Bis-3-chloropiperidines (B-CePs) הן בדיקות כימיות שימושיות לזיהוי ואפיון מבני G-quadruplex בתבניות DNA במבחנה. פרוטוקול זה מפרט את ההליך לביצוע תגובות חיטוט עם B-CePs ולפתרון תוצרי תגובה על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד ברזולוציה גבוהה.
מאמר שיטה
Bis-3-chloropiperidines (B-CePs) הן בדיקות כימיות שימושיות לזיהוי ואפיון מבני G-quadruplex בתבניות DNA במבחנה. פרוטוקול זה מפרט את ההליך לביצוע תגובות חיטוט עם B-CePs ולפתרון תוצרי תגובה על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד ברזולוציה גבוהה.
G-quadruplexes (G4s) הם מבני DNA רלוונטיים ביולוגית, לא קנוניים, הממלאים תפקיד חשוב בביטוי גנים ובמחלות, ומייצגים מטרות טיפוליות משמעותיות. נדרשות שיטות נגישות לאפיון במבחנה של DNA בתוך רצפים פוטנציאליים יוצרי G-quadruplex (PQS). B-CePs הם סוג של סוכני אלקילציה שהוכחו כבדיקות כימיות שימושיות לחקר המבנה מסדר גבוה יותר של חומצות גרעין. מאמר זה מתאר בדיקת מיפוי כימית חדשה המנצלת את התגובתיות הספציפית של B-CePs עם N7 של גואנינים, ואחריה פיצול גדילים ישיר ב-Gs האלקילציה.
כלומר, כדי להבדיל בין קפלי G4 לבין צורות דנ"א פתוחות, אנו משתמשים ב-B-CeP 1 כדי לחקור את האפטמר קושר התרומבין (TBA), דנ"א של 15 מר המסוגל להניח את סידור G4. תגובה של גואנינים מגיבי B-CeP עם B-CeP 1 מניבה מוצרים שניתן לפתור על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד ברזולוציה גבוהה (PAGE) ברמת נוקלאוטיד יחיד על ידי איתור צינורות אלקילציה בודדים ומחשוף גדילי DNA בגואנינים האלקילטים. מיפוי באמצעות B-CePs הוא כלי פשוט ורב-עוצמה לאפיון במבחנה של רצפי DNA יוצרי G-quadruplex, המאפשר מיקום מדויק של גואנינים המעורבים בהיווצרות G-tetrads.
בנוסף לסליל הכפול הטיפוסי של ווטסון-קריק, חומצות גרעין יכולות לאמץ מבנים משניים שונים, כגון צורת G-quadruplex (G4) החלופית, בשל הרצפים העשירים בגואנין. מבנה G4 מבוסס על היווצרות טטרמרים מישוריים, הנקראים G-tetrads, שבהם ארבעה גואנינים מתקשרים באמצעות קשרי מימן Hoogsteen. G-tetrads מוערמים ומיוצבים עוד יותר על-ידי קטיונים חד-ערכיים המתואמים במרכז ליבת הגואנין (איור 1)1.

איור 1: ייצוג סכמטי של מבנה G-quadruplex. (A) ייצוג סכמטי של G-tetrad. המערך המישורי מיוצב על ידי זיווג בסיס Hoogsteen ועל ידי קטיון מרכזי (M+). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
רצפים עם ארבע ריצות או יותר של לפחות שני נוקלאוטידים עוקבים של גואנין הם רצפים פוטנציאליים יוצרי G-quadruplex (PQSs) שיכולים להתקפל במבני G-quadruplex. PQS ממוקמים בהקשרים תאיים רבים ושונים, כגון בטלומרים, מקדמי גנים, דנ"א ריבוזומלי ואתרי רקומבינציה, והם מעורבים בוויסות תהליכים ביולוגיים רבים2. לפיכך, הזיהוי והאימות הניסיוני של G4s בגנום האנושי, המבוצע כיום בעיקר באמצעות כלים חישוביים, הוא נושא רלוונטי מבחינה ביולוגית3. על מנת לתמוך בתחזיות חישוביות או לזהות מבני G4 בלתי צפויים, מוצגת כאן שיטה נגישה המבוססת על מיפוי כימי לזיהוי היווצרות G4 בתבנית DNA, המאפשרת זיהוי מדויק של גואנינים המרכיבים את מבנה G-tetrad.
בדיקת המיפוי הכימי המדווחת מנצלת את התגובתיות השונה של bis-3-chloropiperidines (B-CePs) עם גואנינים לאחר היווצרות מבני G4. בשל תגובתם הגבוהה לנוקלאופילים 4,5,6,7,8,9, B-CePs הם חומרים אלקילטים של חומצות גרעין עם היכולת להגיב ביעילות רבה עם מיקום N 7 של נוקלאוטידים גואנין10. אלקילציה מלווה בדפורינציה ובפיצול גדילים במבני DNA חד-גדיליים ודו-גדילים. נהפוך הוא, הגואנינים המעורבים בהיווצרות הטטרדות G בסידורי G4 אטומים לאלקילציה B-CeP, שכן מיקום N7 של גואנינים מעורב בקשרי המימן של Hoogsteen. תגובתיות ספציפית זו של B-CePs מאפשרת לא רק זיהוי של מבני G4, אלא גם זיהוי של הגואנינים המרכיבים את הטטרדים, כפי שניתן להסיק מהם מההגנה היחסית שלהם מפני אלקילציה בהשוואה לגואנינים בדנ"א חד-גדילי ודו-גדילי.
