リガンドアッセイの微小径径毛管作用(DRaCALA)は、ORFeomeライブラリを使用して生物の小さなリガンド結合タンパク質を同定するために使用できます。
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リガンドアッセイの微小径径毛管作用(DRaCALA)は、ORFeomeライブラリを使用して生物の小さなリガンド結合タンパク質を同定するために使用できます。
過去10年間、細菌生理学における小信号分子の理解は大きく進歩しています。特に、いくつかのヌクレオチド由来二次メッセンジャー(NSM)の標的タンパク質を体系的に同定し、モデル生物で研究されている。これらの成果は、主に、これらの小分子の標的タンパク質を体系的に同定するために使用されたリガンドアッセイ(DRaCALA)の捕獲化合物技術および微分径状毛細管作用を含むいくつかの新しい技術の開発によるものです。本論文では、DRaCALA技術の例及びビデオデモとして、NSM、グアノシンペンタおよびテトラリン酸(p)ppGppの使用について説明する。DRaCALAを用いて、(p)ppGppの20個の既知および12個の新しい標的タンパク質のうち9個がモデル生物 のエシェリヒア・コリ K-12で同定され、このアッセイの力を実証した。DRaCALAは、原理的に、放射性同位体や蛍光色素によって標識できる小さなリガンドの研究に使用できます。この手法のさらなる応用のために、DRaCALA の重要なステップ、長所、および短所について説明します。
細菌は、絶えず変化する環境1、2に適応するために、いくつかの小さなシグナル伝達分子を使用しています。例えば、オートインデューサーは、N-アシルホモセリンラクトンおよびそれらの改変オリゴペプチドと、集団行動を調整するために細菌間の細胞間通信を仲介し、クォーラムセンシング2として知られる現象である。小シグナル伝達分子の別のグループは、NSMであり、広く研究された環状アデノシン一リン酸(cAMP)、環状ジAMP、環状ジグアノシン一リン酸(環状ジGMP)、およびグアノシンペンタおよびテトラリン酸(p)ppGpp1を含む。細菌は、さまざまな異なるストレス状態に対する応答としてこれらのNSMを産生する。いったん産生されると、これらの分子は標的タンパク質に結合し、遭遇したストレスに対処し、細菌の生存を高めるためにいくつかの異なる生理学的および代謝経路を調節する。したがって、標的タンパク質の同定は、これらの小分子の分子機能を解読するための避けられない前提条件である。
過去10年間、これらの小さなシグナル伝達分子に関する知識のブームを目の当たりにしてきました, 主にこれらの小分子の標的タンパク質を発表したいくつかの技術革新.これらには、この論文で議論されるリガンドアッセイ(DRaCALA)6の捕捉化合物技術3、4、5、および微分径状毛細管作用が含まれる。
2011年6年にヴィンセント・リーと同僚によって発明されたDRaCALAは、ニトロセルロース膜の能力を、タンパク質結合リガンドを差し違いに隔離するために展開しています。タンパク質などの分子はニトロセルロース膜に拡散できず、NSMなどの小さなリガンドは拡散することができます。NSM(例えば、ppGpp)を検査するタンパク質と混合し、膜上でそれらを発見することによって、2つのシナリオが期待できる(図1):(p)ppGppがタンパク質に結合した場合、放射標識された(p)ppGppはタンパク質によってスポットの中央に保持され、外側に拡散せず、激しいドットを与える( 強い放射性信号)リンイメージャーの下で。しかし、(p)ppGppがタンパク質に結合しない場合、放射能シグナルの背景が均一な大きなスポットを作り出すために、自由に外側に拡散する。
さらに、DRaCALAは、タンパク質が十分な量で存在する場合、細胞全体のライセートにおける小分子と未精製タンパク質との相互作用を検出することができる。このシンプルさは、ORFeome発現ライブラリを使用して、タンパク質標的を迅速に同定する際にDRaCALAを使用することを可能にする。実際、cAMP7、環状di-AMP8、環状ジGMP9、10、および(p)ppGpp11、12、13の標的タンパク質は、DRaCALAを用いて系統的に同定されている。このビデオ記事では、(p)ppGpp を例として、DRaCALA スクリーニングを成功させるために重要な手順と考慮事項を示し、説明します。DRaCALA14の詳細については、DRaCALA を実行する前に、この記事と組み合わせて読むことを強くお勧めします。

図1: ドラカラの原理(A) DRaCALAアッセイの概略図詳細については、テキストを参照してください。(B) 結合分数の定量化と計算。詳細については、テキストを参照してください。簡単に言えば、DRaCALAスポットは、スポット全体と内側の暗い点(すなわち、試験されたタンパク質の結合に起因する保持(p)ppGpp)を囲む2つの円を描くことによって分析される。特定結合信号は、非特異的なバックグラウンド信号を減算した後の内円(S1)の放射性信号(((S2-S ×1)/(A2-A1))で計算された非特異的なバックグラウンド信号(((S2-S1)/(A2-A1)です。 結合分率は、特定の結合信号を全放射性信号で割った(S2)。略語: DRaCALA = リガンドアッセイの差動ラジアル毛細管作用;(p)ppGpp =グアノシンペンタ-およびテトラリン酸塩;RT = 室温。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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1. 細胞全体のライセートの調製
2. Relセク とGppAの精製
注:レンサ球菌の等価性体と大腸菌K-12のGppAの組換えタンパク質Relseqは、それぞれ放射標識pppGppとppGppを合成するために使用されます。
3. 32PラベルのpppGppとppGppの合成
| ボリューム(μL) | ||
| 小規模 | 大幅 | |
| 純水 | ||
| 10x Relseq バッファ* | 2 | 50 |
| ATP(8mM決勝) | ||
| レル・セク(4 μ M決勝) | ||
| 32P-α-グアノシン三リン酸 (GTP) (最終 120 nM) (注意) | 0.2 | 5 |
| トータル | 20 | 500 |
表1:32P標識pppGppの小規模および大規模合成反応の組み立て情報*10x Relseqバッファには、250 mM Tris-HCl、pH 8.6が含まれています。1M NaCl;80 mM MgCl2.略語: pppGpp = グアノシン五タン酸。
4. (p)ppGppの標的タンパク質のDRaCALAスクリーニング
5. 潜在的標的タンパク質の定量と同定

図2:DRaCALAスクリーニングプロセスの全体的なワークフロー大腸菌ASKAコレクションからのタンパク質産生が誘導され、細胞が細胞を取り除きます。一方、組換えタンパク質Relseq-HisとGppA-Hisは精製され、32P-α-GTPから32P標識pppGppおよびppGppを合成するために使用されます。放射性標識(p)ppGpp分子は、その後、ライゼートと混合され、96ピンツールは、その後の蛍光体の貯蔵画面への暴露、イメージング、および放射性信号の定量のためにニトロセルロース膜上の混合物を発見するために使用されます。略語: DRaCALA = リガンドアッセイの差動ラジアル毛細管作用;(p)ppGpp =グアノシンペンタ-およびテトラリン酸塩;RT = 室温;IPTG = イソプロピル β-d-1-チオガラクトピラノシド;GTP = グアノシン 5'-三リン酸;SDS-PAGE = ドデシルスルフェート -ポリアクリルアミドゲル電気泳動;TLC = 薄層クロマトグラフィー。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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上記のプロトコルに従うと、通常は2種類の結果が得られます(図3)。
図3Aは、大部分のウェルからのバックグラウンド結合信号(0.025<結合分率)が比較的低いプレートを示す。ウェルH3からの正の結合シグナルは、他のウェルに対して観察されたものよりもはるかに高い〜0.35の結合分率を与える。定量化がなくても、H3が顕著であり、H3の良い値で発現する標的タンパク質が、pppGpp、ppGpp、またはその両方に結合することを示唆している。実際に、H3ウェルで過剰発現するタンパク質は、(p)ppGpp12,16と結合することが知られている低酸素リンリン酸化転移酵素Hptである。
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DRaCALAスクリーニングを行う上で重要なステップの1つは、良好な全細胞のライセートを得る。まず、試験されたタンパク質を大量に、可溶性の形態で産生すべきである。第二に、細胞のリシスは完全であり、そして、リセートの粘度は最小限でなければならない。リソザイムの包含と凍結融解の3サイクルの使用は、多くの場合、細胞を完全にライゼするのに十分です。しかし、放出された染色体DNAは、ライセートを粘性にし、高いバックグラウンド結合シグナルを生成し、図3B,Cに示すように偽陽性をもたらす。これを軽減するために、S.マルセセンスからのDNase 1および/またはエンドヌクレアーゼを使用することができ、サンプルはDNAを分解するためにより長い時間インキュベートすることができます。
陰性(空のプラスミドベクター)と陽性(既知の標的タンパク質)コントロールの両方を使用して、大規模スクリーニングを行う前に、全細胞ライセート調製法およびDRaCALA結合アッセイの条件を最適化する必要があります。こ...
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著者らは開示する利益相反を持っていません。
この研究は、YEZへのNNFプロジェクトグラント(NNF19OC0058331)と、MLSへのマリー・スクウォトフスカ・キュリー交付金協定(Nº 801199)に基づく欧州連合(EU)のホライゾン2020研究・イノベーションプログラムによって支援されています。

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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 32P-α-GTP | Perkinelmer | BLU006X250UC | |
| 96 x ピン ツール | V&P Scientific | VP 404 | 96 Bolt Replicator, on 9 mm center, 4.2 mm Bolt Diameter, 24 mm long |
| 96-well V-bottom Microtiter plate | Sterilin | MIC9004 | Sterilin Microplate V Well 611V96 |
| Agar | OXOID - Thermo Fisher | LP0011 | Agar no. 1 |
| ASKA collection | strain NBRP, Shigen, JAPAN | 参照:DNA研究、第12巻、第5号、2005年、291ページ、299ページ。https://doi.org/10.1093/dnares/dsi012 | |
| Serratia marcescens から遺伝子操作されたエンドヌクレアーゼ | SIGMA | E1014-25KU | |
| Bradford Protein Assay Dye | Bio-Rad | 5000006 | Reagent Concentrate |
| DMSO | SIGMA | D8418 | ≥99.9% |
| DNase 1 | SIGMA | DN25-1G | |
| gel filtration10x300 column | GE Healthcare | 28990944 | 防腐剤として20%エタノールが含まれています |
| Glycerol | PanReac AppliChem | 122329.1214 | 用グリセロール 87% |
| Hypercassette | Amersham | RPN 11647 | 20 x 40 cm |
| Imidazole | SIGMA | 56750 | puriss. p.a.,≥99.5% (GC) |
| IP Storage 蛍光体スクリーン | FUJIFILM | 28956474 | BAS-MS 2040 20x 40 cm |
| イソプロピル &β;-d-1-チオガラクトピラノシド (IPTG) | SIGMA | I6758 | イソプロピル &β;-D-チオガラクトシド |
| リゾジェニーブロス (LB) | Invitrogen - Thermo Fisher | 12795027 | Miller's LB Broth Base |
| Lysozyme | SIGMA | L4949 | 鶏の卵白から。BioUltra、凍結乾燥粉末、≥98% |
| MgCl2 (塩化マグネシウム) | SIGMA | 208337 | |
| MilliQ 水 | 超純水 | ||
| マルチチャンネルピペット | Thermo Scientific | 4661110 | F1 - クリップチップ; 1-10 ul, 8 x channels |
| NaCl | VWR Chemicals | 27810 | AnalaR NORMAPUR, ACS, Reag. Ph. Eur. |
| Ni-NTA アガロース | キアゲン | 30230 | |
| ニトロセルロースブロッティングメンブレン | アマシャム プロトラン | 10600003 プレミアム 0.45 um 300 mm x 4 m | |
| PBS | オキソイド - サーモフィッシャー | BR0014G | リン酸緩衝生理食塩水 (ダルベッコ A)、錠剤 |
| PEG3350 (ポリエチレングリコール 3350) | シグマ | 202444 | |
| フェニルメチルスルホニルフッ化物 (PMSF) | シグマ | 93482 | フェニルメタンスルホニルフッ化物溶液 - 0.1 M エタノール (T) |
| 蛍光体イメージャー | GE Healthcare | 28955809 | Typhoon FLA-7000 蛍光体イメージャー |
| ピペットチップ、フィルター付き | Thermo Scientific | 94410040 | ClipTip 12.5 μl 非滅菌 |
| ポリプレップクロマトグラフィーカラム | Bio-Rad | 7311550 | ポリプロピレンクロマトグラフィーカラム |
| プロテアーゼ阻害剤 Mini | Pierce | A32955 | 錠剤、EDTAフリー |
| スクリューキャップチューブ | Thermo Scientific | 3488 | Microcentifuge チューブ、スクリューキャップ付き 2.0 ml、スクリューキャップ付き 2.0 ml、非滅菌 |
| SLS 96 ディープウェルプレート | Greiner | 780285 | MASTERBLOCK、2 ML、PP、V-Bottom, Natural |
| Spin column | Millipore | UFC500396 | Amicon Ultra -0.5 ml Centrifugal Filters |
| Thermomixer | Eppendorf | 5382000015 | Thermomixer C |
| TLC plate (PEI-cellulose F TLC plates) | Merck Millipore | 105579 | DC PEI-cellulose F (20 x 20 cm) |
| Tris | SIGMA | BP152 | Tris Base for Molecular Biology |
| Tween 20 | SIGMA | P1379 | 粘性非イオン性洗剤 |
| &β;-メルカプトエタノール | SIGMA | M3148 | 99% (GC/滴定) |
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