פרוטוקול זה מדגים את פעילות המלווה של חלבון הלם חום 70 (Hsp70). תאי E. coli dnaK756 משמשים כמודל לבדיקה מכיוון שהם מכילים Hsp70 ילידי ולקוי תפקודית, מה שהופך אותם רגישים ללחץ חום. המבוא ההטרולוגי של Hsp70 פונקציונלי מציל את חוסר הצמיחה של התאים.
Method Article
פרוטוקול זה מדגים את פעילות המלווה של חלבון הלם חום 70 (Hsp70). תאי E. coli dnaK756 משמשים כמודל לבדיקה מכיוון שהם מכילים Hsp70 ילידי ולקוי תפקודית, מה שהופך אותם רגישים ללחץ חום. המבוא ההטרולוגי של Hsp70 פונקציונלי מציל את חוסר הצמיחה של התאים.
חלבון הלם חום 70 (Hsp70) הוא חלבון שמור המאפשר קיפול של חלבונים אחרים בתוך התא, מה שהופך אותו למלווה מולקולרי. בעוד Hsp70 אינו חיוני עבור תאי E. coli הגדלים בתנאים רגילים, מלווה זה הופך להיות חיוני לצמיחה בטמפרטורות גבוהות. מאחר ש-Hsp70 שמור מאוד, אחת הדרכים לחקור את תפקוד המלווה של גנים מסוג Hsp70 ממינים שונים היא לבטא אותם באופן הטרולוגי בזני E. coli שחסרים ב-Hsp70 או לבטא Hsp70 מקורי שנפגע מבחינה תפקודית. תאי E. coli dnaK756 אינם מסוגלים לתמוך בדנ"א של λ בקטריופאג'. יתר על כן, Hsp70 (DnaK) המקומי שלהם מציג פעילות ATPase מוגברת תוך הפגנת זיקה מופחתת ל- GrpE (גורם חילופי נוקלאוטידים Hsp70). כתוצאה מכך, תאי E. coli dnaK756 גדלים כראוי בטמפרטורות הנעות בין 30 °C (75 °F) ל 37 °C (75 °F), אך הם מתים בטמפרטורות גבוהות (>40 °C). מסיבה זו, תאים אלה משמשים מודל לחקר פעילות המלווה של Hsp70. במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול מפורט ליישום תאים אלה לביצוע בדיקת השלמה, המאפשרת לחקור את פונקציית מלווה הצלולו של Hsp70.
חלבוני הלם חום ממלאים תפקיד חשוב כמלווים מולקולריים בכך שהם מסייעים לקיפול חלבונים, מונעים צבירת חלבונים והופכים קיפול שגוישל חלבונים 1,2. חלבון הלם חום 70 (Hsp70) הוא אחד המלווים המולקולריים הבולטים ביותר, הממלא תפקיד מרכזי בהומאוסטזיס של חלבון 3,4. DnaK הוא E. coli Hsp70 homologue5.
בדיקות ביופיזיקליות, ביוכימיות ומבוססות תאים שונות פותחו כדי לחקור את פעילות המלווה של Hsp70 ולסנן מעכבים המכוונים למלווה זה 6,7,8. Hsp70 הוא חלבון שמור מאוד. מסיבה זו, מספר Hsp70s של אורגניזמים אאוקריוטים, כגון פלסמודיום falciparum (הסוכן העיקרי של מלריה), דווחו כתחליף לתפקוד DnaK ב- E. coli 6,9. בדרך זו, פותחה בדיקת השלמה מבוססת E. coli הכוללת את הביטוי ההטרולוגי של Hsp70s ב- E. coli כדי לחקור את הפונקציה cytoprotective שלהם. בדרך כלל, בדיקה זו כוללת ניצול של תאי E. coli אשר חסרים עבור DnaK או המבטאים DnaK מקורי כי הוא בסכנה תפקודית. בעוד DnaK אינו חיוני לצמיחת E. coli בתנאים רגילים, הוא הופך להיות חיוני כאשר התאים גדלים בתנאים מלחיצים כגון טמפרטורות גבוהות או צורות אחרות של מתח10,11.
זני E. coli שפותחו כדי לחקור את תפקוד Hsp70 באמצעות בדיקת השלמה כוללים E. coli dnaK103 (BB2393 [C600 dnaK103(Am) thr::Tn10]) ו- E. coli dnaK756. תאי E. coli dnaK103 מייצרים DnaK קטוע שאינו מתפקד, וככזה, התאים גדלים כראוי ב 30 ° C, בעוד הזן רגיש לקור ומתח חום12,13. באופן דומה, זן E. coli dnaK756/BB2362 (dnaK756 recA::TcR Pdm1,1) אינו גדל מעל 40°C14,15. זן E. coli dnaK756 מבטא DnaK טבעי מוטנטי (DnaK756) המאופיין בשלושה תחליפי גליצין לאספרטט במיקומים 32, 455 ו-468, מה שגורם לתוצאות פרוטאוסטטיות בסיכון. כתוצאה מכך, זן זה עמיד בפני בקטריופאג' λ DNA14. בנוסף, E. coli dnaK756 מציג פעילות ATPase מוגברת, בעוד זיקתו לגורם חילופי הנוקלאוטידים, GrpE, מופחתת16. אי קולי זנים מוטנטיים של DnaK משמשים כמודלים אידיאליים לחקר פעילות המלווה של Hsp70 באמצעות גישת השלמה. מאחר ש-DnaK חיוני רק בתנאי לחץ, בדיקת ההשלמה מתבצעת בדרך כלל בטמפרטורות גבוהות (איור 1). כמה יתרונות של שימוש E. coli עבור מחקר זה כוללים גנום מאופיין היטב, צמיחה מהירה, ואת העלות הנמוכה של גידול ותחזוקה17.
במאמר זה, אנו מתארים בפירוט פרוטוקול הכולל שימוש בתאי E. coli dnaK756 כדי לחקור את הפונקציה של Hsp70. ה-Hsp70s בהם השתמשנו בבדיקה הם מסוג פרא DnaK והנגזרת הכימרית שלו, KPf (המורכבת מתחום ATPase של DnaK המאוחה לתחום קשירת המצע C-terminal של Plasmodium falciparum Hsp70-1 6,18). KPf-V436F התבטא באופן הטרולוגי כבקרה שלילית, שכן המוטציה למעשה חוסמת אותו ממצע קשירה, ובכך מבטלת את פעילות המלווה שלו9.
1. טרנספורמציה
הערה: השתמש בכלי זכוכית סטריליים לתרבית, קצוות פיפטה ומדיה טרייה ואוטומטית. הכינו תרביות של תאי E. coli ב-2x שמרים טריפטון (YT) [1.6% טריפטון (w/v), 1% תמצית שמרים (w/v), 0.5% NaCl (w/v), 1.5% אגר (w/v)] אגר. ריאגנטים כלליים המשמשים בפרוטוקול ומקורותיהם מובאים בטבלת החומרים.
2. ציפוי תאים
3. אישור ביטוי של חלבונים רקומביננטיים
4. ניתוחי SDS-PAGE ו-Western Blot
איור 2 מציג תמונה של האגר הסרוק המכיל תאים שנצפו וגודלו בתרבית בטמפרטורת גידול מתירנית של 37°C ו-43.5°C, בהתאמה. בצד ימין של איור 2, רכיבי הכתם המערבי שנכרתו מייצגים את הביטוי של DnaK, KPf ו-KPf-V436F בתאי E. coli dnaK756. כצפוי, כל תאי E. coli dnaK756 בתרבית בטמפרטורת גידול מתירנית של 37 מעלות צלזיוס הצליחו לגדול. אולם בתנאי גידול לא מתירניים של 43.5 מעלות צלזיוס, רק תאים המבטאים באופן הטרולוגי DnaK ו-KPf הצליחו לגדול, כפי שדווח קודם לכן 6,9,20 (איור 2). מצד שני, תאים המבטאים KPf-V436F גדלו רק ב 37 ° C אבל לא הצליחו לגדול ב 43.5 ° C. זה מדגים כי DnaK ו- KPf הצליחו לשחזר את פגם הגדילה של תאי E. coli dnaK756 בתנאי עקת חום. הכישלון של תאים המבטאים באופן הטרולוגי KPf-V436F לתמוך בצמיחת תאים בטמפרטורה של 43.5 מעלות צלזיוס מדגים את חוסר תפקוד המלווה של חלבון זה. בהקשר זה, KPf-V436F משמש חלבון שליטה שלילי אידיאלי.