פרוטוקול המיפוי הכימי מדווח כאן באמצעות B-CeP 1 (איור 2A) כבדיקה לאפיון של אפטמר קושר טרומבין (TBA), דנ"א של 15 מר המסוגל להניח את סידור G4 בנוכחות קטיונים של אשלגן11,12. סידור G4 של TBA (G4-TBA) מושווה ישירות לשני פקדים, כלומר TBA בצורה חד-גדילית (ssTBA) ו-TBA מחושל לרצף המשלים שלו כדי ליצור את המבנה הדו-גדילי (dsTBA) (טבלה 1). תוצרים של תגובות חיטוט נפתרים על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד ברזולוציה גבוהה (PAGE) ברמת הנוקלאוטיד היחיד על ידי איתור צינורות אלקילציה בודדים ומחשוף גדילי DNA בגואנינים האלקילטים. הדמיה על הג'ל מתאפשרת על ידי הצמדה של אוליגונוקלאוטיד TBA עם פלואורופור בקצה 3 אינץ' שלו (טבלה 1). פרוטוקול זה מראה כיצד לקפל TBA בקונפורמציות השונות שלו (G4 ובקרות), וכיצד לבצע תגובות חיטוט עם B-CePs ואחריו PAGE.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. חומצת גרעין והכנת בדיקה כימית
טבלה 1: מבנים אוליגונוקלאוטידים המשמשים בפרוטוקול זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
2. קיפול מבנים של חומצות גרעין
3. חיטוט בתגובות
הערה: חיטוט בתגובות חייב להיעשות מיד לאחר הליך קיפול מחדש בחום.
טבלה 2: דגימות לתגובות החיטוט (מבנים, ריכוזי בדיקה וזמן דגירה). כל ערכת עמודות מתאימה לשלושת תנאי הקיפול השונים של TBA (G4-TBA, ssTBA ו-dsTBA). כל שורה מתאימה לשלושה זמני דגירה שונים (1, 4, 15 שעות). כל תא בתוך העמודה מתאים לריכוז הסופי של בדיקת B-CeP 1 (5 או 50 מיקרומטר). הבקרה (C) עבור כל קבוצה מתאימה למדגם של TBA מקופל שונה מודגר במשך זמן רב יותר (15 שעות) בהיעדר תרכובת. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
4. דף ברזולוציה גבוהה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 2 מראה תוצאה מייצגת של בדיקת מיפוי כימי שבוצעה, כפי שמתואר בפרוטוקול עם B-CeP 1 על אוליגונוקלאוטיד TBA המקופל בשלושה מבנים שונים. סידור G-quadruplex של TBA (G4-TBA) התקבל על ידי קיפול האוליגונוקלאוטיד ב-BPE ובנוכחות קטיון K+, בעוד שהצורה החד-גדילית של אותו רצף TBA (ssTBA) קופלה בהיעדר אשלגן. המבנה הדו-גדילי (dsTBA) הוכן על ידי חישול TBA לרצף המשלים שלו במאגר BPE. ריכוז סופי של 5 או 50 מיקרומטר של B-CeP 1 הגיב עם דגימות של 2 מיקרומטר של G4-TBA (נתיבים שמאליים של איור 2B), ssTB...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
G-quadruplexes הם מבנים משניים של חומצות גרעין המתקפלים בדרך כלל בתוך רצפי DNA עשירים בגואנין, והם מטרות מחקר משמעותיות בגלל הקשר שלהם עם בקרה גנטית ומחלות. מיפוי כימי על ידי B-CePs הוא פרוטוקול שימושי לאפיון DNA G4s, אשר יכול לשמש לזיהוי בסיסי גואנין המעורבים בהיווצרות G-tetrads בתנאי מלח פיזיולוגיים.
הגשושית הכימית שמשתמשים בה בפרוטוקול הזה היא B-CeP 1 (איור 2A), אשר, על-ידי תגובה ספציפית עם N7 של גרעיני גואנין, יכולה להבחין בין הגואנינים שמעורבים בהיוו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי המחלקה למדעי התרופות והפרמקולוגיות, אוניברסיטת פדובה (PRIDJ-BIRD2019).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| תמיסת אקרילאמיד/ביס-אקרילאמיד 40% | Applichem | A3658 | R45-46-20/21-25-36/38-43-48/23/ 24/25-62 |
| אמוניום פר-סולפט (APS) | סיגמא אולדריץ' | A7460 | |
| איזון אנליטי | מטלר טולדו | ||
| אוטוקלאב | pbi בינלאומי | ||
| חומצה בורית | סיגמא אולדריץ' | B0252 | |
| ברומופנול כחול מבריק R | Sigma Aldrich | B0149 | |
| di-נתרן מימן פוספט dodecahydrate | Fluka | 71649 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | 276855 | |
| DNA אוליגונוקלאוטידים | טכנולוגיות DNA משולבות | סינתזה של רצפים מותאמים | |
| EDTA דיסודיום | סיגמא אולדריץ' | E5134 | |
| פורממיד | פלוקה | 40248 | H351-360D-373 |
| מצלמת ג'ל | GE Healtcare | STORM B40 | |
| גליצרול | סיגמא אולדריץ' | G5516 | |
| צינורות מיקרו 0.5 מ"ל | Sarstedt | 72.704 | |
| אשלגן כלורי | סיגמא אולדריץ' | P9541 | |
| מכשיר ריצוף | ביומטרה | דגם S2 | |
| תמיסת סילניזציה I | Fluka | 85126 | H225, 314, 318, 336, 304, 400, 410 |
| נתרן פוספט מונו-בסיסי | Carlo Erba | 480086 | |
| רכז Speedvac | Thermo Scientific | Savant DNA 120 | |
| TEMED | Fluka | 87689 | R11-21/22-23-34 |
| Tris-HCl | MERCK | 1.08387.2500 | |
| אוריאה | סיגמא אולדריץ' | 51456 | |
| ספקטרופוטומטר UV-Vis | Thermo Scientific | Nanodrop 1000 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה