우리는 박테리오 파지 복제 시스템의 단백질에 의해 매개 개인의 DNA 분자의 실시간 복제를 관찰하는 방법을 설명합니다.
방법 논문
우리는 박테리오 파지 복제 시스템의 단백질에 의해 매개 개인의 DNA 분자의 실시간 복제를 관찰하는 방법을 설명합니다.
우리는 박테리오 파지 복제 시스템의 단백질에 의해 매개 개인의 DNA 분자의 실시간 복제를 관찰하는 방법을 설명합니다. 선형 λ DNA는 한 가닥의 끝 부분에 비오틴과 같은 스트랜드의 다른 끝에 digoxigenin의 잔기을 가지고 수정됩니다. biotinylated 결국은 기능화 유리 coverslip과 작은 구슬로 digoxigeninated 끝에 첨부되어 있습니다. 흐름 세포의 표면에 이러한 DNA - 비즈 tethers의 조립이 층류가 구슬에 드래그 힘을 발휘에 적용할 수 있습니다. 결과적으로 DNA가와 병렬 유량 (그림 1)에 의해 결정됩니다 강제에 coverslip의 표면 가까이에 뻗어있다. DNA의 길이는 비드의 위치를 모니터링하여 측정됩니다. 단일 및 이중 좌초된 DNA 사이의 길이 차이는 분기점에서 복제 단백질의 활동에 대한 실시간 정보를 얻을 활용하고 있습니다. 비드의 위치를 측정하는 것은 긴장을 풀기 DNA와 중합 (그림 2)의 속도와 processivities의 정확한 결정을하실 수 있습니다.
1. DNA 복제 템플릿
반응에 대한 DNA가 복제 포크를 형성 oligonucleotides의 어닐링에 의해 수정된 선형 λ의 DNA입니다. 또한, 비오틴은 λ의 DNA 중 한 가닥의 끝 부분에 첨부하고, digoxigenin의 잔기가 같은 스트랜드 1 상대방에 첨부되어 있습니다.
자료 : 박테리오 파지 λ의 DNA, Oligonucleotides : biotinylated 포크 팔 (A : 5' - 비오틴 - AAAAAAAAAAAAAAAAGAGTACTGTACGATCTAGCATCAATCACAGGGTCAGGTTCGTTATTGTCCAACTTGCTGTCC - 3 '), λ - 보완 포크 팔 (B : 5' - GGGCGGCGACCTGGACAGCAAGTTG GACAATCTCGTTCTATCACTAATTCACTAATGCAGGGAGGATTTCAGATATGGCA - 3'), 포크 프라이머 (C : 5 ' - TGCCATATCTGAAATCCTCCCTGC - 3 '), λ - 보완 digoxigenin 엔드 (D : 5' - AGGTCG CCGCCCAAAAAAAAAAAA - digoxigenin - 3'), T4 DNA Ligase의, T4 폴리 뉴클레오 타이드의 키나제, 열 차단.
2. 염주
비즈는 digoxigenin에 대한 특이성이있는 팹의 조각과 함께 작용합니다. 그들은 다음 DNA 복제 템플릿 2에 첨부하실 수 있습니다.
자료 : Tosyl 활성화 구슬, α - digoxigenin 팹 조각, 버퍼 : 0.1 M H3BO3 산도 9.5, 버퍼 B : 0.1 M PBS 산도 7.4, 0.1 % W / V BSA, 버퍼 C : 0.2 M 트리스 - HCL pH는 8.5 (25 ° C), 0.1 % W / V BSA, 자기 구분자, 회전.
3. 기능화 Coverslips
유리 coverslip에 DNA의 첨부 파일을 허용하려면, 유리 먼저 다음 biotinylated PEG 분자에 결합하는 aminosilane와 작용합니다. 이 코팅은 표면에 3,4와 함께 DNA와 복제 단백질의 특이 현상이 상호 작용을 줄일 수 있습니다.
재료 : 유리 coverslips, 스테 이닝 항아리, 3 aminopropyltriethoxysilane, 메톡시 - PEG5k - NHS 에스테르, 비오틴 - PEG5k - NHSester, 아세톤, 1M 코, 에탄올, 오븐, 목욕 sonicator을
4. 흐름 챔버 준비
실험 기능화 coverslip, 양면 테이프, 석영 튜브 슬라이드와 함께 건설 간단한 흐름 챔버를 사용하여 수행됩니다. 하나의 흐름 챔버는 각 단일 분자 실험 2,4에 대한 준비가되어 있습니다.
재료 : 양면 테이프, 면도날, 튜브, 빠른 건조 에폭시를위한 구멍이있는 석영 슬라이드, 기능화 coverslip, streptavidin 용액 (PBS 1 MG / ML 25 μL), 튜브, 차단 버퍼 (5 배 : 20 MM 트리스 산도 7.5, 2 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산), 50 MM NaCl, 0.2 MG / ML BSA, 0.005 % 트윈 - 20), 작업 버퍼 (1X : 20 MM 트리스 - HCL 산도 7.5, 2 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산), 50 MM NaCl).
5. 단일 분자 복제 실험
일단 DNA의 템플릿과 기능화 구슬을 준비하고, 흐름 챔버가 준비되었으며, 단일 분자 실험을 수행할 수 있습니다.
자료 : 준비 흐름 챔버, 차단 버퍼 (5 배 : 20 MM 트리스 - HCL 산도 7.5, 2 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산), 50 MM NaCl, 1 MG / ML BSA, 0.025 % 트윈 - 20), 작업 버퍼 (1X : 20 MM 트리스 - HCL 산도 7.5, 2 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산), 50 MM NaCl), (1X 또는 10mM MgCl 2없이 T7 복제 버퍼 : 40 MM 트리스 - HCL 산도 7.5, 50 MM K - 글루 탐 산염, 2 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산), 100 μg / ML BSA, 10 MM DTT, 600 μm의 dNTPs), 복제 단백질, 10X 목적, CCD 카메라, 희토류 영구 자석, 주사기 펌프, airspring, 섬유의 조명기, 컴퓨터 이미지 수집 소프트웨어와 함께 반전 광학 현미경.
6. 대표 결과
성공적인 실험에서는 (동시에 100 개 이상의 구슬을 관찰하실 수 있습니다 리딩 스트랜드 합성 ). 실험은 최고의 스트랜드의 DNA 합성을 표시하는 수많은 흔적을 얻을 것입니다.
데이터 분석 :
요금 및 긴장을 풀기 DNA와 중합의 processivities를 측정하기 위해, 구슬의 정확한 위치가 결정되어야합니다. 당신은 2 차원 가우스 함수 이러한 위치를 피팅하여 얻을 수 있습니다. 궤도는 다음 추적 소프트웨어 (예 : DiaTrack)를 사용하여 각 프레임에 추적 구슬 위치로 추출하실 수 있습니다. 이제 정말 모든 그래픽을 사용하여 시간의 함수로 구슬 위치를 계획하여 궤도를 시각화하기 위해 준비ftware (예 : 오리진). 속도 데이터를 얻기 위해, 선형 회귀와 플롯에 맞게하고 기울기를 계산합니다. processivity 들어, 단축 이벤트 (그림 3)의 끝을 처음부터 DNA의 전체 길이를 결정합니다. 이 숫자의 두 basepairs로 변환해야합니다. basepairs에 비드 운동을 변환하려면, 먼저 반응 유량에 버리지 λ의 DNA 분자의 길이를 측정해야합니다. λ의 DNA의 길이가 (48,502 BP) 알려져 있기 때문에 당신은 실험적인 강제에 기본 쌍 / 픽셀의 수를 조정할 수있다. 증가 정확성에 대해, 관심이 효소 변경되지 않은 구슬 밧줄의 기본 추적의 흔적에서 뺍니다. 모든 단일 측정과 플롯 속도와 processivity의 배포판에 결합합니다. 가우스와 단일 지수 함수, 각각 (그림 3)를 사용하여 데이터를 맞습니다.

그림 1. 단일 분자 실험 설정. (A) 듀플렉스 λ DNA가 (48.5 KB) 5를 통해 흐름을 세포의 표면에 연결된 '비오틴 - streptavidin 상호 작용을 사용하여 한 가닥의 끝, 그리고 3'같은 스트랜드의 끝을 사용하여 구슬에 첨부되어 있습니다 digoxigenin 안티 digoxigenin 상호 작용. 준비하는 복제 포크는 효소의 로딩 있도록 비드 반대 끝에 형성됩니다. (B) 비드 - DNA 어셈블리는 버퍼의 층류를 사용하여 늘어과 넓은 필드 광학 현미경을 사용하여 몇 군데 있습니다. 상수 스트레칭 힘을을 유지하면서, 시간이 지남에 따라 구슬의 위치를 추적함으로써, DNA 구조의 길이는 모니터링할 수 있습니다. 낮은 세력 아래에 (C) 확장 ssDNA의 프로필 (채워진 동그라미)와 dsDNA (오픈 서클). 점선 완전히 DS - λ DNA의 crystallographic 길이 16.3 μm의를 보여줍니다. 3 PN 주변 세력에 ssDNA와 dsDNA 사이의 길이의 큰 차이점은 DNA의 길이 모니터링 변경 SS 및 dsDNA간에 전환의 직접적인 관찰이 가능합니다. DNA - 결합 구슬 다수의 동시 시각화 한 실험에 여러 개인 replisomes의 연구 있습니다.

그림 2 박테리오 파지 T7 복제 단백질 :.의 DNA 중합 효소 (gp5과 thioredoxin의 복잡한)와 DNA helicase (gp4)는 deoxyribonucleotides과 마그네슘의 존재에 DNA 가닥을 선도하는 종합. 이 과정은 coiling에 의한 DNA 보온 스트랜드의 단축과 함께합니다. 비드의 ssDNA 변경 위치에 dsDNA의 전환. 비드의 위치를 측정하는 것은 DNA 복제의 속도와 processivity의 정확한 결정을하실 수 있습니다.

그림 3. 단일 분자 선도 - 스트랜드 합성 실험에서 전형적인 데이터의 예. DNA 복제의 Processivity이 단축 이벤트의 끝을 처음부터 DNA의 총 길이와 동일합니다. DNA 복제의 속도는 선형 회귀와 음모를 피팅하고 경사를 계산하여 얻을 수 있습니다. 측정의 숫자에서 결합 데이터를 얻은되었습니다 삽입된 페이지 보여주는 속도와 processivity 배포판. 데이터는 각각 가우스와 단일 지수 함수를 사용하여 장착되었습니다.
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층류 흐름에 의해 구슬을 끼쳤다 드래그 팀은 복제 단백질의 효소 활동에 영향을 미치지 않도록하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 0.012 ML / 분 유량에 해당하는 3 PN 인력은 DNA 선도 가닥의 복제에는 영향을 미치지 않습니다. 그것은 그러나 조정의 DNA 합성 동안을 효소 활동에 영향을 미치지 않으며, 그것은 따라서 1.5 PN을 줄일 수있다. 드래그 힘을 쉽게 유속 또는 유량 채널 5 너비를 변경하여 제어할 수 있습니다.
분석에 이르는 DNA 사이 이중 및 단일 좌초된 DNA의 길이 차이를 고용합니다. 실험 ssDNA 여기 dsDNA의 변환을 설명하는 것은 최고의 스트랜드 합성 (그림 2)의 결과로 발생합니다. 당신은 ssDNA 6 PN 아래 낮은 스트레칭 세력 (그림 1)에서만 dsDNA보다 짧은 것을 기억한다.
이 방법의 개선 가능성은 3' - 끝에 두 번째 구슬을 첨부하여 복제 템플...
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분석에 이르는 DNA의 발전은 폴 Blainey, 종 봉과 사미르 Hamdan하여 주었되었습니다. 이 작품은 찰스 리차드슨 (GM54397), 그리고 안토니 반 Oijen (GM077248)로 건강을 부여의 국립 연구소에 의해 지원됩니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 박테리오파지 λ DNA | New England Biolabs | N3011L | |
| DNA 올리고뉴클레오티드 | 통합 DNA 기술 | ||
| T4 DNA 리가제 | New England Biolabs | M0202L | |
| T4 폴리뉴클레오티드 키나아제 | New England Biolabs | M0201L | |
| α-digoxigenin Fab | Roche Group | 11214667001 | |
| Tosyl Activated Beads | Invitrogen | 142-03 | |
| 자기 분리기 | Invitrogen | Dynal MPC | |
| 3-aminopropyl-triethoxysilane | Sigma-Aldrich | A3648 | 다른 아미노실란을 사용하거나 더 희박한 표면을 위해 비아민 반응성 실란과 혼합할 수 있습니다 |
| Succinimidyl propionate PEG, | Nektar | 유사한 PEG는 Nanocs, CreativePEGWorks 등에서 구입할 수 있습니다. | |
| Biotin-PEG-NHS | Nektar | 유사한 PEG는 Nanocs, CreativePEGWorks 등에서 구입할 수 있습니다. | |
| 양면 테이프 | Grace Bio-Lab Inc. | SA-S-1L | 100 μ m 두께 |
| 석영 슬라이드 | 테크니컬 유리 | 20mm(W)x 50mm(L)x 1mm(H) | 커버슬립에 맞는 크기. 다이아몬드 팁 드릴 비트로 구멍을 뚫습니다 (DiamondBurs.net) |
| 폴리에틸렌 튜빙 | BD Biosciences | 427416 | 0.76 mm ID, 1.22 OD 다른 크기의 튜빙으로 대체할 수 있습니다. |
| Streptavidin | Sigma-Aldrich | S4762 | Make 1 mg/mL 용액, 25 μ L PBS pH 7.3 |
| Deoxyribonucleotide triphosphate 용액 혼합물 | New England Biolabs | N0447 | |
| 도립 광학 현미경 10X 대물렌즈 | Olympus Corporation | Olympus IX-51 | |
| Permament 희토류 자석 | 국내 수입 | www.rare-earth-magnets.com | |
| CCD 카메라 | QImaging | Rolera-XR Fast 139 | |
| 주사기 펌프 | Harvard Apparatus | 11 Plus | 용액 교체를 용이하게 하기 위해 리필 모드에서 작동 |
| Fiber Illuminator | Thorlabs Inc. | OSL1 |
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