איור 1: עקרון בדיקת ההשלמה באמצעות תאי E. coli dnaK756 כדי לחקור את תפקוד המלווה של חלבונים בעלי ביטוי הטרולוגי. E. coli dnaK756 מבטא חלבון DnaK756 מקומי שאינו מסוגל להגן על התאים מפני עקת חום. החדרת Hsp70 הטרולוגי פונקציונלי מציל את התאים ממוות בחשיפה לעקת חום. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: בדיקת לוחות השלמה המדגימה את היכולות של DnaK ו-KPf להגן על תאי E. coli dnaK756 מפני עקת חום. התאים שעברו טרנספורמציה גודלו בתרבית בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס (טמפרטורת גידול מתירנית) ו-43.5 מעלות צלזיוס (טמפרטורת גדילה לא מתירנית). התאים עברו סטנדרטיזציה וצופו כדילולים סדרתיים. 'N' מסמל 'מסודר', המייצג את המקום הראשון המורכב מתאים לא מדוללים. בצד ימין קיצוני נמצאות כריתות הכתם המערבי המייצגות ביטוי של שלושת החלבונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הפרוטוקול מדגים את התועלת של תאי E. coli dnaK756בחקר תפקוד המלווה של Hsp70 מבוטא באופן הטרולוגי. בדיקה זו יכולה להיות מאומצת כדי לסנן מעכבים המכוונים לתפקוד Hsp70 בצלולו. עם זאת, מגבלה אחת של שיטה זו היא כי Hsp70s שאינם מסוגלים להחליף DnaK ב E. coli אינם תואמים לבדיקה זו. חוסר שינוי לאחר תרגום21 של כמה Hsp70s שאינם ילידי עשוי להסביר את חוסר התפקוד שלהם בתוך מערכת E. coli . בדיקת השלמה מבוססת שמרים22 עשויה לענות על חלק מהחסרונות של הבדיקה מבוססת E. coli.
מספר שלבים מרכזיים חיוניים להבטחת תוצאות הניתנות לשחזור. אלה כוללים הבטחה כי רק תאים שהשתנו על ידי מבנה פלסמיד בהתאמה משמשים במהלך הציפוי. בנוסף, חשוב למנוע זיהום של התרבות לאורך כל השלבים. יתר על כן, מכיוון שתאי E . coli DnaK לחוצים רגישים לנימה מוגזמת10, חשוב להימנע מרעד נמרץ במהלך התרבית, שכן זן פיזי זה מקדם נימה נרחבת. תאים מנוממים יתר על המידה נותנים קריאות גדילה כוזבות גבוהות יותר ב- OD600, מה שמוביל להערכת יתר של צמיחת התרבית ומשפיע לרעה על סטנדרטיזציה של תאים לפני הציפוי. למרות Hsp70 אינו חיוני לצמיחה E. coli בתנאים רגילים, תאים חסרים חלבון זה רגישים ללחץ10. מסיבה זו, תאי E. coli dnaK756 גדלים הרבה יותר לאט לאחר טרנספורמציה או במהלך ההתאוששות שלהם ממלאי גליצרול. בנוסף, הם רגישים מאוד לתנודות טמפרטורה. לכן, חשוב להימנע מפתיחת דלת האינקובטור ברגע שמניחים את צלחות האגר המצופות בפנים עד שהגיע הזמן לראות את הצלחות.
נתוני הכתם המערבי חשובים כדי לאשר את הביטוי של חלבוני Hsp70 רקומביננטיים בהתאמה בתאי E. coli dnaK756. כישלון לבטא את החלבון המתאים מוביל לתוצאה שלילית שגויה עבור תאים הגדלים תחת טמפרטורת גידול לא מתירנית.
למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים או ניגודי עניינים אחרים.
העבודה נתמכה באמצעות מענק שהתקבל מהמרכז הבינלאומי להנדסה גנטית וביוטכנולוגיה (ICGEB), HDI/CRP/012, מנהל המחקר של אוניברסיטת ונדה, מענק I595, המחלקה למדע וחדשנות (DSI) וקרן המחקר הלאומית (NRF) של דרום אפריקה (מספרי מענקים, 75464 ו-92598) שהוענקו ל-AS.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 2-&בטא;-מרקפטואתנול | סיגמא-אולדריץ' | 8,05,740 | מרכיב לטעינת דגימה |
| צבע חומצה אצטית | Labchem | 101005125 | מרכיב של מעכב |
| אקרילאמיד | סיגמא-אולדריץ' | 8008300100 | רכיב של SDS |
| Agar | Merck | HG000BX1.500 | מרכיב של בדיקת גידול בינונית ונוזלית |
| אגרוז | ביולוגיה | מולקולרית מוסמכת 14131031 מדעי חכם | |
| אמוניום פרסולפט | סיגמא-אולדריץ' | 101875295 | רכיב עבור ג'ל SDS-PAGE |
| Ampicillin | VWR International | 0339—EU— | אנטיביוטיקה סלקטיבית |
| Bis | Sigma-aldrich | 1015460100 | רכיב של SDS |
| Bromophenol | Sigma-Aldrich | 0449-25G | מרכיב לטעינת דגימה צבע |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | להכנת תאים מוכשרים |
| Coomassie כחול מבריק | VWR International | 443293X | SDS-PAGE צבע |
| נתרן פוספט דו-בסיסי | סיגמא-אולדריץ' | RB10368 | מרכיב של מאגר PBS |
| ECL | Thermofischer Scientific | 32109 | מגיב לזיהוי כתמים מערביים |
| אתידיום ברומיד | Thermofischer Scientific | 17898 | צבע אינטרקלציה DNA |
| גליצרול | Merck | SAAR2676520L | מרכיב לטעינת דגימה צבע |
| גליצין | VWR International | 10119CU | רכיב של SDS |
| IPTG | Glentham life sciences | 162IL | משרה |
| Kanamycin | Melford | K0126 | אנטיביוטיקה סלקטיבית |
| מגנזיום כלוריד | Merck | SAAR4123000EM | מרכיב של בדיקת גידול בינונית ונוזלית |
| מתנול | Labchem | 113140129 | מרכיב של מעכב |
| אשלגן פוספט מונו-בסיסי | Merck | 1,04,87,30,250 | מרכיב מאגר PBS |
| פפטון | Merck | HG000BX4.250 | מרכיב של בדיקת גידול בינונית ונוזלית |
| אשלגן כלורי | Merck | SAAR5042020EM | מרכיב PBS |
| buffer ממברנת PVDF | Thermofischer scientific | PB7320 | קרום כתם מערבי |
| נתרן כלורי | Merck | SAAR5822320EM | מרכיב של בדיקת גידול בינונית ונוזלית |
| נתרן דודציל סולפט | VWR International | 108073 | לפתרון חלבונים מבוטאים |
| הפרדות | Spectramax iD3 | 373705019 | קורא צלחות אוטומטי |
| TEMED | VWR international | ACRO420580500 | רכיב של ג'ל SDS |
| טטרציקלין | Duchefa ביוכימיה | T0150.0025 | אנטיביוטיקה סלקטיבית |
| Tris | VWR International | 19A094101 | רכיב של ג'ל SDS |
| Tween20 | Merck | SAAR3164500XF | מרכיב עבור מאגר כביסה מערבי |
| תא העברה מערבי | Thermofisher Scientific | PB0112 | העברת חלבון לקרום ניטרוצלולוז |
| תמצית שמרים | Merck | HG000BX6.500 | מרכיב של בדיקת גידול בינונית ונוזלית |
| ונוגדני אלפא;-DnaK | Inqaba | BK CAC09317 | נוגדן ראשוני |
| ונוגדני אלפא;-ארנב | Thermofischer scientific | 31460 | נוגדן משני |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission