Name: シンプルで堅牢、かつ高スループットの単一分子 DNA 分子の輸送を研究するためのストレッチ法の実装を流れ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 5 s
Description: 学ぶ単一分子フローストレッチングアッセイを用いたDNA上の分子輸送の高スループット解析法。バイオチン標識ラムダDNA調製、PEG機能化カバースリップ、TIRFイメージングによる軌跡追跡で、1次元拡散定数の正確な推定を実現します。

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初期計測セットアップとテスト支援、トニー Kulesa、ロビン カークパ トリックとエバンゲロス Gatzogiannis に感謝します。我々 はさらに重要な助けを書くとトラッキング ソフトウェア カスタマイズされた単一粒子を評価いただきトニー Kulesa をありがちましょう。この作品は、スタートアップ資金とバローズ Wellcome 財団から (PCB) に科学的なインターフェイスでキャリア賞を受賞によって支持されました。

1 ビオチン λ DNA の準備 注: ビオチン λ DNA の分子はビオチン標識オリゴヌクレオチド、5 を縛ることにより作製した &#39;-AGGTCGCCGCCC(A) 20 - ビオチン - 3 &#39; に。Λ DNA 分子 20。
<ol><li>準備 0.1 mM ビオチン標識オリゴ TE バッファーで</li>。
	<li>60 65 ° C で熱 0.5 mg/mL λ DNA 株式 s およびすぐに濡れた氷に突入 。
	注: 高速急冷 λ DNA concatemerization を低減します</li>。
	<li>微量遠心チューブに λ DNA の解決のピペット 100 μ L.</li>
	<li>TE バッファーの 9 μ L に 0.1 mM oligo の追加 1 μ L.</li>
	<li>Λ DNA を含む遠心チューブにオリゴ ソリューションの追加 2 μ L。ミックス徹底的 。
	注: オリゴが相補的な λ DNA の端に約 12-fold モル過剰に存在します</li>。
	<li>60 65 ° C で λ DNA/オリゴの混合物を熱 s.</li>
	<li>はゆっくりと部屋の温度に混合物を冷却します 。
	注: この手順により、相補的な λ DNA の端にアニールするオリゴ</li>。
	<li>は、氷の上の混合物を配置します。T4 DNA リガーゼ反応バッファーの 11 μ L を追加 (最後のバッファー濃度 1 x)。優しく混ぜます。T4 DNA リガーゼの酵素の 2 μ L (800 台) を追加します。優しく混ぜる</li>。
	<li>2 h、16 ° C または一晩 4 の混合物をインキュベート ° C</li>
	<li>は、遠心フィルター チューブを用いた 100 kDa の分子の公称重量制限製品を浄化します。具体的には、遠心フィルター チューブおよび 14,000 x g で 5 分間遠心にステップ 1.9 混合物を転送、400 μ L TE バッファーで 2 回洗浄、精製された製品を収集します 。
	注: として精製ビオチン-λ-Dna TE バッファーで、1 年間、-20 ° C で安定した</li>。
</ol> 2。Coverslip 機能化 注: ガラス coverslips はシラン-ペグ-ビオチンとの反応による官能基化します。このワンステップ反応プロトコルは、単純な標準の 2 段階反応プロトコル 20 我々 の経験でより信頼性の高いです。Coverslip 機能化シラン-ペグ-ビオチンとストレプトアビジン結合部位を作成し、非特異的な DNA と coverslip 表面へのタンパク質の吸着を最小限に抑えます。
<ol><li>Sonicate 5 号 1 coverslips 汚損の内 95% エタノールに 10 分間 jar し、3 回純水で洗い流しします 。
	注: 5 番目の coverslip 破損の場合スペアを提供します</li>。
	<li>1 M コで染色の瓶を埋める、10 分間超音波し、3 回純水で洗い流しします</li>。
	<li>2.1 2.2 サイクルを 2 回繰り返します</li>。
	<li>乾燥きれいな乾いた N 2 ガス流 coverslips</li>。
	<li>さらにきれいにし 5 分間 900 mTorr 圧空気プラズマ処理を適用することによって coverslips を乾燥</li>
	<li>25 mg/mL シラン-ペグ-ビオチン具体的には 2 のため室温で 95% エタノールに溶解と coverslips を孵化、2 つのきれいな乾いた coverslips 間 50 μ L シラン-ペグ-ビオチン ソリューションをサンドイッチ、インキュベート、coverslip &#34; サンドイッチ &#34;(coverslips) 接触していない下部に水の約 10 mL の閉じたピペット チップ ボックスの内側溶媒蒸発を最小限にします</li>。
	<li>洗い流す純水とペグ コーティング下 coverslips きれいなドライ余分な PEG 分子乾燥 N 2 ガス流れ 。
	注: 官能 coverslips に格納できる周囲条件下で 3 日間にします</li>。
</ol> 3。細胞構築の流れ 注: フローセル、カット済みのチャンネル間でダブル粘着テープを挟むによって構築され、PEG 修飾 coverslip と入口と出口の穴を含む PDMS スラブ。フローセルあたり複数のチャネルを統合します。
<ol><li>CAD ソフトウェアで流路を設計し、ダブル粘着テープのテープ カッターを使用して (幅、深さおよび各チャネルの長さが 12 mm、0.13 1 それぞれ) チャンネルをカット (通常 8 つのチャンネルをフローセルあたり統合します)。テープ残差流路を形成するを削除します</li>。
	PDMS スラブにする <li>は徹底的に PDMS (12 5 mm 厚 PMDS スラブ周囲条件下で無期限に格納できるを作る十分な) 架橋結合の試薬の 5 g と 45 g を混ぜるミキサーを使用して、2 つの 10 cm のシャーレに混合物を注ぐし、を残して、本質的にすべての気泡まで真空チャンバ内の料理がなくなっている (手動で空気の泡を削除する真空チャンバーから削除されると、料理が残っている場合)。PDMS 凝固 (約 2 h) まで 80 ° C のオーブンに料理を転送します</li>。
	<li>は、カット済みのチャンネルを持つダブル粘着テープのサイズに一致する PDMS スラブをカットしました。皮 1 つ保護フィルム両面テープをオフし、PDMS スラブの平らな面にフィルムを付着します。23 g 針生検の穴パンチャーを使用して PDMS スラブの出口と入口の穴をパンチします</li>。
	<li>ダブル粘着テープを 2 番目の保護フィルムをはがし、付着、coverslip の機能面に PDMS テープ アセンブリ (、coverslip がフラットであることを確認してください。 図 1 a に完全に組み立てられた流体セルの図を参照).</li>
</ol> 4。全反射イメージング 注: ビオチン λ Dna を流れチャネル表面に繋留し、流を適用して流ストレッチ DNA 分子 ( 図 1 b)。&#62; 80% が蛍光に分類された分子の結合と輸送活性を観察するための空間拡張テンプレートとして DNA 分子サーブを伸縮します。単一分子の軌道を追跡タイムラプス全反射蛍光イメージング法を用いた ( 図 1 c &#38; e).
<ol><li>顕微鏡ステージと負荷前脱空バッファー (10 mM リン酸ナトリウム、2 mM の NaCl、50 μ M EDTA、20 mM のエタノール、グリセリン 5% (v/v)、0.01% Tween 20、1% (v/v) β-メルカプトエタノール、pH 7.4) のフロー ・ セルの修正 0.2 mg/mL のストレプトアビジン溶液、1 mg/mL ウシ血清アルブミン (BSA) ソリューションおよび各ソレノイド値接続タイゴン チューブ、PEEK チューブ上小さい PEEK チューブ (タイゴン チューブをスリーブで接続別のタイゴン チューブ 4 つの貯水池に 100 pM ビオチン λ DNA ソリューション試薬の逆流を防止します)。真空に一晩露出または (泡が表示されなく) まで攪拌真空への短い露出によってバッファーの小さいボリュームをドガします</li>。
	<li>は、フロー ・ セルの 1 つの入口の穴に空白バッファー貯水池の PEEK チューブを挿入します。空のバッファーに流れることによってチャネルを首相し、各試薬の流れを駆動空気圧を電磁弁で制御し、を介してコンピューターのスクリプトを完全に自動化の入口の穴に他の 3 つの PEEK チューブを挿入します。チャネルの空気泡の形成を誘導するように注意してください</li>。
	<li>は、廃棄物コンテナーにコンセントの穴から短い PEEK チューブ タイゴン チューブを接続します。コンセントで短い PEEK チューブによりチャネル内の肯定的な圧力を維持することによって液注入時に気泡の空気を抑制します</li>。
	<li>フロー チャネル表面にビオチン λ DNA 分子をテザリングします。
	<ol><li>フロー 0.2 mg/mL ストレプトアビジン溶液で 5 分間インキュベートし、非連結ストレプトアビジンを洗浄する空のバッファーで、フローします</li>。
		<li>フロー 1 Mg/ml BSA 解決で 1 分間インキュベートし、非連結の BSA を洗浄する空のバッファーで、フローします 。
		注: さらに BSA を抑制する DNA サンプル表面への吸着と</li>。
		<li>フロー 100 pM ビオチン λ DNA ソリューションで 10 分間インキュベートし、非連結の Dna を洗浄するための空のバッファーで、フローします 。
		注: 表面に DNA をバインドすると、テザーの DNA の分子への損傷を防ぐために速い流れを避ける</li>。
	</ol>
	</li>官能 coverslip の品質をチェックする <li>DNA アッセイ条件下でオレンジ Sytox などの色素を染色するため (読み取り 4.6)、流れし、蛍光下で 532 nm レーザー照射を開始します 。
	注: 官能 coverslip の品質が良好であり、伸ばして流れ DNA 分子の密度が高くなります。DNA 結合およびスライド/1 D 拡散イベントを検出できるので、伸ばして流れ DNA 分子の十分に高い密度を持つことが不可欠です</li>。
	<li>最高の信号対雑音比の伸ばされた DNA の分子 ( 図 1 d) の画像を達成するために全反射角度の微調整をします</li>。
	単一分子、DNA の方向移動の軌跡を記録する <li>(DNA 染色色素)、なし 4.2 4.4 新しいチャネル内の手順を繰り返し、シリンジ ポンプを使用して十分に高い流量で分子を標識済み脱サブ ナノモル fluorophore を吹き込むと100 Hz のフレーム レートとタイムラプス蛍光画像を収集します 。
	注: 流量ワイゼンベルグ数に相当 (Wi: 約 0.2 最長高分子緩和時間 - の無次元の製品 - λ DNA のせん断速度 - coverslip の表面からの距離と流速の変化 s) 500 の中のフレーム レート 100 Hz 21 の 1 分子イメージングにはチャンネルをお勧めします。
	<ol><li>収集 10,000 フレーム、映画を制作し、サンプルあたり複数 (通常は 10) FOVs から似たような映画を収集に、1 つの視野 (FOV) で 。
		注: 1 つの視野の単一粒子の密度する必要がありますどちらも高すぎる - DNA の単一分子イベントの発生率は低いにつながる可能性がありますあいまいでも低すぎる - フレーム間でオブジェクトを代入することによってデータの分析が複雑になりますが</li>。
		<li>が照度を最適化 coverslip 表面にバインドされている分子はすぐに抑制する長時間の軌跡を検出する分子 DNA の拡散が余りにすぐに無漂白、背景に写真漂白します 。
		注: 我々 は通常、FOV で 200-800 W/cm 2 の出力密度を使用しています</li>。
	</ol></li> <li>4.6 のステップの最後に、DNA は DNA 分子が流ストレッチをすることができますまだ確認する色素を染色を吹き込む</li>。
	<li>は、両方の正と負のコントロールのサンプルを実行します 。
	注: 良い肯定的な制御は、tetrapeptide、TetraMethylRhodamine (TMR)-KRRR (TMR は N ターミナル アミンと結合) 10.5 ± 0.7 (標準エラー出力) M 平均 1 次元拡散定数を持っている (bp 2/s) 中性 pH 11 時。良いネガティブ コントロール アッセイバッファー テザー、DNA に普及活動を検出するない DNA を持たないチャネルの興味のラベル付きのサンプルを測定することです</li>。
</ol> 5。データ分析: 注: カスタム単一粒子追跡ソフトウェアは DNA に沿って拡散する分子の軌道を識別し、拡散定数を推定するために使用します。このソフトウェアは、高い精度で単一粒子の重心位置 coverslip 表面に立ち往生している粒子を識別し、コマ撮りの軌道を形成するための別のフレームでパーティクルとリンクにまず決定します。1 次元拡散定数の推定これらの軌跡から。
<ol><li>スクリプト ソフトウェアを開き、データの分析を開始 (材料の表を参照)、単一粒子追跡ソフトウェアのディレクトリに移動します。という名前のスクリプトを開いて &#34; largedataprocess3.m &#34;。定義する 1 つの重要なパラメーターは単一の粒子の検出のしきい値値</li>。
	最適なしきい値を決定するための <li>を実行、&#34; Determine_threshold_value.m &#34; スクリプト。このスクリプトは、単一粒子の検出に影響を与える値がしきい値を示します。最適なしきい値を決定した後を実行、&#34; largedataprocess3.m &#34; スクリプト</li>
	<li>単一粒子の完了後追跡の分析、実行して、生の軌跡をフィルター、&#34; Trajectory_filtering.m &#34; スクリプト。グラフィック ユーザー インターフェイス (GUI) がフィルタ リングの手順を視覚化に組み込まれています</li>。
	<li>上の GUI パネル、DNA、MinXDisp、に沿って最小限の変位を 2 ピクセルに設定最大変位を 2 ピクセルに dna、MaxYDisp、横設定フレーム、minFrames の最小数を 10 に設定; minTriplets、三重項状態の最小数を設定10;DNA、D_par、に沿って最小限の拡散定数を 0 に設定します。10 M (bp 2) S -1 に、dna、D_trans、横最大推定拡散定数を設定します。最小限の統計パラメーター集 2 _stat-5; に設定します。2 dna、ミンクス/Y、その横に DNA に沿って変位の最小限の比率を設定します 。
	注: これらのパラメーターをフィルター処理を渡すすべての生の軌跡が表 1 に記載されて、かどうかは、表 3 に記載されています</li>。
	軌道上の <li>をクリックして番号を表 1 に、グラフィック 1 の軌道が避難されます &#38; 2。クリックして、&#34; プレイ &#34; 生蛍光画像を再生します。クリックして、&#34; Add_to_Table2 &#34; 単一分子軌道をスライドとして軌道を識別します。最終的には、GUI を閉じるとき表 2 に追加されますすべての軌道は保存されます</li>。
	平均拡散定数を計算する <li>スクリプトを実行 &#34; Calculate_mean_diffusion_constant.m &#34;。軌道がすべてフィルタ リング手順を渡され、表 2 に追加されたセットから平均拡散係数を推定します</li>。
</ol>

<ol><li>Berg, O. G., Winter, R. B., von Hippel, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-driven+mechanisms+of+protein+translocation+on+nucleic+acids.+1.+Models+and+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Diffusion-driven mechanisms of protein translocation on nucleic acids. 1. Models and theory.</a> Biochemistry. 20, 6929-6948 (1981).</li>
<li>Blainey, P. C., van Oijen, A. M., Banerjee, A., Verdine, G. L., Xie, X. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+base-excision+DNA-repair+protein+finds+intrahelical+lesion+bases+by+fast+sliding+in+contact+with+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">A base-excision DNA-repair protein finds intrahelical lesion bases by fast sliding in contact with DNA.</a> P Natl Acad Sci USA. 103, 5752-5757 (2006).</li>
<li>Leith, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequence-dependent+sliding+kinetics+of+p53%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Sequence-dependent sliding kinetics of p53.</a> P Natl Acad Sci USA. 109, 16552-16557 (2012).</li>
<li>Blainey, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+a+Viral+Proteinase+by+a+Peptide+and+DNA+in+One-dimensional+Space+IV.+Viral+proteinase+slides+along+DNA+to+locate+and+process+its+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">Regulation of a Viral Proteinase by a Peptide and DNA in One-dimensional Space IV. Viral proteinase slides along DNA to locate and process its substrates.</a> J Biol Chem. 288, 2092-2102 (2013).</li>
<li>Graziano, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+a+Viral+Proteinase+by+a+Peptide+and+DNA+in+One-dimensional+Space+II.+Adenovirus+proteinase+is+activated+in+an+unusual+one-dimensional+biochemical+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">Regulation of a Viral Proteinase by a Peptide and DNA in One-dimensional Space II. Adenovirus proteinase is activated in an unusual one-dimensional biochemical reaction.</a> J Biol Chem. 288, 2068-2080 (2013).</li>
<li>Graziano, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+a+viral+proteinase+by+a+peptide+and+DNA+in+one-dimensional+space%3A+I.+binding+to+DNA+and+to+hexon+of+the+precursor+to+protein+VI%2C+pVI%2C+of+human+adenovirus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">Regulation of a viral proteinase by a peptide and DNA in one-dimensional space: I. binding to DNA and to hexon of the precursor to protein VI, pVI, of human adenovirus.</a> J Biol Chem. 288, 2059-2067 (2013).</li>
<li>Baniecki, M. L., McGrath, W. J., Mangel, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+a+viral+proteinase+by+a+peptide+and+DNA+in+one-dimensional+space%3A+III.+atomic+resolution+structure+of+the+nascent+form+of+the+adenovirus+proteinase%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">Regulation of a viral proteinase by a peptide and DNA in one-dimensional space: III. atomic resolution structure of the nascent form of the adenovirus proteinase.</a> J Biol Chem. 288, 2081-2091 (2013).</li>
<li>Kabata, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+single+molecules+of+RNA+polymerase+sliding+along+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Visualization of single molecules of RNA polymerase sliding along DNA.</a> Science. 262, 1561-1563 (1993).</li>
<li>Harada, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+imaging+of+RNA+polymerase-DNA+interactions+in+real+time%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Single-molecule imaging of RNA polymerase-DNA interactions in real time.</a> Biophysical journal. 76, 709-715 (1999).</li>
<li>Mangel, W. F., McGrath, W. J., Xiong, K., Graziano, V., Blainey, P. C. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26831565">&#34;Molecular sled&#34;- vehicle of 11-amino acids that facilitates biochemical interactions via sliding components along DNA.</a> Nature Communications. , (2016).</li>
<li>Xiong, K., Blainey, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+sled+sequences+are+common+in+mammalian+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">Molecular sled sequences are common in mammalian proteins.</a> Nucleic Acids Res. 44, 2266-2273 (2016).</li>
<li>Xiong, K., Erwin, G. S., Ansari, A. Z., Blainey, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sliding+on+DNA%3A+from+peptides+to+small+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Sliding on DNA: from peptides to small molecules.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 55, 15110-15114 (2016).</li>
<li>Turkin, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speeding+up+biomolecular+interactions+by+molecular+sledding%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Sci%22%5BJournal%5D)">Speeding up biomolecular interactions by molecular sledding.</a> Chem Sci. 7, 916-920 (2016).</li>
<li>Zhang, L., Zheng, L., Meng, Z., Balinin, K., Loznik, M., Herrmann, ,A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerating+chemical+reactions+by+molecular+sledding%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun+%28Camb%29%22%5BJournal%5D)">Accelerating chemical reactions by molecular sledding.</a> Chem Commun (Camb). 47, 6331-6334 (2017).</li>
<li>van Oijen, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+kinetics+of+lambda+exonuclease+reveal+base+dependence+and+dynamic+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Single-molecule kinetics of lambda exonuclease reveal base dependence and dynamic disorder.</a> Science. 301, 1235-1238 (2003).</li>
<li>Fazio, T., Visnapuu, M. L., Wind, S., Greene, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+curtains+and+nanoscale+curtain+rods%3A+high-throughput+tools+for+single+molecule+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">DNA curtains and nanoscale curtain rods: high-throughput tools for single molecule imaging.</a> Langmuir. 24, 10524-10531 (2008).</li>
<li>Kulczyk, A. W., Tanner, N. A., Loparo, J. J., Richardson, C. C., Oijen, A. M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Observation+of+Enzymes+Replicating+DNA+Using+a+Single-molecule+DNA+Stretching+Assay%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis.+Expt%22%5BJournal%5D)">Direct Observation of Enzymes Replicating DNA Using a Single-molecule DNA Stretching Assay.</a> J Vis. Expt. , e1689(2010).</li>
<li>Parthasarathy, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid%2C+accurate+particle+tracking+by+calculation+of+radial+symmetry+centers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Rapid, accurate particle tracking by calculation of radial symmetry centers.</a> Nat Methods. 9, 724(2012).</li>
<li>Vestergaard, C. L., Blainey, P. C., Flyvbjerg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+estimation+of+diffusion+coefficients+from+single-particle+trajectories%5BTitle%5D)+AND+%22+Physical+review.+E%2C+Statistical%2C+nonlinear%2C+and+soft+matter+physics%22%5BJournal%5D)">Optimal estimation of diffusion coefficients from single-particle trajectories.</a> Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics. 89, 022726(2014).</li>
<li>Schroeder, C. M., Blainey, P. C., Kim, S., Xie, X. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchroeder%2C+CM+%22Hydrodynamic+Flow-stretching+Assay+for+Single-Molecule+Studies+of+Nucleic+Acid-Protein+Interactions%22">Hydrodynamic Flow-stretching Assay for Single-Molecule Studies of Nucleic Acid-Protein Interactions</a>. , Cold Spring Harbor Laboratory Press. (2008).</li>
<li>Blainey, P. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Single-Molecule+Studies+of+Protein-DNA+Interaction%3A+Diffusive+Search+and+Sequence-Dependent+Motors%22">Single-Molecule Studies of Protein-DNA Interaction: Diffusive Search and Sequence-Dependent Motors</a>. , Harvard University. (2007).</li>
<li>Gorman, J., Greene, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+one-dimensional+diffusion+of+proteins+along+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Struct+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Visualizing one-dimensional diffusion of proteins along DNA.</a> Nat Struct Mol Biol. 15, 768-774 (2008).</li>
<li>Lin, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+the+Bias+from+Flow+to+Elucidate+Single+DNA+Repair+Protein+Sliding+and+Interactions+with+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Using the Bias from Flow to Elucidate Single DNA Repair Protein Sliding and Interactions with DNA.</a> Biophysical journal. 96, 1911-1917 (2009).</li>
<li>Blainey, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonspecifically+bound+proteins+spin+while+diffusing+along+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Struct+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Nonspecifically bound proteins spin while diffusing along DNA.</a> Nat Struct Mol Biol. 16, 1224-1234 (2009).</li>
<li>Cuculis, L., Abil, Z., Zhao, H., Schroeder, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+observation+of+TALE+protein+dynamics+reveals+a+two-state+search+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Direct observation of TALE protein dynamics reveals a two-state search mechanism.</a> Nat Commun. 6, 7277(2015).</li>
<li>Cuculis, L., Abil, Z., Zhao, H. M., Schroeder, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TALE+proteins+search+DNA+using+a+rotationally+decoupled+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem+Biol%22%5BJournal%5D)">TALE proteins search DNA using a rotationally decoupled mechanism.</a> Nat Chem Biol. 12, 831-837 (2016).</li>
<li>Yardimci, H., Loveland, A. B., van Oijen, A. M., Walter, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+analysis+of+DNA+replication+in+Xenopus+egg+extracts%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Single-molecule analysis of DNA replication in Xenopus egg extracts.</a> Methods. 57, 179-186 (2012).</li>
<li>Greene, E. C., Wind, S., Fazio, T., Gorman, J., Visnapuu, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+Curtains+for+High-Throughput+Single-Molecule+Optical+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Method+Enzymol%22%5BJournal%5D)">DNA Curtains for High-Throughput Single-Molecule Optical Imaging.</a> Method Enzymol. 472, 293-315 (2010).</li>
</ol>

ブロード研究所は、ここで提示された作業の側面を含む特許出願のファイルに選ぶかもしれません。

伝統的な 2 段階 coverslip 官能基化反応プロトコルからワンステップ反作用のプロトコルへの切り替え、我々 は coverslip の機能化の信頼性が大幅に向上することに気づいた。Coverslip の準備のための合計の体験時間は 30 分以内、計画は新鮮な coverslips に各日 1 分子イメージングを準備をお勧めします。シラン-ペグ-ビオチンの劣化を最小限に抑えるため、試薬を避けようと受領-20 ° C で乾燥 N2ガスで必要があります。ここで生成 -COO- PEG 分子または過去20で使用されている CH3端末グループを使いません。-COO-グループおよび疎水性の CH3基の負電荷はそれぞれ表面に DNA 分子の特定の蛋白質のサンプルの無指定の吸着を防ぐために利用されました。シラン-ペグ-COOH やシラン-ペグ-CH3特定蛋白質のサンプルのアッセイに有用である可能性がありますまたはアッセイ条件のとき完全にビオチン終了 PEG 表面上小ペプチドのサンプルで非常に低い表面吸着遵守 (pH など &#60; 7.5)DNA ・表面相互作用を促進します。
ガラス スライド フロー セルから PDMS 流への移行細胞流れ細胞構築を高速化、複数チャンネルの簡単な統合を可能に。私たちはしばしば官能 coverslip あたり 8 つの独立した実験を有効にフローセルあたり 8 つのチャンネルをエンジニア リングします。Coverslip あたりのスループットを増やす、微細加工したチャンネルのさらに大きな数を使用できます。
任意の時点でチャンネル内初期充填後空気泡の形成を防止することをお勧めします。通常、空気の泡を引き起こさないテザー Dna の損失 (が可能です)、しかし、むしろ流れが中断され、coverslip に固執する Dna を引き起こす可能性。バッファーが脱ガスと小さな界面活性剤量の添加は、通常チューブとフロー チャネル内の泡の形成を防止するに効果的。チューブに気泡を導入する場所の場合、低速流の下で泡を洗い流すし、Dna を繋留領域を通じて彼らフローしないことを確認しなさい。
合理的および効率的なデータ解析ソフトウェアは、生成されたデータの巨大な量のため重要です。我々 は通常カスタム シングル パーティクルをクアッドコアのプロセッサと 32 Gb のメモリを持つデスクトップ コンピューターで 1 日以内のトラッキング ソフトウェアを使用して処理することができます 1 つのフローセルの測定から 700,000 の高解像度画像を収集します。ソフトウェア (ステップ 5.5) による 1 次元拡散軌道の検出の偽陽性率はサンプル依存、つまり非常に低くすることができます: 1) フレーム (間で粒子のリンク少し曖昧さがあるよう、FOV で単一の粒子の密度が十分に低い一般に蛋白質のサンプル、ペプチドのサンプルより、coverslip への非特異的な吸着が発生しやすく、したがって、バッファーおよび蛋白質ごとの電力密度のサンプルを最適化する必要があります)。2) 信号対ノイズ比単一粒子は、粒子の false を識別可能性が低いために、十分に高いです。それでも、時折誤りをおかし、ソフトウェアとソフトウェアのパフォーマンスを評価する提供される GUI を使用して、データの手動の検査をお勧めします。軌道の誤検出に特に敏感なアプリケーションでプロセスしきい値、minFrames、minTriplets、カイ2_stat など設定できますより厳密 true バインドの低感度を犠牲にしてイベントは、軌道の同定における統計的なバイアス増える可能性があります。ここでは共有し、希望のデータ分析手法を標準化し、ベスト ・ プラクティスについての議論を刺激するための支援ソフトウェアを追跡私達の単一粒子を記述します。
ホッピングにより拡散する場合、またはテンプレートの DNA 分子の伸ばされた状態を維持するために、イメージング中に連続的な流れを必要とする我々 のプロトコルで流体の流れが DNA テンプレートに沿っていくつかの蛋白質の輸送を偏らせうる流体ラベル付きの fluorophore の半径は大きい22,23です。このようなバイアスを測定およびほとんどのデータセットで修正できる、蛋白質の輸送の付いた小さな fluorophore とスライド機構による拡散はバイアスされていません通常検出可能な程度に流れ2,4、 24。特に、dna 結合蛋白質の輸送の流速の影響は蛋白質 DNA23に沿って拡散のメカニズムの研究に使用されています。密接に関連の流れのない状態で測定を可能にする別の方法を利用して一過性流れで伸ばしている両方のテルミニでビオチンと DNA テンプレートとの DNA 分子である coverslip のように両端でつながれた、25,26,27,28オフに流れのある拡張構成。ダブル テザー アプローチ フロー無料輸送実験をできるという利点を持って、テザリングとつなぎ縄でつながれた 2 つのサイト間の距離を評価中に慎重なフロー制御テンプレート dna の両端を変更することが必要です。さらに、異種の張力および DNA 一分子アッセイ上の DNA 分子間での構造変化ダイナミクスの影響が評価されなければなりません。
完全に、DNA 分子の 1 次元拡散を検討するほか、報告として単一分子アッセイの寄与できる多くの in vitro生化学的そして DNA を含む単一分子レベルでの生物物理学的研究対象によって検索プロセス蛋白質、dna、酵素など。
トラブルシューティング
問題 1: 流路をリークします。
解決方法: まず、流路の設計では、シールの周りとチャンネル間の少なくとも 1.5 mm の余白を確認します。その後、フロー ・ セルの組み立ての際に、coverslip、ダブル粘着テープと PDMS スラブとの間の接触面が平らな、乾燥した破片のシールを形成するための加圧が均一、無料と封止の操作があることを確認してくださいと部屋の温度で行います。
問題 2: 連結 DNAs の密度が低すぎます。
解決方法: この問題が発生 PEG 化効率が低いまたは DNA 分子がビオチンと機能しないとき。私たちの経験からテザー DNA の密度が高にする必要があります &#62;、coverslips の 90% 新鮮な準備やシラン-ペグ-ビオチン試薬を正しく保存します。場合つなぎ縄でつながれた DNA の密度がビオチン λ DNA の実績のあるバッチが低いときは、PEG 化とストレプトアビジンとビオチン λ DNA の濃度の間に DNA のテザリング中にシラン-ペグ-ビオチンの濃度を高めるみてください。これが失敗した場合は、PEG ストレプトアビジン試薬を交換してください。
問題 3: Dna、coverslip に固執します。d は、流れによってはストレッチできません。
解決方法: PEG 化効率が低い、低アッセイ pH によって深刻化と、この問題が発生もことができます。試してみて流れるより BSA または (ステップ 4.3.2) 表面への DNA の吸着を抑制するため (例えば、8.0) pH を上げます。DNA の吸着が特定のアッセイ条件の下で永続的な問題なら、PEG 化中 90% シラン-ペグ-COOH を含みます。
データ分析に関する注意事項:
我々 はから DNA に沿って拡散する分子の軌道を識別するためにカスタムの単一粒子追跡ソフトウェアを使用して 1 次元拡散定数、D1 が見積もられています。データ分析を高めるためには、粒子および劇的に損なうことがなくデータ分析を高速化 1 次元拡散定数の推定共分散に基づく推定19ローカライズの放射状対称アルゴリズム18を実施精度。以前、模擬データ11を分析することによって、カスタム ソフトウェアを検証しました。主な手順は次のとおりです。
粒子識別:
この手順は、検出と粒子の回折限界のスポット - 背景からの分割です。まず、空間的帯域通過フィルター 3 5 (私たちのシステム点広がり関数のサイズにあたる) のピクセル範囲とし、しきい値の強度に基づいて粒子の信号を向上させるイメージ (スクリプトを参照してください: spt2_SD_sandbox.m)。
重心の割り当て
ピクセル レベルの空間解像度に分子をローカライズのみイメージを分割します。はるかに高い精度に分子をローカライズするのには上記の画像を超解像アルゴリズム18フィルター放射状対称を採用してください。(このメソッドは解析的計算に基づいており、したがって 2次元ガウシアンフィッティングなど他の人気のある高精度の方法と比較して計算の負担を大幅に軽減 (スクリプトを参照してください: spt2_SD_sandbox.m) です)。
粒子追跡:
時間によって粒子の軌道を追跡するためやフレーム間を移動再同じ粒子を識別する必要があります我々。軌道のコンポーネントの開始、点滅、および終了の段階と考えています。我々 は、フレームごとに許可される最大変位によって以前のフレームで表示される現在のフレームでパーティクルのリンケージを制限します。複数の連携が可能な場合、ヨンカー Volgenant アルゴリズムを使用グローバル最適リンケージ セットを生成して (スクリプトを参照してください: traceTraj4_kx.3.m)。
D1 の推定:
軌道から D1 の値を推定、推定量の共分散に基づく (CVE)19を使用します。分析の計算に基づいて、このメソッドはより計算上効率的で、他のより厳密な統計的によく使われる平均二乗変位の回帰などの方法 (スクリプトを参照してください: runspt5_SD.m)。
軌道がフィルタ リング:
いくつかの軌道表面結合分子へのリンクなどのアイテムを含む、削除する必要があります。我々 は DNA、DNA、軌道、最小限のトリプレット連続検出位置、最小の確率のスコア (熊ら11 を参照してくださいの最小限の長さに横最大変位最小変位などいくつかの機能を実装定義の) 最小バイアス セット分子 DNA の拡散を表す可能性が高い軌道を分離するフィルター処理できます (スクリプトを参照してください: sptViewFig2_update3x.m)。

生物学における長年の問題は特定の行為どの内因性のタンパク質のゲノムのサイトは存続し、その環境に効果的に対応する有機体のために十分にすぐに彼らの DNA ターゲットを見つけることができます。過去 40 年間の研究により、DNA 論ターゲット蛋白質によって検索をする仮説によって加速できるサポート主促進された拡散するタンパク質と交互に、一括で 3 D 拡散 (を含む 1 次元拡散スライディング ウィンドウとプロセスをホッピング) DNA1に沿って。遺伝子調節、核酸代謝、および他のプロセスに関与する多くのタンパク質が DNA2,3,4,5,6,7 スライドを今知られています。 ,8,9。さらに、最近の研究報告も、小さなペプチドにバインドし、貨物を運ぶ能力を持つ dna、スライド、たとえば、蛋白質分子または PCR のプライマー、DNA10、11,12,13,14に沿って。
最後の 15 年間、単一分子流ストレッチ アッセイをバインディングと DNA2,,1516に沿って分子の拡散に広く使用されています。このタイプのアッセイでは、ビオチン化二本鎖 DNA 分子が表面に固定化し、層流を適用して流ストレッチ DNA。&#62; 80% はタイムラプス蛍光イメージングによる単一 DNA 分子の軌道を追跡する、分子 fluorophores が付いている分類のバインディングと輸送活性を研究するための空間拡張テンプレートとして DNAs サーブを伸縮します。再現性と使いやすさのために最適化された、我々 の実装でこの試金から成っている 5 つの手順: データ解析、蛍光イメージング フロー セル建設 coverslip 機能化ビオチン λ DNA の準備。最初反応 (3-アミノプロピル) とプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン (APTES) し、試薬を用いるアミン反応性ポリエチレング リコール (PEG) (例えば、NHS-ペグ-ビオチン) 抵抗ペグ層を形成する以前のプロトコル17、ガラス coverslips された官能基化coverslip 表面分析コンポーネントの無指定の吸着。官能 coverslips の品質は主ペグ試薬および各ステップで反応条件の品質に依存していた。我々 のプロトコルでは、簡略化された機能化プロトコルない液体接着剤や養生時間が日流セルを組み立てを必要とする多重フロー セル構造をについて説明します。重心ローカリゼーション18と共分散に基づく拡散放射対称法を適用することで計算量の多い回帰手順を排除する合理的で堅牢なデータ解析の手順11についても述べる定数推定19。
ここでは、シンプルで堅牢な報告し、ハイスループット分子流ストレッチ アッセイ実装で coverslip の機能化、フロー電池を構築、データ分析の重要な改善。特に、我々 はきれいな乾いた coverslips がシラン-ペグ-ビオチンと直接反応するワンステップ coverslip の機能化プロトコルを開発しました。このプロトコルは、coverslip の準備を簡素化し、標準の 2 段階反応プロトコルと比較して機能性表面の品質の信頼性を向上させます。接着剤なしに堅牢なチューブ接続を有効にするマルチ チャネル PDMS 流セルを持つので、官能基化 coverslips の使用について述べる。さらにこれらのフローの細胞、複数コンピューター制御の入り江各流れ区域セットアップおよび増加の測定スループット ハンズオン時間を削減する自動試薬の流れを可能にするがあります。

<table><tbody><tr><td>ビオチン標識オリゴ、5'-AGGTCGCCGCCC(A)20-ビオチン-3'</td><td>IDT</td><td>カスタムオリゴ合成</td><td>標準的な脱塩精製で十分です</td></tr><tr><td>&λ;-DNA</td><td>New England Biolabs Inc.</td><td>N3011S</td><td>アリコートを作成し、凍結融解サイクル数T4</td></tr><tr><td>DNAリガーゼとライゲーション反応バッファー</td>を最小化 <td>New England Biolabs, Inc.</td><td>M0202S</td><td></td></tr><tr>100kダルトン<td>EMDミリポア</td><td>UFC510008</td><td></td>No.1ガラスカバースリップVWR 48393-106<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ピュアエタノール</td><td>VWR</td><td>89125-186</td><td></td></tr>水<tr><td>酸化カリウムペレットフィ</td><td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>P250-500</td><td></td></tr><tr><td>プラズマクリーナー、モデル番号のNMWL付きアミコン遠心フィルターチューブ。PDC-32G</td><td>ハリック プラズマ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>シラン ペグ ビオチン</td><td>Nanocs</td><td>PG2-BNSL-5k</td><td>乾燥窒素ガス中の -20oC で保存</td></tr><tr><td>CAD ソフトウェア</td><td>Autodesk</td><td>AutoCAD</td><td></td></tr><tr><td>二重接着テープ</td><td>接着アプリケーション</td><td>8512-2-DP/DL</td><td></td></tr><tr><td>テープ カッター、モデル番号CE5000-40-CRP</td><td>Graphtec America</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PDMSおよび架橋試薬キット</td><td>R.S. Hughes</td><td>RTV615 CLEAR 010</td><td></td></tr><tr><td>脱気室、モデル番号 F42010-0000</td><td>BEL-ART製品</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ミキサー、モデル番号ARV-310</td><td>Thinky</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hole Puncher, Harris Uni-Cores, Size 0.5 mm</td><td>Harris Uni-Cores</td><td></td><td>これは、同様の針サイズの</td></tr><tr><td>Tygonチューブ</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06420-02</td><td>0.020" ID, 0.060"</td></tr><tr><td>OD Peek tubeing</td><td>Western Analytical</td><td>PK007-031-Y</td><td>0.007" ID, 0.031"</td></tr><tr><td>OD Streptavidin</td><td>ニューイングランドバイオラボ株式会社</td><td>N7021S</td><td></td></tr><tr><td>ウシ血清アルブミン(BSA)</td><td>New England Biolabs Inc.</td><td>B9000S</td><td></td></tr><tr><td>Sytox オレンジ核酸染色</td><td>Invitrogen</td><td>S11368</td><td></td></tr><tr><td>Ti-E 顕微鏡</td><td>ニコン</td><td></td><td>顕微鏡、カメラ、対物レンズ、ダイクロイックミラー、バンドパスフィルターは、同様の機器の代わりに使用できます</td></tr><tr><td>100倍対物レンズ、NA/1.49、CFI Apo TIRF</td><td>ニコン</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CMOSカメラ</td><td>浜松</td><td>オルカ フラッシュ 4.0</td><td></td></tr><tr><td>ダイクロイックミラー</td><td>Semrock</td><td>FF560/659-Di01-25x36</td><td></td></tr><tr><td>バンドパスフィルター</td><td>Semrock</td><td>FF01-577/690-25</td><td></td></tr><tr><td>532 nm レーザー</td><td>Rayscience Innovation Limited, Shanghai</td><td>OEMLL-FN-532nm-C</td><td>選択したシ</td></tr><tr><td>リンジポンプ</td><td>Chemxy</td><td>Fusion 200</td><td></td></tr><tr><td>TMR-KRRR, >=85% 純度</td><td>MIT バイオポリマーラボ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pVIc-Cy3B、HPLC精製</td><td>ブルックヘブン国立研究所</td><td></td><td></td>のウォルター・マンゲル博士からの贈り物</tr><tr><td>スクリプトプログラミングソフトウェア</td><td>MathWorks</td><td>Matlab</td><td></td></tr><tr><td>*は、ソレノイドバルブ、コンピューターインターフェース、および組み立て説明書の部品リストを参照してください https://sites.google.com/site/rafaelsmicrofluidicspage/valve-controllers</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

シンプルで堅牢、かつ高スループットの単一分子 dna 分子の輸送を研究するためのストレッチ法の実装を流れ

A Simple, Robust, and High Throughput Single Molecule Flow Stretching Assay Implementation for Studying Transport of Molecules Along DNA

DNA 分子の 1 次元拡散を勉強するためシンプルで堅牢かつ高スループット分子流ストレッチ試金を記述します。このアッセイでガラス coverslips はシラン-ペグ-ビオチンとワンステップ反応の機能化します。フローセルを構築するには、官能 coverslip と入口と出口の穴を含む PDMS スラブ間カット済みチャネルに粘着テープを挟みます。フローは 1 つのセルに複数のチャネルを統合し、各チャネル毎に試薬の流れ完全に自動化できる、大幅測定スループットが向上し、アッセイあたりの実践時間を短縮します。各チャンネル内部表面に固定されているビオチン λ Dna と層流、流ストレッチ Dna に適用されます。DNA 分子に引き伸ばされます &#62; 80% 輪郭線長のサーブとして空間的拡張蛍光に分類された分子の結合と輸送活性を研究するためのテンプレート。単一分子の軌道を追跡時間経過の全内部反射蛍光 (TIRF) イメージングによる。Raw 画像は、合理化されたカスタム単一粒子追跡ソフトウェアを使用して自動的に DNA に沿って拡散する分子の軌道を識別し、1 次元拡散定数を推定する分析されます。

図 2 aは、pVIc Cy3B の検出された軌跡を示しています (pVIc: GVQSLKRRRCF;Cy3B はシステイン残基に共役) 2 mM の NaCl の DNA を拡散分子バッファー ph 6.5。PVIc の拡散は双方向、周囲の熱エネルギーで駆動です。これらの軌跡から 1 次元拡散定数 (D1 の値) が各軌道の推定される (図 2 bにヒストグラムを参照してください)。この pVIc 共役の D1 の値の平均は軌道各軌道に含まれるトリプレット連続位置呼び出しの数によって加重する 22.2 ± 0.9 (標準誤差) M (bp2/s) 各 D1 の値を平均することによって計算されます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55923/55923fig1.jpg"> 
図 1: DNA の方向の単一の分子の動きを追跡するための装置。 ) 8 ch PDMS マイクロ流体チップ付着する DNA は、(スケールのアメリカ クォーター コイン) とつながれることができます; 官能 coverslipb) 流れ流れ伸ばして λ DNA の分子の細胞ズーム図c) DNA を伸ばすため全反射顕微鏡とフロー システムの概略図d) 全反射像流れ伸ばして λ-DNA;e) 全反射像 pVIc Cy3B (pVIc: GVQSLKRRRCF;Cy3B はシステイン残基に共役) 分子は流れ伸ばして λ DNA にバインドします。この図は、アクセス許可2,12と変更されています。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55923/55923fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55923/55923fig2.jpg"> 
図 2: PVIc (GVQSLKRRRCF) DNA の方向の一次元拡散します。 ). 流れに沿って pVIc の拡散が 2 mM NaCl バッファー ph 6.5 の λ Dna (137 軌道) を伸ばして。x(t) と y(t) に沿ってと λ DNA に横方向の変位は、それぞれ。水平の点線は、染料の点滅から生じる不足しているポイントを示します。b). 拡散係数のヒストグラム、pVIc λ Dna に沿って拡散の D1。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55923/55923fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

このプロトコルは、DNA 分子の一次元 (1 D) 拡散を勉強するためシンプルで堅牢かつ高スループット分子流ストレッチ試金を示しています。

シンプルで堅牢、かつ高スループットの単一分子 DNA 分子の輸送を研究するためのストレッチ法の実装を流れ

We describe a simple, robust and high throughput single molecule flow-stretching assay for studying 1D diffusion of molecules along DNA. In this assay, ...

本手順の目的は、DNAに沿った分子輸送を研究するための、シンプルで堅牢かつ高スループットな単一分子フローストレッチングアッセイを構築することである。これは、まずビオチン標識オリゴをlambda-DNAにライゲーションして、ビオチン標識lambda-DNAを調製することで達成される。次のステップでは、一段階の反応プロトコルに従って、ポリエチレングリコール（PEG）機能化カバースリップを調製する。次に、あらかじめチャネルがカットされた両面テープを、PEG修飾カバーガラスと、入口および出口の穴があるポリジメチルシロキサン（PDMS）スラブで挟み込み、ハイスループットフローセルを構築します。最後のステップは、タイムラプス全内部反射蛍光（TIRF）イメージングを用いて、フローチャネル内における単一蛍光分子の軌跡を追跡することです。流れによって伸長したlambda-DNAに沿って拡散する単一分子の軌跡を特定するために、信頼性が高く効率的なカスタム単一粒子追跡ソフトウェアを使用して、生の蛍光画像を解析します。代替案と比較した本アッセイ構成の主な利点は、カバースリップ調製の信頼性、スループット能力の向上、サンプル調製における実作業時間の短縮、およびより効率的な教師なしデータ解析にあります。本手順の実演は、私の研究室の博士研究員であるKan Xiong博士が行います。本アッセイを開始する前に、プロトコルの本文に従い、必要なすべての試薬を調製してください。0.5 mg/mLのλ-DNAストック溶液を65 °Cで60秒間加熱し、直ちに氷上に置いて急冷します。マイクロ遠心チューブ内で、100 µLのλ-DNA溶液と2 µLの10 µMビオチン標識オリゴを混合します。この混合液を65 °Cで60秒間加熱し、その後、室温までゆっくりと冷却します。混合物を氷上に置きます。T4 DNA ligase反応バッファーを11 µL加え、穏やかに混ぜ合わせます。次に、800 unitsに相当するT4 DNA ligaseを2 µL加え、穏やかに混ぜ合わせます。混合物を16°Cで2時間、または4°Cで一晩インキュベートします。公称分子量分画限界100 kDaの遠心フィルターチューブを用いて、生成物を精製します。染色瓶に入れた95%エタノール中で1番のカバーガラスを10分間超音波処理し、その後、超純水で3回洗浄します。染色瓶に1 M 水酸化カリウムを満たし、再び10分間超音波処理した後、超純水で3回洗浄します。このサイクルを2回繰り返します。カバーガラスをクリーンで乾燥した窒素ガス流下で乾燥させます。900 millitorrの圧力で5分間エアプラズマ処理を行い、カバースリップをさらに洗浄し乾燥させます。95% ethanolに溶解した25 mg/mLのシラン-ポリエチレングリコール-ビオチン50 µLとともに、カバースリップを室温で2時間インキュベートします。超純水で過剰なポリエチレングリコールを洗い流し、ポリエチレングリコールでコーティングしたカバースリップをクリーンで乾燥した窒素ガス気流下で乾燥させます。CADソフトウェアを用いて流路を設計し、テープカッターを使用して両面テープに流路を切り出します。流路内部のテープ残渣を除去してください。PDMSスラブを作成するため、ミキサーを用いて45 gのPDMSと5 gの架橋剤を十分に混合します。混合液を2枚の100 mmペトリ皿に注ぎ、すべての気泡が消えるまで真空チャンバー内に約30分間放置します。その後、PDMSが凝固するまで80 °Cのオーブン内で約2時間放置します。あらかじめチャネルがカットされた両面テープのサイズに合わせたPDMSスラブを切り出します。両面テープから保護フィルムを1枚剥がし、PDMSスラブの平坦な面に貼り付けます。23ゲージの針を備えたバイオプシーホールパンチャーを用いて、PDMSスラブに流出口と流入孔を開けます。両面テープのもう一方の保護フィルムを剥がし、カバーガラスの機能化された表面に貼り付けます。組み立てたフローセルを顕微鏡ステージ用インサートに固定します。あらかじめ脱気したすべての試薬をリザーバーに充填します。リザーバーには、ソレノイドバルブに接続されたTygonチューブと、試薬の逆流を防止するPEEKチューブに接続された別のチューブが備わっています。試薬の流れは、スクリプトプログラミングアプリケーションによって制御されるソレノイドバルブで制御されます。ブランクバッファーを流し、1つのフローチャネルをプライミングします。他の3本のPEEKチューブをインレット穴に挿入します。チャネル内に気泡が発生しないよう注意してください。Tygonチューブを短いPEEKチューブで出口穴からサンプル廃棄容器に接続します。0.2 milligrams per milliliterのストレプトアビジン溶液を流し、5分間インキュベートします。その後、ブランクバッファーを流して、未結合のストレプトアビジンを洗い流します。1 mg/mLのウシ血清アルブミン溶液を流し、1分間インキュベートします。次に、結合していないウシ血清アルブミンを洗い流すために、ブランクバッファーを流します。続いて、100 pMのビオチン化λ-DNA溶液を流し、10分間インキュベートします。次に、結合しなかったlambda-DNAを洗い流すため、ブランクバッファーを流します。PEG機能化されたカバースリップの品質を確認するために、SYTOX OrangeなどのDNA染色色素を流し、蛍光イメージングを開始します。カバースリップの品質が良好であれば、流れによって伸展したlambda-DNAの密度が高くなります。また、ほぼ完全にフロー伸長したlambda-DNAの画像のS/N比が最大になるように、TIRF角を調整します。単一分子の軌跡を追跡するには、まず新しいチャネル内でインキュベーションを開始し、シリンジポンプを用いて十分な流速でサブナノモル濃度の蛍光標識分子を導入し、フレームレート100 Hzでタイムラプス蛍光画像を収集します。通常、1つの視野につき10,000フレームを収集し、複数の視野から動画を収集します。最後に、DNA染色染料を再度流し、DNAが依然としてフローストレッチ可能であることを確認します。DNAに沿って拡散する単一分子の軌跡を特定するために、カスタムの単一粒子追跡ソフトウェアを使用します。このソフトウェアは、まず単一粒子の重心位置を高精度に決定します。カバースリップ表面に付着した粒子を除去し、次に異なるフレーム内の粒子をリンクさせてタイムラプス軌跡を形成します。これらの軌跡から、1D拡散係数を推定します。データ解析を開始するには、スクリプトプログラミングアプリケーションを開き、シングルパーティクルトラッキングソフトウェアのディレクトリに移動してください。largedataprocess3.m という名前のスクリプトを開きます。定義すべき重要なパラメータの一つに、単一粒子検出の閾値があります。最適な閾値を決定するために、determine_threshold_value を実行してください。mスクリプト。このスクリプトでは、閾値が単一粒子検出にどのように影響するかを可視化します。最適な閾値を決定した後、largedataprocess3を実行してください。mスクリプト。単一粒子追跡解析の完了後、trajectory_filtering.mスクリプトを実行して、生の軌跡をフィルタリングします。フィルタリング工程を可視化するために、グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）を構築します。GUIパネルで、DNAに沿った最小変位（MinXDisp）を2ピクセルに設定します。DNAと直交する最大変位（MaxYDisp）を2ピクセルに設定します。最小フレーム数（minFrames）を10に設定します。トリプレットの最小状態数（minTriplets）を10に設定します。DNAに沿った最小拡散係数（D_par）を0に設定します。DNAに垂直な方向の最大推定拡散係数 D_trans を 10 mega base pair squared per second に設定します。最小統計パラメータ Chi2 Stat を -5 に設定します。DNAに沿った変位とDNAに垂直な変位の最小比 MinX/Y を 2 に設定します。これらのフィルタリングパラメータを通過したすべての生トラジェクトリーは表1に、通過しなかったものは表3にリストされます。表1のトラジェクトリー番号をクリックしてください。そのトラジェクトリーがグラフィックス1および2に表示されます。再生ボタンをクリックして、生の蛍光画像を再生してください。このトラジェトリーが単一分子のスライディングトラジェトリーである場合は、「table2に追加」をクリックしてください。最終的に、table2に追加されたすべてのトラジェトリーは、GUIを閉じる際に保存されます。すべてのフィルタリングステップを通過した軌道をまとめ、そこから平均拡散係数を推定します。平均拡散係数を算出するには、単にcalculate_mean_diffusion_constant.mスクリプトを実行してください。この手順は、in vitroの単一分子生物物理学を研究する多くの人々にとって有益なものです。

a-simple-robust-high-throughput-single-molecule-flow-stretching-assay

Research

JoVE Journal

Biochemistry

生物化学

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ここでは、二枚の光学トラップされたマイクロスフェアの間に懸架単一のDNA分子と相互作用する単一の蛍光標識タンパク質分子を検出するための機器および方法が記載されている。...

タンパク質-DNA相互作用の研究のための単一分子マニピュレーションとイメージングを組み合わせる

この研究は、単一分子蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）を用いて二本鎖DNAのループダイナミクスを測定するための詳細な実験手順を提示する。プロトコルは、Jファクターと呼ばれるループする確率密度を抽出する方法を説明します。...

1分子FRETによるDNAループを研究

ポリエチレングリコール(PEG)とアビジンコーティングされたガラス表面につながれ、マイクロ流体のせん断流で引き伸ばされた蛍光タンパク質DNA結合ペプチド(FP-DBP)で染色された大きなDNA分子を視覚化するアプローチを提示します。...

ペプチドを結合蛍光タンパク質のDNAを用いた表面係留大型DNA分子の可視化

ここで提示されるのは、HJ分解能を研究するために単分子フェルスター共鳴エネルギー伝達を行うためのプロトコルである。解離定数を決定するために、2...

GEN1によるホリデイ接合分解能のリアルタイム調査のための単分子フェルスター共鳴エネルギー伝達法

単一分子レベルでのDNAの部位特異的切断を測定するための高度に平行な方法が記載されている。このプロトコルは、制限エンドヌクレアーゼNdeIを用いた手法を示す。この方法は、部位特異的なDNA切断をもたらす任意のプロセスを研究するために容易に改変することができる。...

部位特異的DNA切断のための並列高スループット単一分子運動アッセイ

マイクロ流体チャンバーを介して研究される視覚的な単一分子生化学は、ガラスバレル、気密シリンジ、チューブとフローセルへのチューブの安定した接続、およびシリンジとチューブの間に切り替えバルブを配置することによる気泡の除去を使用して大幅に促進されます。このプロトコルは、DNAトランザクションと分子間相互作用の視覚化を可能にするデュアルオプティカルトラップを記述します。...

1分子研究のためのデュアル光ピンセットとマイクロ流体工学の使用

このプロトコルは、CMGヘリカーゼによるDNA巻き戻しのライブ可視化のための単一分子アッセイの実施を示しています。(1)DNA基質の調製、(2)蛍光標識 されたDrosophila melanogaster...

CMGヘリカーゼによるDNA巻き戻しの1分子リアルタイム可視化

この方法では、リガンドを提示する固定化されたDNA二本鎖を切断する細胞の傾向を測定して、相対的な細胞牽引力を報告します。破裂した蛍光オリゴを細胞内に送達し、フローサイトメトリーで解析して、細胞の機械的履歴を記録します。これにより、細胞メカノフェノタイピングの文脈で細胞力発生のハイスループット測定が可能になります。...

DNAテンションプローブの細胞内破壊と送達に基づく細胞メカノタイプのハイスループットフローサイトメトリー測定

学ぶ単一分子フローストレッチングアッセイを用いたDNA上の分子輸送の高スループット解析法。バイオチン標識ラムダDNA調製、PEG機能化カバースリップ、TIRFイメージングによる軌跡追跡で、1次元拡散定数の正確な推定を実現します。

シンプルで堅牢、かつ高スループットの単一分子 DNA 分子の輸送を研究するためのストレッチ法の実装を流れ

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