הניתוח הסתגלותי, אשר מבוססת על ההקצאה תהודה SSNMR של כל שאריות נוקשה ההרכבה חלבון, כמו המשמרות כימיים הם רגשים רגיש מאוד בסביבה המקומית והוא יכול לשמש כדי לחזות את פי/psi דו-מישור זוויות, ובכך לקבוע את מבנה שניוני. איור 4 מתארת דוגמה הקצאת תהודה רציפים הליבה נוקשה של אסיפה חלבון. קביעת מבנה תלת-ממדי מבוסס על האוסף של נתונים מבניים כגון מרחק ריסון קידוד קרוב proximities (< Å 7-9), המכיל גם אינטרה - וגם מידע הבין-מולקולרי. 3 ו- 4 מתארים איפוק מרוחק לטווח ארוך אוסף ופרשנות. קשרים ארוכי טווח מוגדרים התפלגות 13C -13C proximities הנובעות שאריות אני כדי ג'יי, עם | i-j | ≥4, הגדרת ובכך הקיפול חלבון שלישוני של יחידת משנה monomeric את, או הבין-מולקולרי 13C -13C proximities, הגדרת הממשקים הבין-מולקולרי בין החלבוניות בהרכבה. אינטרה - וממשקים הבין-מולקולרי מומחשים באיור5. SSNMR ריסון זוהה עד 13C -13C ו 15N -13C recoupling ניסויים בדרך כלל לקודד למרחקים internuclear < 1 ננומטר. סעיף קטן 4 מסביר את הגילוי של ריסון המרחק הבין-מולקולרי. בהרכבות חלבון סימטרית, השימוש homogeneously שכותרתו דגימות (כלומר 100% בצורה אחידה, או בצורה סלקטיבית עם התווית) עבור זיהוי האינטראקציות הבין-מולקולרי יחידה משנית-יחידת משנה הוא מוגבל, כמו שני אינטרה - ולא בין - molecular אנשי קשר להוביל הסימנים לזיהוי. גילוי ברורה וחד משמעית של proximities הבין-מולקולרי מושגת באמצעות דגימות שכותרתו מעורבת, המכיל תערובת equimolar של שני מדגמים שכותרתו באופן שונה, בשילוב לפני צבירת. סעיף קטן 5 מציג בקצרה את מבנה דוגמנות.

figure-introduction-1
איור 1 : זרימת העבודה ברזולוציה אטומית המחקר המבני מאת NMR של מצב מוצק. 13 ג', 15N איזוטופ שכותרתו ייצור החלבון, טיהור יחידה משנית, יחידת משנה הרכבה, שליטה על היווצרות הרכבה, ניסויים SSNMR, SSNMR ניסוי ניתוח והפקת מרחק ריסון, מידול המבנה מוצגות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-solid-state NMR מדגם productiona

  1. ייצור אחיד 13 C / 15 התווית על-ידי N החלבוניות
    1. שימוש טרי טרנספורמציה, pET24-פפטיד-6his פלסמיד המכיל E. coli BL21 כדוריות (DE3), מסיק מהם מהצלחת אגר מוכן.
    2. לחסן תרבות טרום 15 מ"ל של מדיום LB מראש ומחוממת עם המושבה אחד. דגירה ב 37 ° C עם סל"ד 200 רועד בין לילה.
    3. להעביר את התרבות מראש לתוך 1 ליטר של התרבות המרכזי של מדיום M9 ומחוממת מראש (ראו קומפוזיציה ב טבלה 1), המכיל נדרש התווית על-ידי איזוטופ הפחמן וחנקן המקורות.
      הערה: זה יכול להיות בצורה אחידה 13 התווית על-ידי C גלוקוז, באופן סלקטיבי (1 - 13 C)- או (2 - 13 C)-גלוקוז 29 , 30 , 31 או ( 1, 3 - 13 C)- או (2 - 13 C)-הנקרא גליצרול 32 , 33.
    4. דגירה זה ב 37 מעלות צלזיוס ולמדוד את יתר 600 ברגע התרבות הופך עכורים. כאשר ה OD 600 הגיעה ערך של 0.8, זירוז ביטוי חלבון עם 0.75 מ מ IPTG עבור 4 h.
      הערה: התנאים אינדוקציה אופטימלית יכול להשתנות חלבון אחד למשנהו.
    5. לשחזר את התאים על ידי צנטריפוגה למשך 30 דקות ב 6000 x g ו- 4 מעלות צלזיוס
  2. טיהור סקיצה (לא מוצג בפרוטוקול וידאו)
    1. Lyse תאים באמצעות טכניקות סטנדרטיים כגון טיפול sonication או ליזוזים ולטהר את יחידת משנה של חלבונים תוך שימוש בטכניקות הוקמה או מותאם חקר חלבונים הרכבה.
      הערה: החלבון יכול לבוא לידי ביטוי בגופים הכללה, בדוק עבור ההתאמה חלבונים על ידי פירוק התא צנטריפוגה עוקבות. אם החלבון המצוי המשקע עם ההריסות תא, זה שנצבר בגופים הכללה.
      2. הביטוי
    2. מבחן והטוהר של המדגם חלבון לדוגמה על ידי תקן 12-15% טריס-Tricine מרחביות-דף, ראה איור 2A. אם הטוהר מספיקה, החלבון יכולים להיות מורכבים, אחרת לבצע צעד משלים טיהור.
  3. במבחנה הרכבה של חוטים חלבון
    1. לבדוק ריכוז חלבון בפתרון מטוהרים. אם החלבון מכיל שאריות סופג, למדוד את הספיגה בספקטרופוטומטר UV-280 ננומטר. להכניס את המאגר טהור ספקטרופוטומטרים כמו כיול ולמדוד את ספיגת חלבונים ואז.
    2. לחשב ריכוז חלבון באמצעות המקדם הקליטה של יחידת משנה חלבון עם החוק למברט מותאם: λ = חדוה λ x א x ג; כאן הוא האופטי צפיפות-λ אורך-גל נתון; חדוה הוא מקדם ספיגה ספציפיות; l הוא אורך המסלול אופטי בס"מ; c הוא הריכוז ב- mol/ל'
    3. להתרכז החלבון כדי ריכוז של 1 מ מ ביחידה צנטריפוגלי מסנן. להציג את הדגימה לתוך יחידת צנטריפוגלי מסנן צנטריפוגה ב 4000 x g למשך 30 דקות, מערבבים את הפתרון ב יחידת מסנן בעדינות עם pipet כדי להימנע חלבון התצהיר-המסנן. חזור על הפעולות עד הריכוז הרצויה.
      הערה: ריכוז מכלול האופטימלי תלוי המערכת וצריך ניתן למטב (בדרך כלל בין 0.1 - 1 מ מ). אם equimolar מעורבב עם תוויות מדגם של שני חלבונים שונים שכותרתו אצוות מוכן (למשל (חצי) (U - 15 N)-/ (U - 13 ג)-עם התווית), ערבוב חייב להתבצע לפני או מיד אחרי השלב ריכוז כדי להבטיח המגון של הפתרון מעורב.
    4. להעביר את הדגימה לתוך צינור ואת דגירה זה תחת עצבנות לשבוע אחד בטמפרטורת החדר.
    5. בדרך כלל פלמור של subunits לתוך חוטים מלווה את הפתרון הופך עכורים. בדוק את מורפולוגיה מיקרוסקופית fibril ואת ההומוגניות לדוגמה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים (הגדלה 6300 X - 45000 X), ראה איור 2B.
    6. צנטריפוגה המדגם עבור 1 h 20000 x g ו- 4 ° C. הסר רוב תגובת שיקוע, השאר רק מספיק נוזלים כדי לכסות את המשטח כדי למנוע ייבוש הדגימה. לבדוק את תגובת שיקוע עבור שאינם מורכבים subunits על ספקטרופוטומטרים UV.
    7. לשטוף את דוגמה על-ידי הוספת H 2 O זהיר resuspend את התוכן עם פיפטה. לא מערבולת. ספין המדגם למשך 30 דקות-22000 x g ו- 4 מעלות צלזיוס. חזור על השלב כביסה 3 פעמים. בדוק במהלך כל השלבים כביסה אם בגדר שומרת על היבט שלו לאחר צנטריפוגה ולבדוק את תגובת שיקוע עבור שאינם מורכבים subunits על ספקטרופוטומטרים UV.
    8. להוסיף אזיד הנתרן 0.02% (w/v) (נאן 3) כדי למנוע זיהום חיידקי ולאחסן את הדגימה עד מידה 4 ° C.
  4. Solid-state NMR הרוטור מילוי
    1. צנטריפוגה פעמיים במשך 30 דקות-22000-g ו- 4 מעלות צלזיוס. הסר מקסימלי תגובת שיקוע; בעקביות מדגם שנוצר תלוי מכלול חלבון, והוא בדרך כלל דמוי ג'ל הפיקדון.
    2. משתמשים pipet נימי להכניס את הדגימה הרוטור SSNMR.
      הערה: כאן, אנו מציגים את ההליך על הרוטור בקוטר 4 מ מ. צנטריפוגה
      1. צנטריפוגה הרוטור על השולחן בעדינות להציג את הדגימה לתוך הרוטור. חזור על התהליך עד הרוטור מלא לגמרי. לשמור רווח מינימלי כדי לסגור את הרוטור עם הכיפה הרוטור. אם הכמות מדגם אינה מספיקה, להציג הוספה זמינים מסחרית כדי למלא את השטח הנותר כדי להבטיח את עניי התפלגות הדגימה הרוטור.
        הערה: תלוי על מדגם שהורכב בעקביות, שזה יהיה הולם יותר להשתמש במרית דק, במיוחד עבור דגימות צפופה מאוד. לבוש יומיומי עם קטרים של 2.5 עד 4 מ מ משמשים בתדרים MAS בינונית.
    3. להוסיף עקבות של חומצה 4,4-dimethyl-4-silapentane-1-sulfonic (DSS) לכיול פנימי כימי shift וטמפרטורה.
    4. לסגור את הפקק עם מכשיר הסגירה.
    5. בדוק תחת זכוכית מגדלת אם הכובע הוא מוכנס היטב, סגור לגמרי.

figure-protocol-1
איור 2: נציג תוצאות עבור חלבון יחידה משנית טיהור והרכבה. א) 15% טריס-tricine מרחביות-דף של יחידת משנה של חלבונים (כולל שלו 6-תג) בשלבים שונים של טיהור. ליין 1 - סמן חלבון משקל מולקולרי; ליין 2 - e. coli BL21 (DE3) תאים שליטה uninduced; ליין 3 - e. coli BL21 (DE3) תאים המושרה עם 0.75 מ מ IPTG; ליין 4 - solubilized גופות הכללה ליין 5 - שברים supernatant תא lysate; ליין 6 - שבר מטוהרים לאחר ניקל ללא יכולת תנועה כרומטוגרפיית זיקה מתכת (IMAC) FPLC ו- desalting. B) מוכתם באופן שלילי הסיבים חלבונים על ידי הדמיה TEM. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

2. אפיון מבניים ראשוני המבוסס על מימדי NMR solid-state (1 יח)

  1. 1 י צלב-קיטוב (CP) הקמה ראשונית
    1. להוסיף הרוטור לתוך המגנט NMR
    2. להתחיל סיבוב הרוטור בתדר של 5 קילו-הרץ, ולחכות ייצוב של ±10 הרץ, ואז להאיץ עד 7 קילו-הרץ. לכוון ולהתאים 1 H, 13 C ו- 15 N ערוצים. הגדר את הטמפרטורה ל- 2-10 ° C (275-283 K); לדוגמה חימום-7 קילו-הרץ MAS הוא נמוך, התאמת הטמפרטורה אינה בדרך כלל נדרשת בתדר הזה MAS.
    3. להקליט פעמו יחיד 1 י 1 H קשת באמצעות סריקות 16.
      הערה: רמות צריכת חשמל כנראה בעבר מוטבו במתחם הפניה (כגון 13 C / < סוp > 15 N היסטידין או גליצין), כדי לספק את הערכים ההתחלתיים עבור מיטוב רמות המתח בניסויים על הדגימה היעד; הליך זה הוא פעילות שגרתית, ולכן מתוך טווח של פרוטוקול זה.
    4. לשמור על הטמפרטורה במהלך כל ניסויים בין 2-10 ° C, בדגימות hydrated שהטמפרטורה באה לידי ביטוי השינוי היחסי של התהודה 1 H מים בכמות גדולה ביחס האות DSS 34. למדוד את הטמפרטורה בעקבות את היחסים אלפא (H 2 O) = 7.83-T/96.9 עם דיוק של 1-2 ° C 35.
    5. סט למעלה הרצוי MAS תדירות והמתן עד ייצוב של ±10 הרץ.
      הערה: כאן הוכח עבור תדירות של 11 קילו-הרץ-
    6. המנגינה התאמה 1 H אנד 13 C ערוצי שוב, להתאים את הטמפרטורה עם העזרה של ניסוי 1 H 1 י.
    7. להגדיר 1D 1 H - 13 ג CP 36.
      הערה: CP ניסויים להראות את הסימנים הנובעים שאריות קונפורמציה נוקשה. הדופק כיול, סופגת פרמטרים ניתן ישירות למטב על הדגימה כאשר הרגישות גבוהה מספיק להתבונן אותות לאחר פחות מ ~ 32 סריקות. הערכים אופטימיזציה הראשונית לקוחים אופטימיזציה רגיל על המתחם הפניה. זמן מגע CP ורמות כוח נבחרים בהתבסס על עוצמת האות מקסימלי. בדגימות חלבון, הזמן קשר אופטימלית CP הוא בדרך כלל בין 200 μs גב' 2 הפרמטרים סופגת צריך גם להיות מחדש מותאם מ הכיול על המתחם הפניה.
      1. בזהירות לצפות הלוקליזציה של ספינינג sidebands בתדר MAS נתון.
    8. להקליט אסמכתא 1 י 13 ג CP קשת המשמשת 1 י ספקטרלי טביעות אצבע. פרמטרים טיפוסי הם סריקות 128, ms CP קשר פעם 1, 100 קילו-הרץ סופגת כוח, עיכוב המיחזור של 3 s וטרשת 25 רכישת.
    9. כיילו את 1 H ו- 13 C כימי במשמרות בעקבות המלצות סיסטמטי 37. לקבוע את תדירות תהודה של האות H DSS 1 (שינוי כימי של עמודים לדקה 0); 13 משמרות כימית C מוזכרים כדי 1 H משמרות (בדרך כלל ~ 0.25144, נגזר היחס של 13 C ל תדר תהודה 37 1 H).
    10. תהליך 1D 1 H - 13 ג CP להתנסות ללא apodization הפונקציה (ראה איור 3A ו- B איתור על אסיפה חלבון homogeneously מסודר). לבחור שיא מבודד כדי להעריך את linewidth במדגם, מעידה על הסדר המבני ועל הומוגניות. Linewidths טיפוסי 13 C עבור הרכבות חלבון ביולוגי מסודר תחת MAS-שדות מגנטיים גבוה בטווח שבין 20-150 הרץ (הנמדדת רוחב המלא בחצי גובה (FWHH)).
    11. מעריכים את יחס אות לרעש (S/N) בספקטרום CP-
      הערה: היחס S/N תלוי בגורמים רבים, כולל בעיקר את כמות הדגימה הרוטור, מידת קשיחות של מבנה החלבון ואת נוכחותם של קונפורמציה מולקולרית יחיד. כלל אצבע, מדגם צריך להיות מתאים ספקטרוסקופיה SSNMR רב-ממדי אם אות הוא ציין בספקטרום אופטימיזציה 1 י 1 H - 13 ג CP הקליט עם סריקות 64.
    12. זום לתוך האזור ספקטרלי של החלבון המרכזי (backbone) קרבוניל מגנטיים לשפות אחרות (בעיקר) בין 165-180 עמודים לדקה. מעריכים את התוכן מבנה שניוני באסיפה במעמד מגנטיים קרבוניל עמוד השדרה של חלבון עם מגנטיים של שאריות בα-הסליל או β-strand קונפורמציה העביר לעומק המגרש או להתקפה, בהתאמה (ראה איור 3B עבור יחידת משנה בעיקר α-הסליל) 38.
  2. ניסוי 1 י INEPT
    1. להגדיר 1 י 1 H - 13 ניסוי ובדיקת חומר C כדי לחקור חלקים ניידים במיוחד (sub-µs) מכלול חלבון.
      הערה: גארפ סופגת של כמה קילו-הרץ במהלך רכישת 39 הוא נפוץ, כדי לאפשר עיכובים interscan קצרים (בדרך כלל 1 s) ללא פגיעה החללית.
    2. להקליט קשת מיומן הפניה זה משמש טביעות אצבע עבור מקטעי חלבון נייד; פרמטרים טיפוסי סריקות 128 הינם מועד הרכישה של גב' 25
    3. תהליך 1 H - 13 C מיומן הניסוי. הכמות והמיקום של האותות מעידים על כמות משקעים נייד ואת ההרכב חומצת אמינו בהתאמה.
      הערה: גם להקליט 2D 1 H - 13 ניסוי ובדיקת חומר C אם אותות קיימים בספקטרום מיומן 1 י (לקבלת דוגמה, ראה איור 3C) כדי לאפשר זיהוי ספציפי יותר של חומצה אמינית. במקרים הקצאה חד משמעיים, אנו ממליצים לבדוק את עמדות אות של רכיב מאגר על-ידי פתרון NMR.
    4. להשתמש את מסד הנתונים של BMRB 40 ופורסמו נתוני 38 כדי להקצות את מגנטיים חומצת אמינו המתאימה שלהם ב יד סליל אקראי קונפורמציה; הספקטרום מכיל מאגר ניידים רכיבי בלבד, אם אין שאריות נמצאים במשטר ניידים מאוד.

figure-protocol-2
איור 3: תוצאות נציג SSNMR ספקטרה רכישה עבור אסיפה חלבון בנוי היטב. A) 13 C מזוהה FID של ניסוי cross-קיטוב 13 C H - 1. B) 1 H - 13 C קרוס-קיטוב הניסוי. C) 1 H - 13 C מיומן ניסוי של אסיפה חלבונים נוקשה; רק מאגר הרכיבים גלויים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

3. ניתוח הסתגלותי ותלת מימד מבנה נחישות

  1. תהודה רציפים הקצאה
    1. להגדיר 2D 13 C - 13 C ספין פרוטונים דיפוזיה (PDSD) 41 הניסוי כדי לאתר אינטרה-שאריות 13 C - 13 C מתאמים, כולל רשתות בצד. להשתלט על הערכים עבור השלב הראשוני 1 H - קרוס-קיטוב 13 C מ ה 1 D 1 H - 13 ג CP הניסוי.
      1. להגדיר הזמן ערבוב 50 מילישניות עבור בצורה אחידה 13 דגימות התווית על-ידי C וכדי ms 100 עבור באופן סלקטיבי 13 דגימות התווית על-ידי ג. לקבוע את הזמן רכישה עקיף בין 5-25 ms רכישה ישירה בין 15-25 ms תלויים הרזולוציה ספקטרלי מהותי, אשר יכול להיות מוערך ע י האות גלוי באורך דעיכה אינדוקציה חינם (FID) (שהודגם ב איור 3 א).
      2. לבדוק מספר פרמטרים עיבוד כדי לחפש את הערכים אופטימלי ביחס אות לרעש והרזולוציה בספקטרום, בדרך כלל עיבוד נאותה יכולה להיות מושגת באמצעות פונקציה חלון qsine עם משמרת בל סינוס (חלטורה) של 2.5-4-
    2. להגדיר, שיא ותהליך 2D 13 C - 13 C PDSD עם ניסוי זמן ערבוב ביניים כדי לזהות רציף 13 C - 13 C מתאמים לחיבור בעיקר אני - i±1, אבל גם i±2 ו- i±3 . שאריות, בהתאם קשיחות המרכזי (backbone) חלבון ורכיבי מבנה שניוני. יש להגדיר את הזמן ערבוב בין 100-200 ms עבור דגימות שכותרתו בצורה אחידה. כל הערכים האחרים ניתן לקחת מ קצר ערבוב זמן 2D 13 C - 13 ג PDSD.
    3. להגדיר, שיא ותהליך 2D 15 N - 13 ג N אני CA . אני בעלת N אני CO אני ניסויים באמצעות 1 H - CP 15 N ו- CP 15 N - 13 C העברה ספציפי 42. למטב את 13 C 15 N - קיטוב העברת אופנה 1 D ישירות על הדגימה של עניין, בהתבסס על עוצמה מירבית באזור CA או קרבוניל, בהתאמה. משחק פאזל הקלדהקאל ערכים עבור הזמן אנשי קשר ספציפיים CP הם בין 2-6. גברת
    4. להגדיר, שיא ותהליך סדרה של 2D 15 N-(13) C - 13 C ניסויים לצורך הקצאה.
      הערה: הראשון 15 N - 13 C קיטוב העברת ערך הפרמטר יכול להתבצע N אני CA אני / N אני CO אני ניסויים. אינטרה-שאריות מתאמים הוקם מתוך N אני (CA אני) CB אני ו N אני (CA אני) CO אני, באמצעות בהתאמה לחלום 43 ו PDSD 13 C - 13 C קיטוב העברות. שאריות (i) שאריות קישוריות רציפים (i-1), מתקבל מפולי N אני (CO i-1) CA i-1 ו- N אני (CO i-1) CX i-1 הניסויים, הן באמצעות PDSD 13 C - 13 C קיטוב העברה.
    5. בחר NMR תוכנית ניתוח כגון ניתוח CcpNmr 44 או ספארקי 45
    6. לטעון הספקטרום של 2D לתוך התוכנה (ביטוי עם ניתוח CcpNmr) ולטעון את רצף החלבון העיקרי.
    7. להתחיל עם הזיהוי של סוגי חומצת אמינו גלוי ערבוב קצר 13 C - 13 C PDSD הספקטרום. לחבר את אטומי הפחמן של מערכות ספין כדי לאפשר " שאריות-סוג " הקצאה מסוימת; ראה איור 4A עבור ההקצאה של משקע תראונין. לזהות משקעים רבים ככל האפשר; זה יהיה תלוי את גודל יחידת משנה של חלבון, רזולוציה ספקטרלי נפיצה.
    8. כיסוי הקצר-ערבוב עם ערבוב בינונית 13 C - 13 C PDSD הספקטרום.
      הערה: הפסגות משלים גלוי PDSD ללישת ביניים נובעים בעיקר רציפים (שאריות של אני - שאריות i±1) אנשי קשר. דוגמה למשימה רציפים 2-שאריות מאויר באיורים 4B איור.
      1. לסמן את הפסגות תהודה של מערכת סחרור, למצוא מתאמים PDSD ערבוב בינונית עם תדירויות תהודה של מערכות אחרות ספין. חלבונים קטנים או פפטידים, זה יכול להיות אפשרי להשיג את המשימה כולה תהודה רציפים המבוססת על דו-מימדית 13 C - 13 C PDSD ניסויים.
        הערה: בβ-strand מבנה שניוני מוטיבים שאריות i - שאריות i±2 13 C - 13 C הקשר עלול להראות אותות חזק יותר מאשר אנשי קשר רציף בשל סמיכותם בחלל; בα-הסליל מבנה שניוני מוטיבים שאריות i - שאריות i±3 13 C - 13 C הקשר יכול להוביל גם לאותות אינטנסיבי.
    9. אם ערבוב בינונית PDSD ניסויים באופן סלקטיבי 13 דגימות התווית על-ידי C זמינים, כיסוי אותם על גבי הקשת ערבוב קצר (אם זמין על באופן סלקטיבי 13 לדוגמה התווית על-ידי C) ולהקצות את משלימה פסגות, לוקח בחשבון תיוג סלקטיבי 13 ג דפוס (1, 3 - 13 C ו- 2 - 13 C גליצרול 32 , 33 או 1 - 13 C ו 2 13 ג גלוקוז 29 , 30 , 31.
      הערה: לדוגמה, ב 2 - 13 C גליצרול תווית לדוגמה מספר סוגים של חומצת אמינו מסומנות על העמדה Cα ללא ההעתק סמוכים (Cβ ו- C ') הנקרא, ולכן להעדיף את Cα-Cα העברה בין שאריות סמוכים. בדגימות באופן סלקטיבי שכותרתו, ארוכי טווח 13 C - 13 C מתאמים אולי לבנות כבר ללישת ביניים 13 C - 13 C PDSD ניסויים. אם לשיא לא יכולה להיות מוסברת על ידי מתאם סדרתי, זה יכולים לנבוע איש קשר לטווח ארוך. עבור הורה מאוד הומוגנית יחידה משנית מבנים בהרכבה macromolecular, סט אחד של ושעמומו צפוי להיות גלוי הספקטרום. אם הכפיל את עצמו (או יותר כפול) מגנטיים גלויים עבור 13 C אטומים או חלבון עמוד השדרה נמתח, הייצורים החיים שני (או יותר) האטום או סיום רצף העיקרי בהרכבה, בהתאמה, קיים.
    10. השתמש הקשת NCA 2D המכיל אינטרה-שאריות 15 N - 13 Cα מתאמים כדי לזהות את תדירויות תהודה 15 N עבור כל שאריות. אם הרזולוציה בממד 13 C אינה מספיקה, השתמש במידע משלים על התהודה Cβ NCACB 2D כדי לזהות את תדר תהודה אינטרה-שאריות 15 N.
    11. השתמש 2D NCACB ספקטרה NCACO המכיל אינטרה-שאריות 15 N - 13 C - 13 C מתאמים (i) לזהות את תדירות 15 N אינטרה-שאריות ו (ii) כדי לפתור אי בהירות 13 C - 13 C PDSD עם העזרה של הממד נוספים 15 N. ההיפוך של האות עקב ההעברה החלום מוביל ההתבוננות טיפוסי מתאמים Cα-Cβ אשר האות Cα הוא חיובי, האות Cβ שלילי. עוד צד-שרשרת 13 C, אם גלוי הספקטרום, הן חיוביות שוב.

figure-protocol-3
איור 4: 2-ממדי 13 C - 13 C SSNMR PDSD ניסויים מאוד מסודר, בצורה אחידה 13 ג, 15 חלבון התווית על-ידי N הרכבה. א) קצר ערבוב זמן PDSD (ms 50 ערבוב). B) הקצאה של רצועת 2-שאריות Ile32 - Thr33 באמצעות הכיסוי של הזמן ערבוב קצר PDSD עם זמן ארוך ערבוב PDSD (200 ms ערבוב). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. מבנה שניוני נחישות
    1. להשתמש 13 Cα, 13 Cβ ערכים כימיים shift כדי לחשב את הכימיקל משני משמרת 46 ΔδCα-ΔδCβ , הרומז על מצבה העגום של המבנה משני. לחשב 13 - 13 Cα (סליל אקראיים), 13 Cβ(assigned) - Cα(assigned) 13 Cβ (סליל אקראיים).
      הערה: ניתן להשיג שינוי כימי ערכי עבור שאריות קונפורמציה סליל אקראי מ 38.
      1. מגרש ΔδCα-ΔδCβ, חיובית או שלילית ערכים עבור > שאריות 3 ברציפות מציינים β-strand או קונפורמציה α-הסליל בהתאמה; משקעים גליצין, פרולין עשוי להציג ערכים shift כימי לא רגיל, כמו לעיתים קרובות הם פועלים " מבנה שניוני שוברי ".
    2. לחזות את זוויות דו-מישור חלבון מ המשמרות כימי שהוקצו באמצעות 47 , TALOS + 48 או 49 , PREDITOR 50. זוויות דו-מישור החזוי פי/Psi לשקף את מבנה שניוני של subu חלבוןניט ומשמשים ריסון מבניים כמו לאורך כל התהליך מידול.
  2. אוסף של ריסון מבנית
    1. להגדיר למעלה והקלטה של 2D 13 C - 13 C PDSD הניסוי עם זמן ארוך ערבוב לזהות ארוכי טווח 13 C - 13 C מתאמים. ערבוב טיפוסי פעמים נע בין 400 ms 1 ס להשתמש באופן סלקטיבי דגימות התווית על-ידי C 13, כפי דילול ספין משפר באופן משמעותי את העברת קיטוב בין פחמנים רחוקים.
    2. כיסוי ללישת ארוך 2D 13 C - 13 C PDSD הקליט על מדגם שכותרתו באופן סלקטיבי על גבי ללישת ביניים 13 C - 13 C PDSD, הוקלט במידת האפשר על המדגם באופן סלקטיבי שכותרתו זהה. פסגות משלימה נובעים מתאמים בין אטומים 13 C רחוקים יותר. במהלך המשימה תהודה, לקחת בחשבון את ערכת תיוג סלקטיבית.
    3. להעריך בזהירות את הרזולוציה של הספקטרום להגדרת המשימה סובלנות חלון, קרי תלויים הרזולוציה ספקטרלי מגנטיים בטווח מסוים ppm שזה יכול לתרום האות. סטיית התקן של דיוק ההקצאה מחושבת באופן אוטומטי בתוכניות הקצאה NMR, כגון ניתוח CcpNmr או ספארקי.
    4. אם אות יכולה להיות מוסברת על ידי סדרתי (שאריות של אני - שאריות i±1) או איש קשר לטווח בינוני 13 C - 13 C (שאריות-שאריות אני ± 2, 3 או 4), לשמור על המשימה הזאת מאז קיטוב אוביקטיביות ההעברה יכול להסביר המתאם גם אם המרחק 13 C 13 C - הוא מעל לטווח קשר גלוי הצפוי.
    5. לסווג את ההקצאות אנשי הקשר ארוכי טווח 13 C - 13 C לאותות ברורה וחד משמעית של תדר. במקרה של תדירות הקצאות ברורה וחד משמעית, תהודה אחד בלבד הקצאה אפשרית ביחס לחלון סובלנות הקצאה.
      הערה: הקצאות רב-משמעי להכיל כל ההקצאות תהודה אפשרי בתוך חלון סובלנות. אי בהירות ניתן להעלות בו זמנית במהלך החישוב מבנה על ידי סיבובים איטרטיביים של פירושונים בהתבסס על מבנים ראשוני מחושב באמצעות רק הרצועות ברורה וחד משמעית, כפי שבוצע שגרות חישובית כמו אריה 51 או UNIO 52. יתר על כן, מבני נתונים ממקורות biophysical שונים (למשל מוטציה או תיחתך מבנה יחידת משנה על-ידי פתרון NMR או קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן, מסה-לכל-אורך מדידות, הקפאה-EM מפה) יכול לשמש גם כדי להפחית את רמת העמימות, עבור דוגמאות לראות 1 , 3 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58.
  3. זיהוי של המרחק הבין-מולקולרי ריסון בהרכבה חלבון סימטרית
    1. להגדיר 2D 15 N - 13 C כאב-CP 59 ניסוי מעורב (חצי) U - 15 N - / U - 13 התווית על-ידי C לדוגמה. אותות זוהה מספקטרום כאב-CP צריך לנבוע הבין-מולקולרי 15 N - 13 C proximities. להשתמש את מגנטיים שהוקצו בעבר כדי לבצע את המשימה של אנשי הקשר הבין-מולקולרי.
    2. להגדיר 2D 13 C - 13 C PDSD עם זמן ארוך ערבוב (> 600 ms) ב (חצי) מעורבת (1, 3 - 13 C)-/ (2 - 13 C)-גליצרול או (1 - 13 C)-/ (2 - 13 C)-דוגמת גלוקוזה.
      הערה: אותות זוהה זה ספקטרום 13 C 13 C - נובעים המולקולריים הבין-מולקולרי אינטרה-13 C - 13 C proximities. עם זאת, משלימים את החסר גבוהה של שתי ערכות תיוג מאפשר תהודה מסוים זוגות חד משמעית נובעים הקשר הבין-מולקולרי, למשל סרין CA ב (2 - 13 C)-גלוקוז שכותרתו subunits הקשורות במשדרים סרין ב (1 - 13 C)-גלוקוז שכותרתו subunits. דוגמאות
      1. שכבת-על הספקטרום של המדגם מעורב כדי ספקטרום 13 C 2D 13 C - הוקלט על homogeneously הנקרא ((1,3-13C) - ו (2 - 13 C)-גליצרול או (1 - 13 ג)- ו (2 - 13 C)-גלוקוז מתויג דגימות). סימנים נוספים בספקטרום הקליט על הדגימה מעורב צריכה לנבוע האינטראקציות הבין-מולקולריות.
  4. מבנה מידול נתונים SSNMR
    1. להכין את הרשימות איפוק SSNMR לצורך חישוב מבנה: רצף חלבונים (1); (2) התוך מולקולרית מרחק ברורה וחד משמעית ריסון; (3) ריסון התוך מולקולרית מרחק רב משמעי; (4) זווית דו-מישור TALOS המבוסס על ריסון; (5) הבין-מולקולרי מרחק ברורה וחד משמעית ריסון; (6) ריסון הבין-מולקולרי מרחק רב משמעי; (7) נתונים נוספים טכניקות biophysical אחרות (למשל סימטריה בנפח גדול לכל אורך, פרמטרים).
    2. הדעת מספר לספק תובנות מידול המבנה מבוסס על נתונים SSNMR, יחד עם נתונים מבניים משלימים 14 , 60 , 15 , 19 , 61 , 62 הערה כי האיפוק מרחק רב משמעי יכול להיות יחודיות במהלך חישוב מבנה ביחס המקדים מודלים מבניים בהתבסס על ריסון מרחק ברורה וחד משמעית. כדי להבטיח דיוק מבנה, בזהירות לצפות אם המבנה יתמקד קיפול יחיד.

figure-protocol-4
איור 5 : "אינטרה" - והוא הבין-מולקולרי אנשי קשר בחלבון סימטרי הרכבות. ייצוג סכמטי של אינטרה - לעומת הבין-מולקולרי 13 C - 13 C קשרים ארוכי טווח בהרכבה macromolecular לוליינית. Subunits צבועים לבן ואדום להמחשת תיוג מעורבות של subunits; דהיינו לפני ההרכבה בוצעה תערובת 1:1 של שתי ערכות תיוג שונים (1 - למשל הגלוקוז 13 C ו- 1 - 13 ג גלוקוז). A) התפלגות 13 C - 13 C קשרים ארוכי טווח (חץ מקווקו כחול); ב') הבין-מולקולרי 13 C - 13 C קשרים ארוכי טווח (אדום מקווקו חצים). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

זרימת העבודה SSNMR טיפוסית כוללת מספר שלבים מאויר באיור1. בדרך כלל החלבוניות המיוצר על ידי במבחנה heterologous ביטוי ב e. coli, מטוהרים, התאספו תחת רועד אך לפעמים גם בתנאים סטטי. הביטוי ולטיהור יחידת משנה של חלבונים, מלוות מרחביות ג'ל כרומטוגרפיה (איור 2 א). היווצרות של הרכבות macromolecular ואז יכול להיות מאושרות על ידי ניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים (EM) (ראה איור 2B לקבלת דוגמה של אסיפה filamentous).

לאחר הקדמה של ההרכבה החלבון לתוך הרוטור SSNMR, הרוטור מוכנס לתוך ספקטרומטר, תדירות MAS וטמפרטורה מוסדרים, הספקטרום נרשמים. תובנות הראשון ניתן להשיג על ידי טכניקות SSNMR 1 י. איור 3 מראה FID SSNMR טיפוסי זוהה בערוץ 13C על מדגם הומוגני מבחינה מבנית חלבון, 1H -13ג CP קשת, חושף את מגנטיים13C נוכח הגרעין נוקשה של יחידת משנה של חלבונים ב- הרכבה, 2D 1H -13C מיומן קשת, המייצג את שאריות ניידים. בשביל אטומי תובנות הליבה נוקשה של מבנה ההרכבה, ניסויים SSNMR רב-ממדי צריך להיות מוקלטת על בצורה אחידה, באופן סלקטיבי שכותרתו דגימות כדי להקצות תחילה את ושעמומו SSNMR, ואז לזהות proximities ארוכי טווח (ראה איור 4 ).

הספקטרום מעובדים נותחו בתוכנת נאותה כדי להקצות את ושעמומו SSNMR ואת תמצית אינטרה - ואת המרחק הבין-מולקולרי ריסון (איור 5). הרצועות מרחק SSNMR משמשים גם לבד או בשילוב עם נתונים שיטות משלימות, אשר ניתן לשלב את הסימולטור.

עבור נציג הבראבה מכלולים macromolecular נפתרה על-ידי SSNMR טכניקות איור 6 מדגים מספר הרכבות filamentous תוספות חיידקי, הסיבים עמילואיד.

figure-results-1
איור 6:Filamentous מבנים macromolecular נקבע על ידי בגישה NMR של מצב מוצק: חוטים חיידקי, הסיבים חלבון עמילואיד. A) pilus סוג 1 של uropathogenic e. coli, PDB קוד 2N7H 4; B) עולה נימה, PDB קוד 2N1F 63; C) סוג III הפרשת מערכת מחטים, PDB קודים 2MME, 2LPZ ו- 2MEX 2,3,64; D) בטא עמילואיד AB42 הסיבים, PDB קוד 2NAO, 5KK3, 2MXU 65,66,67 , אוסקה מוטציה PDB קוד 2MVX 57, איווה מוטציה PDB קוד 2MPZ 58; E) הסיבים אלפא-synuclein, 2N0A קוד PDB 68; F) תחום פריון הט-s, PDB קוד 2RNM, 2KJ3 69,70. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NMR solid-state (SSNMR) היא שיטה של בחירה עבור אפיון חלבון macromolecular מכלולים ברמה האטומית. אחד הנושאים המרכזיים בקביעת מבנה המבוסס על SSNMR היא איכות ספקטרלי של המערכת ובדוקים, המאפשר הקמת תלת-ממד מודלים מבניים של דיוק שונים, החל בדרך כלל מודלים ברזולוציה נמוכה (המכיל המשני מבנה קטן נתוני תלת-ממד ורכיבי) כדי מדומים הבראבה תלת-ממד. כמות ואיכות המידע המבני המופק ניסויים SSNMR רב ממדית היא המפתח לחישוב מבנה NMR ברזולוציה גבוהה של ההרכבה.

הפרוטוקול המתואר מסתמך על הגילוי של 13C -13C ו 15N -13C מבניים ריסון הדורשים את ההקלטה של מספר ספקטרה 2D (וגם לפעמים 3D) עם גבוהה אות לרעש. בתדרים MAS מתונה (< 25 קילו-הרץ), המדגם מוחדרים הרוטורים עם גדלים מקוטר 3.2-4 מ מ ומאפשר חלבון בכמויות של עד ~ 50 מ"ג, תלויים הידרציה מדגם. כמות הדגימה בתוך הרוטור היא ביחס ישר את יחס אות לרעש ספקטרה SSNMR, גורם מכריע עבור הגילוי של ריסון ארוכי טווח מרחק והקצאה ברורה וחד משמעית שלהם.

הרזולוציה ספקטרלי הוא פרמטר קריטי במהלך ההקצאה תהודה רציפים ואת האוסף ריסון. כדי להשיג תוצאות אופטימליות, הפרמטרים הכנת המדגם צריך להיות מותאם במיוחד, בפרט הטיהור של יחידת משנה את ואת התנאים הרכבה (pH, מאגר, רועדת, טמפרטורה וכדומה). למיטוב לדוגמה, מומלץ להכין דוגמאות ללא תווית עבור מספר תנאים ברורים אשר נצפתה הרכבה, וכדי להקליט 1D 1H -13ג CP קשת (שמתואר בשלב 2.1) על כל מדגם מוכן. הספקטרום לשרת השווה רזולוציה ספקטרלי ואת פיזור בין ההכנות שונה, המבוססת על אשר ניתן לקבוע את התנאים אופטימליים.

איכות הנתונים SSNMR תלוי בחום על בחירת הפרמטרים רכישה NMR, במיוחד עבור השלבים העברה קיטוב. השימוש של עוצמות שדה מגנטי גבוה (≥600 מגה-הרץ 1H תדירות) חיוני עבור רגישות גבוהה ורזולוציה ספקטרלי, נדרש כאשר מול יעדים מורכבים כגון חלבון macromolecular הרכבות.

גורם מגביל במקרים רבים הוא הזמינות ספקטרומטר. לכן, בחירה הביוספירה הדגימות כדי להיות מוכנים צריך להקדים את ההפעלה ספקטרומטר. בכל מקרה, בצורה אחידה 13C 15מדגם התווית על-ידי N הוא תנאי הכרחי לביצוע המשימה תהודה רציפות ואף התוך שיורית. חלבונים שהוקצה על-ידי טכניקות NMR של מצב מוצק ראה71. מכשור לקביעת קשיות ומבנה macromolecular להרכבות בתדרים MAS מתון מחייבת באופן סלקטיבי דגימות התווית על-ידי ג 13; עבור זיהוי ארוכי טווח 13C -13C ו- 13C -15N יוצר קשר הדגימות מבוסס על 1, 3 -13C - ו 2 -13C-gylcerol או 1 -13ג - ו 2 -13C-גלוקוז תיוג? נפוץ, כמתואר לעיל. הבחירה בין שתי הערכות תיוג מבוסס על יחס אות לרעש ספקטרלי והרזולוציה. כדי להבחין בין אינטרה - ואנשי קשר ארוך הטווח הבין-מולקולרי, מעורבות דגימות שכותרתו מדולל נחשפו יעיל.

בקיצור, השלבים הקריטיים למחקר מבנית SSNMR אטומי הם: (א) הכנת את subunits והצורך הרכבה ניתן למטב כדי להשיג דגימה מעולה ובאיכות, (ii) ספקטרומטר שדה כוח ורכישה פרמטרים צריכים להיות נבחרו בקפידה; (iii) אסטרטגיות תיוג סלקטיבית נדרשים עבור החלטה במבנה התלת-ממדי, כמות הנתונים הנדרשת תלויה איכות הנתונים ואת הזמינות של נתונים משלימים.

למרות את תחולתן למגוון רחב של מערכות סופרא מולקולרית ועד קרום חלבונים homomultimeric ננו-אובייקטים, SSNMR לעיתים קרובות מוגבל על ידי הצורך mg-כמויות של חומר isotopically עם תוויות. ההתפתחויות הטכנולוגיות ב- SSNMR MAS (≥100 kHz) אולטרה מהיר פתוח במעלה השדרה 1H מזוהה NMR, רודיש המגבלה של כמות מינימלית מדגם / sub-mg- 72,-73,-74. למרות זאת, ללימודי מבני נתונים היסטוריים הם דוגמאות התווית על-ידי C 13הכרחי, אשר מגביל את היישום של SSNMR דגימות נאסף במבחנה או מערכות לידי ביטוי המיקרואורגניזמים לשרוד על בינונית מזערי שם בתא SSNMR היא שיטה המתעוררים (עבור הדעת ראו 75,76,77,78).

גורם חשוב ביישום SSNMR להשיג מבנים תלת-ממד ברזולוציה גבוהה הוא הרזולוציה ספקטראליים: מהותי הטרוגניות הסתגלותי בהרכבה יכול להגביל את הרזולוציה ספקטרלי וניתוח ספקטרום. שאריות תיוג ספציפית 13C עשוי במקרים מסוימים לספק אלטרנטיבה לקבל מידע מרחק מסוים על שאריות אסטרטגי על מנת לקבל מודלים מבניים (עבור האחרונות דוגמאות ראה 79,80).

SSNMR לקביעת במבנה התלת-ממדי עדיין דורש האוסף של מספר datasets עם נתונים לעתים קרובות רב פעמים אוסף על מכשירים מתוחכמים, בהתאם את הגישה ואת המערכת מספר ימים עד שבועות ב 600-1000 MHz (תדירות1H) ספקטרומטר. לכן, הגישה ספקטרומטר הזמן יכול להיות גורם מגביל בכל מחקר מעמיק SSNMR.

במקרה של מכלולים חלבון homomultimeric, המוביל SSNMR נתונים באיכות מספיקה כדי לזהות מספר גבוה של ריסון מבניים כגון 3,57,64,70, SSNMR עדיין נותן אין גישה לממדים מיקרוסקופיים. לכן, בקביעת דה נובו SSNMR מבנה אסיפה homomultimeric, אותם או מסה לכל-(הזט ב) נתונים באורך אידיאלי משלימים SSNMR נתונים כדי להפיק את הפרמטרים סימטריה. SSNMR הנתונים לבד לספק את אטומי אינטרה - ממשקים הבין-מולקולרי

SSNMR משלימה ביותר עם טכניקות מבניים כגון EM או הזט ב מדידות, אבל הנתונים באופן מושלם גם יכול להיות משולב עם הבראבה מתקבל על ידי קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן או NMR פתרון על מוטציה או חתוכים subunits. מספר גדל והולך של מחקרים ניתן למצוא בספרות שבו אפשרה המפגש של נתונים מבניים שונים לקביעת אטומי דגמי תלת-ממד מכלולים macromolecular (ראה איור 6 דוגמאות מיצגות).

בתחום הביולוגיה המבנית, SSNMR מתגלה טכניקה מבטיח ללמודהרכבות לא מסיסים, הבלתי גבישי-אטומית רמה, קרי מתן מבני הנתונים את המשקל האטומי. במובן זה, SSNMR הוא התליון פתרון NMR, קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן עבור הרכבות מולקולרית, כולל ממברנה חלבונים בהרכבות שלהם ילידי הסביבה וחלבון כגון מעטפות ויראלי, חיידקי חוטים או amyloids, כמו גם RNA ו- מתחמי RNA-חלבון (ראה לדוגמה81). שלה יישומים רב תכליתי במבחנה בהקשר הסלולר, כגון מעקב אחר שינויים מבניים המשני, שלישוני, רבעוני, לזהות משטחים אינטראקציה עם השותף מולקולות על המשקל האטומי (לדוגמה 82), מיפוי דינמיקה מולקולרית בהקשר של קומפלקסים מורכבים, ציין את הפוטנציאל החשוב של SSNMR במחקרים מבניים עתידיים על מכלולים מורכבים למערכות ביולוגיות.

רכיבM9 בינוני
NaCl0.5 g/L
2פו ח'43 g/L
נה2HPO46.7 g/L
MgSO41 מ מ
ZnCl210 ΜM
FeCl31 ΜM
CaCl2100 ΜM
תערובת ויטמינים MEM 100 X10 מ ל/L
13 C-גלוקוז2 g/L
15 מלון NH4קלרנית1 g/L

טבלה 1: ההרכב של בינוני ביטוי מינימלית של חלבון רקומביננטי ייצור E. coli תאים BL21.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו ממומנת על ידי ANR (13-PDOC-0017-01 ועד B.H. ANR-14-CE09-0020-01 ל א. ל), "השקעות לעתיד" תוכנית IdEx בורדו/CNRS (PEPS 2016 ל B.H.) הפניה ANR-10-IDEX-03-02 כדי B.H., שופכים Fondation la Recherche Médicale ( AJE20140630090 לא. ל), עקרות, התוכנית האיחוד FP7 (האיחוד FP7-אנשים-2013-סיגריה על א. ל) ואת אירופה מחקר המועצה (ERC) תחת של האיחוד האירופי אופק 2020 מחקר וחדשנות התוכנית (ERC החל גרנט על א. ל., ההסכם לא 639020) ופרוייקט " WEAKINTERACT."

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
<חזק>מכשירים
ספקטרומטר NMR (> 11.7 טסלה)ברוקר-תהודה
משולשת MAS SSNMR בדיקה ראש Bruker-SSNMR
4 מ"מBrukerK1910
5804 R Eppendorf5805000629
GeneQuant 1300 ספקטרומטרDutscher28-9182-13
IGS60 INCUBATEUR HERATHERM 75 LDutscher228001
MaxQ 4450 ספסל עליון שייקר מסלוליDutscher78376
צינור אקדח תסיסהDutscher79547
sonopuls HD 3100Bandelin3680
אלקטרופורטור MicroPulserBiorad165-2100 
מערכת תאי טטרה mini-PROTEANBiorad165-8000
AKTA מערכת טהורהGE Healthcare29-0182-24
מיקרומן נימי M25 פיפטגילסון F148502
NameCompanyCatalog NumberComments
Materials
amiconR ultra-15sigmaZ740199-8EA
נימים ובוכנותגילסון 
מריתפישר13263799
שםחברהמספר קטלוגיComments
>Reagents
D-glucose 13C6סיגמא389374
אמוניום-15N-כלורידסיגמא299251
1,3 13C2 גליצרולסיגמא492639
2 13C גליצרולסיגמא489484
קנמיציןסיגמאK1876
קרבניציליןסיגמאC3416
נתרן פוספט דו-בסיסיסיגמאS7907
אשלגן פוספט מונו-בסיסיסיגמאP5655
נתרן כלוריסיגמא71380
סידן כלורידסיגמאC1016
מגנזיום גופרתיסיגמא208094
ברזל כלורידסיגמא157740
אבץ כלורידSigma793523
תמיסת ויטמין MEM (100&)סיגמאM68954
IPTGפישרBP1755
בסיס Trizma SigmaT1503
TricineSigmaT0377
SDSSigma436143
נתרן אזידסיגמא71289
4,4-דימתיל-4-סילפנטן-1-חומצה סולפונית סיגמא178837
שם>חברה>Catalog NumberComments
Softwares
Unicorn 6.3GE HealthcareAkta systems
ccpNMRCCPN מערכות ספקטרומטר
רוטורים צנטריפוגה F148112

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. The NMR-Rosetta capsid model of M13 bacteriophage reveals a quadrupled hydrophobic packing epitope. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (4), 971-976 (2015).">Morag, O., Sgourakis, N. G., Baker, D., Goldbourt, A. The NMR-Rosetta capsid model of M13 bacteriophage reveals a quadrupled hydrophobic packing epitope. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (4), 971-976 (2015).
  2. Atomic model of the type III secretion system needle. Nature. 486 (7402), 276-279 (2012).">Loquet, A., et al. Atomic model of the type III secretion system needle. Nature. 486 (7402), 276-279 (2012).
  3. High-resolution structure of the Shigella type-III secretion needle by solid-state NMR and cryo-electron microscopy. Nat Commun. 5 (4976), (2014).">Demers, J. P., et al. High-resolution structure of the Shigella type-III secretion needle by solid-state NMR and cryo-electron microscopy. Nat Commun. 5 (4976), (2014).
  4. Hybrid Structure of the Type 1 Pilus of Uropathogenic Escherichia coli. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (40), 11691-11695 (2015).">Habenstein, B., et al. Hybrid Structure of the Type 1 Pilus of Uropathogenic Escherichia coli. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (40), 11691-11695 (2015).
  5. Structure of the amantadine binding site of influenza M2 proton channels in lipid bilayers. Nature. 463 (7281), 689-692 (2010).">Cady, S. D., et al. Structure of the amantadine binding site of influenza M2 proton channels in lipid bilayers. Nature. 463 (7281), 689-692 (2010).
  6. Structure of the chemokine receptor CXCR1 in phospholipid bilayers. Nature. 491 (7426), 779-783 (2012).">Park, S. H., et al. Structure of the chemokine receptor CXCR1 in phospholipid bilayers. Nature. 491 (7426), 779-783 (2012).
  7. Probing a cell-embedded megadalton protein complex by DNP-supported solid-state NMR. Nat Methods. 12 (7), 649-652 (2015).">Kaplan, M., et al. Probing a cell-embedded megadalton protein complex by DNP-supported solid-state NMR. Nat Methods. 12 (7), 649-652 (2015).
  8. Solid-state NMR spectroscopy structure determination of a lipid-embedded heptahelical membrane protein. Nat Methods. 10 (10), 1007-1012 (2013).">Wang, S., et al. Solid-state NMR spectroscopy structure determination of a lipid-embedded heptahelical membrane protein. Nat Methods. 10 (10), 1007-1012 (2013).
  9. Signal transduction by a fungal NOD-like receptor based on propagation of a prion amyloid fold. PLoS Biol. 13 (2), e1002059(2015).">Daskalov, A., et al. Signal transduction by a fungal NOD-like receptor based on propagation of a prion amyloid fold. PLoS Biol. 13 (2), e1002059(2015).
  10. Identification of a novel cell death-inducing domain reveals that fungal amyloid-controlled cell death is related to necroptosis. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2016).">Daskalov, A., et al. Identification of a novel cell death-inducing domain reveals that fungal amyloid-controlled cell death is related to necroptosis. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2016).
  11. The RIP1/RIP3 necrosome forms a functional amyloid signaling complex required for programmed necrosis. Cell. 150 (2), 339-350 (2012).">Li, J., et al. The RIP1/RIP3 necrosome forms a functional amyloid signaling complex required for programmed necrosis. Cell. 150 (2), 339-350 (2012).
  12. The amyloid state and its association with protein misfolding diseases. Nat Rev Mol Cell Biol. 15 (6), 384-396 (2014).">Knowles, T. P., Vendruscolo, M., Dobson, C. M. The amyloid state and its association with protein misfolding diseases. Nat Rev Mol Cell Biol. 15 (6), 384-396 (2014).
  13. Cell Biology of Prions and Prionoids: A Status Report. Trends Cell Biol. 26 (1), 40-51 (2016).">Aguzzi, A., Lakkaraju, A. K. Cell Biology of Prions and Prionoids: A Status Report. Trends Cell Biol. 26 (1), 40-51 (2016).
  14. Solid-state NMR: An emerging technique in structural biology of self-assemblies. Biophys Chem. , (2015).">Habenstein, B., Loquet, A. Solid-state NMR: An emerging technique in structural biology of self-assemblies. Biophys Chem. , (2015).
  15. The structure of fibrils from 'misfolded' proteins. Curr Opin Struct Biol. 30, 43-49 (2015).">Meier, B. H., Bockmann, A. The structure of fibrils from 'misfolded' proteins. Curr Opin Struct Biol. 30, 43-49 (2015).
  16. Solid state NMR and protein-protein interactions in membranes. Curr Opin Struct Biol. 23 (6), 919-928 (2013).">Miao, Y., Cross, T. A. Solid state NMR and protein-protein interactions in membranes. Curr Opin Struct Biol. 23 (6), 919-928 (2013).
  17. Advanced solid-state NMR approaches for structure determination of membrane proteins and amyloid fibrils. Acc Chem Res. 46 (9), 2080-2088 (2013).">Tang, M., Comellas, G., Rienstra, C. M. Advanced solid-state NMR approaches for structure determination of membrane proteins and amyloid fibrils. Acc Chem Res. 46 (9), 2080-2088 (2013).
  18. Solid-state NMR-based approaches for supramolecular structure elucidation. Acc Chem Res. 46 (9), 2037-2046 (2013).">Weingarth, M., Baldus, M. Solid-state NMR-based approaches for supramolecular structure elucidation. Acc Chem Res. 46 (9), 2037-2046 (2013).
  19. Structural investigations of molecular machines by solid-state NMR. Acc Chem Res. 46 (9), 2070-2079 (2013).">Loquet, A., Habenstein, B., Lange, A. Structural investigations of molecular machines by solid-state NMR. Acc Chem Res. 46 (9), 2070-2079 (2013).
  20. Probing structure and dynamics of protein assemblies by magic angle spinning NMR spectroscopy. Acc Chem Res. 46 (9), 2047-2058 (2013).">Yan, S., Suiter, C. L., Hou, G., Zhang, H., Polenova, T. Probing structure and dynamics of protein assemblies by magic angle spinning NMR spectroscopy. Acc Chem Res. 46 (9), 2047-2058 (2013).
  21. Molecular structures of amyloid and prion fibrils: consensus versus controversy. Acc Chem Res. 46 (7), 1487-1496 (2013).">Tycko, R., Wickner, R. B. Molecular structures of amyloid and prion fibrils: consensus versus controversy. Acc Chem Res. 46 (7), 1487-1496 (2013).
  22. Membrane protein structure and dynamics from NMR spectroscopy. Annu Rev Phys Chem. 63, 1-24 (2012).">Hong, M., Zhang, Y., Hu, F. Membrane protein structure and dynamics from NMR spectroscopy. Annu Rev Phys Chem. 63, 1-24 (2012).
  23. High-Resolution Three-Dimensional Solid-state NMR Spectroscopy of a Uniformly 15N-Labeled Protein. J Am Chem Soc. 117, 12348-12349 (1995).">Jelinek, R., Ramamoorthy, A., Opella, S. J. High-Resolution Three-Dimensional Solid-state NMR Spectroscopy of a Uniformly 15N-Labeled Protein. J Am Chem Soc. 117, 12348-12349 (1995).
  24. Bicelle-enabled structural studies on a membrane-associated cytochrome B5 by solid-state MAS NMR spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 47 (41), 7864-7867 (2008).">Xu, J., et al. Bicelle-enabled structural studies on a membrane-associated cytochrome B5 by solid-state MAS NMR spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 47 (41), 7864-7867 (2008).
  25. The magic of bicelles lights up membrane protein structure. Chem Rev. 112 (11), 6054-6074 (2012).">Durr, U. H., Gildenberg, M., Ramamoorthy, A. The magic of bicelles lights up membrane protein structure. Chem Rev. 112 (11), 6054-6074 (2012).
  26. Probing the transmembrane structure and topology of microsomal cytochrome-p450 by solid-state NMR on temperature-resistant bicelles. Sci Rep. 3, 2556(2013).">Yamamoto, K., et al. Probing the transmembrane structure and topology of microsomal cytochrome-p450 by solid-state NMR on temperature-resistant bicelles. Sci Rep. 3, 2556(2013).
  27. Probing the transmembrane structure and dynamics of microsomal NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase by solid-state NMR. Biophys J. 106 (10), 2126-2133 (2014).">Huang, R., et al. Probing the transmembrane structure and dynamics of microsomal NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase by solid-state NMR. Biophys J. 106 (10), 2126-2133 (2014).
  28. Solid-state NMR reveals structural and dynamical properties of a membrane-anchored electron-carrier protein, cytochrome b5. J Am Chem Soc. 129 (21), 6670-6671 (2007).">Durr, U. H., Yamamoto, K., Im, S. C., Waskell, L., Ramamoorthy, A. Solid-state NMR reveals structural and dynamical properties of a membrane-anchored electron-carrier protein, cytochrome b5. J Am Chem Soc. 129 (21), 6670-6671 (2007).
  29. Determination of multiple phi-torsion angles in proteins by selective and extensive (13)C labeling and two-dimensional solid-state NMR. J Magn Reson. 139 (2), 389-401 (1999).">Hong, M. Determination of multiple phi-torsion angles in proteins by selective and extensive (13)C labeling and two-dimensional solid-state NMR. J Magn Reson. 139 (2), 389-401 (1999).
  30. Fractional 13C enrichment of isolated carbons using [1-13C]- or [2- 13C]-glucose facilitates the accurate measurement of dynamics at backbone Calpha and side-chain methyl positions in proteins. J Biomol NMR. 38 (3), 199-212 (2007).">Lundstrom, P., et al. Fractional 13C enrichment of isolated carbons using [1-13C]- or [2- 13C]-glucose facilitates the accurate measurement of dynamics at backbone Calpha and side-chain methyl positions in proteins. J Biomol NMR. 38 (3), 199-212 (2007).
  31. 13C spin dilution for simplified and complete solid-state NMR resonance assignment of insoluble biological assemblies. J Am Chem Soc. 133 (13), 4722-4725 (2011).">Loquet, A., Lv, G., Giller, K., Becker, S., Lange, A. 13C spin dilution for simplified and complete solid-state NMR resonance assignment of insoluble biological assemblies. J Am Chem Soc. 133 (13), 4722-4725 (2011).
  32. Structure of a protein determined by solid-state magic-angle-spinning NMR spectroscopy. Nature. 420 (6911), 98-102 (2002).">Castellani, F., et al. Structure of a protein determined by solid-state magic-angle-spinning NMR spectroscopy. Nature. 420 (6911), 98-102 (2002).
  33. Assigning large proteins in the solid state: a MAS NMR resonance assignment strategy using selectively and extensively 13C-labelled proteins. J Biomol NMR. 44 (4), 245-260 (2009).">Higman, V. A., et al. Assigning large proteins in the solid state: a MAS NMR resonance assignment strategy using selectively and extensively 13C-labelled proteins. J Biomol NMR. 44 (4), 245-260 (2009).
  34. Characterization of different water pools in solid-state NMR protein samples. J Biomol NMR. 45 (3), 319-327 (2009).">Bockmann, A., et al. Characterization of different water pools in solid-state NMR protein samples. J Biomol NMR. 45 (3), 319-327 (2009).
  35. Protein NMR spectroscopy, principles and practice. , Academic. San Diego. (1996).">Cavanagh, J., Fairbrother, W. J., Palmer, A. G., Skelton, N. J. Protein NMR spectroscopy, principles and practice. , Academic. San Diego. (1996).
  36. Nuclear Double Resonance in the Rotating Frame. Phys Rev. 128 (5), 2042-2053 (1962).">Hartman, S. R., Hahn, E. L. Nuclear Double Resonance in the Rotating Frame. Phys Rev. 128 (5), 2042-2053 (1962).
  37. Further conventions for NMR shielding and chemical shifts IUPAC recommendations 2008. Solid State Nucl Magn Reson. 33 (3), 41-56 (2008).">Harris, R. K., et al. Further conventions for NMR shielding and chemical shifts IUPAC recommendations 2008. Solid State Nucl Magn Reson. 33 (3), 41-56 (2008).
  38. Probability-based protein secondary structure identification using combined NMR chemical-shift data. Protein Sci. 11 (4), 852-861 (2002).">Wang, Y., Jardetzky, O. Probability-based protein secondary structure identification using combined NMR chemical-shift data. Protein Sci. 11 (4), 852-861 (2002).
  39. Computer-Optimized Scheme for Wideband Applications and Low-Level Operation. J Magn Reson. 64, 547-552 (1985).">Shaka, A. J., Baker, P. B., Freeman, R. Computer-Optimized Scheme for Wideband Applications and Low-Level Operation. J Magn Reson. 64, 547-552 (1985).
  40. http://bmrb.wisc.edu/ (2017).">BMRB - Biological Magnetic Resonance Bank. , http://bmrb.wisc.edu/ (2017).
  41. Observation of Spin Exchange by Two-Dimensional Fourier-Transform C-13 Cross Polarization-Magic-Angle Spinning. J Magn Reson. 47, 462-475 (1982).">Szeverenyi, N. M., Sullivan, M. J., Maciel, G. E. Observation of Spin Exchange by Two-Dimensional Fourier-Transform C-13 Cross Polarization-Magic-Angle Spinning. J Magn Reson. 47, 462-475 (1982).
  42. Cross polarization in the tilted frame: assignment and spectral simplification in heteronuclear spin systems. Mol Phys. 95 (5), 1197-1207 (1998).">Baldus, M., Petkova, A. T., Herzfeld, J., Griffin, R. G. Cross polarization in the tilted frame: assignment and spectral simplification in heteronuclear spin systems. Mol Phys. 95 (5), 1197-1207 (1998).
  43. Adiabatic dipolar recoupling in solid-state NMR: the DREAM scheme. J Magn Reson. 150 (1), 81-99 (2001).">Verel, R., Ernst, M., Meier, B. H. Adiabatic dipolar recoupling in solid-state NMR: the DREAM scheme. J Magn Reson. 150 (1), 81-99 (2001).
  44. http://www.ccpn.ac.uk/software/analysis (2017).">CcpNmr Analysis — Collaborative Computational Project for NMR. , http://www.ccpn.ac.uk/software/analysis (2017).
  45. https://www.cgl.ucsf.edu/home/sparky/ (2017).">Sparky - NMR Assignment and Integration Software. , https://www.cgl.ucsf.edu/home/sparky/ (2017).
  46. Secondary chemical shifts in immobilized peptides and proteins: a qualitative basis for structure refinement under magic angle spinning. J Biomol NMR. 20 (4), 325-331 (2001).">Luca, S., et al. Secondary chemical shifts in immobilized peptides and proteins: a qualitative basis for structure refinement under magic angle spinning. J Biomol NMR. 20 (4), 325-331 (2001).
  47. http://spin.niddk.nih.gov/bax/software/TALOS/ (2017).">TALOS+: Prediction of Protein Backbone Torsion Angles from NMR Chemical Shift. , http://spin.niddk.nih.gov/bax/software/TALOS/ (2017).
  48. SPARTA+: a modest improvement in empirical NMR chemical shift prediction by means of an artificial neural network. J Biomol NMR. 48 (1), 13-22 (2010).">Shen, Y., Bax, A. SPARTA+: a modest improvement in empirical NMR chemical shift prediction by means of an artificial neural network. J Biomol NMR. 48 (1), 13-22 (2010).
  49. http://wishart.biology.ualberta.ca/shiftor/ (2017).">SHIFTOR Dihedral angles from chemical shifts and homology. , http://wishart.biology.ualberta.ca/shiftor/ (2017).
  50. PREDITOR: a web server for predicting protein torsion angle restraints. Nucleic Acids Res. 34 (Web Server issue), W63-W69 (2006).">Berjanskii, M. V., Neal, S., Wishart, D. S. PREDITOR: a web server for predicting protein torsion angle restraints. Nucleic Acids Res. 34 (Web Server issue), W63-W69 (2006).
  51. ARIA for solution and solid-state NMR. Methods Mol Biol. 831, 453-483 (2012).">Bardiaux, B., Malliavin, T., Nilges, M. ARIA for solution and solid-state NMR. Methods Mol Biol. 831, 453-483 (2012).
  52. Comprehensive automation for NMR structure determination of proteins. Methods Mol Biol. 831, 429-451 (2012).">Guerry, P., Herrmann, T. Comprehensive automation for NMR structure determination of proteins. Methods Mol Biol. 831, 429-451 (2012).
  53. beta-Helical architecture of cytoskeletal bactofilin filaments revealed by solid-state NMR. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (2), E127-E136 (2015).">Vasa, S., et al. beta-Helical architecture of cytoskeletal bactofilin filaments revealed by solid-state NMR. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (2), E127-E136 (2015).
  54. Structure determination of helical filaments by solid-state NMR spectroscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (3), E272-E281 (2016).">He, L., et al. Structure determination of helical filaments by solid-state NMR spectroscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (3), E272-E281 (2016).
  55. High-resolution membrane protein structure by joint calculations with solid-state NMR and X-ray experimental data. J Biomol NMR. 51 (3), 227-233 (2011).">Tang, M., et al. High-resolution membrane protein structure by joint calculations with solid-state NMR and X-ray experimental data. J Biomol NMR. 51 (3), 227-233 (2011).
  56. Molecular structural basis for polymorphism in Alzheimer's beta-amyloid fibrils. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (47), 18349-18354 (2008).">Paravastu, A. K., Leapman, R. D., Yau, W. M., Tycko, R. Molecular structural basis for polymorphism in Alzheimer's beta-amyloid fibrils. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (47), 18349-18354 (2008).
  57. Atomic-resolution three-dimensional structure of amyloid beta fibrils bearing the Osaka mutation. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (1), 331-335 (2015).">Schutz, A. K., et al. Atomic-resolution three-dimensional structure of amyloid beta fibrils bearing the Osaka mutation. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (1), 331-335 (2015).
  58. Modeling an in-register, parallel "iowa" abeta fibril structure using solid-state NMR data from labeled samples with rosetta. Structure. 23 (1), 216-227 (2015).">Sgourakis, N. G., Yau, W. M., Qiang, W. Modeling an in-register, parallel "iowa" abeta fibril structure using solid-state NMR data from labeled samples with rosetta. Structure. 23 (1), 216-227 (2015).
  59. Proton assisted insensitive nuclei cross polarization. J Am Chem Soc. 129 (4), 728-729 (2007).">Lewandowski, J. R., De Paepe, G., Griffin, R. G. Proton assisted insensitive nuclei cross polarization. J Am Chem Soc. 129 (4), 728-729 (2007).
  60. How to tackle protein structural data from solution and solid state: An integrated approach. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 92-93, 54-70 (2016).">Carlon, A., et al. How to tackle protein structural data from solution and solid state: An integrated approach. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 92-93, 54-70 (2016).
  61. Solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy for membrane protein structure determination. Methods Mol Biol. 1261, 331-347 (2015).">Judge, P. J., Taylor, G. F., Dannatt, H. R., Watts, A. Solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy for membrane protein structure determination. Methods Mol Biol. 1261, 331-347 (2015).
  62. Recent advances in magic angle spinning solid state NMR of membrane proteins. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 82, 1-26 (2014).">Wang, S., Ladizhansky, V. Recent advances in magic angle spinning solid state NMR of membrane proteins. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 82, 1-26 (2014).
  63. Structure and assembly of the mouse ASC inflammasome by combined NMR spectroscopy and cryo-electron microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (43), 13237-13242 (2015).">Sborgi, L., et al. Structure and assembly of the mouse ASC inflammasome by combined NMR spectroscopy and cryo-electron microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (43), 13237-13242 (2015).
  64. Atomic structure and handedness of the building block of a biological assembly. J Am Chem Soc. 135 (51), 19135-19138 (2013).">Loquet, A., et al. Atomic structure and handedness of the building block of a biological assembly. J Am Chem Soc. 135 (51), 19135-19138 (2013).
  65. Atomic-resolution structure of a disease-relevant Abeta(1-42) amyloid fibril. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (34), E4976-E4984 (2016).">Walti, M. A., et al. Atomic-resolution structure of a disease-relevant Abeta(1-42) amyloid fibril. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (34), E4976-E4984 (2016).
  66. Atomic Resolution Structure of Monomorphic Abeta42 Amyloid Fibrils. J Am Chem Soc. 138 (30), 9663-9674 (2016).">Colvin, M. T., et al. Atomic Resolution Structure of Monomorphic Abeta42 Amyloid Fibrils. J Am Chem Soc. 138 (30), 9663-9674 (2016).
  67. Abeta(1-42) fibril structure illuminates self-recognition and replication of amyloid in Alzheimer's disease. Nat Struct Mol Biol. 22 (6), 499-505 (2015).">Xiao, Y., et al. Abeta(1-42) fibril structure illuminates self-recognition and replication of amyloid in Alzheimer's disease. Nat Struct Mol Biol. 22 (6), 499-505 (2015).
  68. Solid-state NMR structure of a pathogenic fibril of full-length human alpha-synuclein. Nat Struct Mol Biol. 23 (5), 409-415 (2016).">Tuttle, M. D., et al. Solid-state NMR structure of a pathogenic fibril of full-length human alpha-synuclein. Nat Struct Mol Biol. 23 (5), 409-415 (2016).
  69. Amyloid fibrils of the HET-s(218-289) prion form a beta solenoid with a triangular hydrophobic core. Science. 319 (5869), 1523-1526 (2008).">Wasmer, C., et al. Amyloid fibrils of the HET-s(218-289) prion form a beta solenoid with a triangular hydrophobic core. Science. 319 (5869), 1523-1526 (2008).
  70. Atomic-resolution three-dimensional structure of HET-s(218-289) amyloid fibrils by solid-state NMR spectroscopy. J Am Chem Soc. 132 (39), 13765-13775 (2010).">Van Melckebeke, H., et al. Atomic-resolution three-dimensional structure of HET-s(218-289) amyloid fibrils by solid-state NMR spectroscopy. J Am Chem Soc. 132 (39), 13765-13775 (2010).
  71. http://www.bmrb.wisc.edu/data_library/solidstate.shtml (2017).">BMRB Solid-state NMR entries. , http://www.bmrb.wisc.edu/data_library/solidstate.shtml (2017).
  72. Solid-state NMR of a protein in a precipitated complex with a full-length antibody. J Am Chem Soc. 136 (48), 16800-16806 (2014).">Lamley, J. M., et al. Solid-state NMR of a protein in a precipitated complex with a full-length antibody. J Am Chem Soc. 136 (48), 16800-16806 (2014).
  73. De novo 3D structure determination from sub-milligram protein samples by solid-state 100 kHz MAS NMR spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (45), 12253-12256 (2014).">Agarwal, V., et al. De novo 3D structure determination from sub-milligram protein samples by solid-state 100 kHz MAS NMR spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (45), 12253-12256 (2014).
  74. NMR Spectroscopic Assignment of Backbone and Side-Chain Protons in Fully Protonated Proteins: Microcrystals, Sedimented Assemblies, and Amyloid Fibrils. Angew Chem Int Ed Engl. 55 (50), 15504-15509 (2016).">Stanek, J., et al. NMR Spectroscopic Assignment of Backbone and Side-Chain Protons in Fully Protonated Proteins: Microcrystals, Sedimented Assemblies, and Amyloid Fibrils. Angew Chem Int Ed Engl. 55 (50), 15504-15509 (2016).
  75. Characterization of membrane protein function by solid-state NMR spectroscopy. Curr Opin Struct Biol. 27, 48-55 (2014).">Baker, L. A., Baldus, M. Characterization of membrane protein function by solid-state NMR spectroscopy. Curr Opin Struct Biol. 27, 48-55 (2014).
  76. In-cell NMR: a topical review. IUCrJ. 4 (Pt 2), 108-118 (2017).">Luchinat, E., Banci, L. In-cell NMR: a topical review. IUCrJ. 4 (Pt 2), 108-118 (2017).
  77. Live cell NMR. Annu Rev Biophys. 43, 171-192 (2014).">Freedberg, D. I., Selenko, P. Live cell NMR. Annu Rev Biophys. 43, 171-192 (2014).
  78. Looking into live cells with in-cell NMR spectroscopy. J Struct Biol. 158 (2), 244-253 (2007).">Selenko, P., Wagner, G. Looking into live cells with in-cell NMR spectroscopy. J Struct Biol. 158 (2), 244-253 (2007).
  79. Antiparallel beta-sheet architecture in Iowa-mutant beta-amyloid fibrils. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (12), 4443-4448 (2012).">Qiang, W., Yau, W. M., Luo, Y., Mattson, M. P., Tycko, R. Antiparallel beta-sheet architecture in Iowa-mutant beta-amyloid fibrils. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (12), 4443-4448 (2012).
  80. Experimentally derived structural constraints for amyloid fibrils of wild-type transthyretin. Biophys J. 101 (10), 2485-2492 (2011).">Bateman, D. A., Tycko, R., Wickner, R. B. Experimentally derived structural constraints for amyloid fibrils of wild-type transthyretin. Biophys J. 101 (10), 2485-2492 (2011).
  81. RNA structure determination by solid-state NMR spectroscopy. Nat Commun. 6, 7024(2015).">Marchanka, A., Simon, B., Althoff-Ospelt, G., Carlomagno, T. RNA structure determination by solid-state NMR spectroscopy. Nat Commun. 6, 7024(2015).
  82. The amyloid-Congo red interface at atomic resolution. Angew Chem Int Ed Engl. 50 (26), 5956-5960 (2011).">Schutz, A. K., et al. The amyloid-Congo red interface at atomic resolution. Angew Chem Int Ed Engl. 50 (26), 5956-5960 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Solid State NMRMacromolecular AssembliesIsotope LabelingMagic Angle SpinningProtein Filament AssemblyCP ExperimentPDSD ExperimentResonance AssignmentDistance RestraintsStructural Modeling

Related Articles