Dit protocol beschrijft NAME, een test die de snelle identificatie mogelijk maakt van moleculen die in vitro de chaperona-activiteiten van het HIV-1 nucleocapside-eiwit kunnen remmen.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft NAME, een test die de snelle identificatie mogelijk maakt van moleculen die in vitro de chaperona-activiteiten van het HIV-1 nucleocapside-eiwit kunnen remmen.
RNA of DNA gevouwen stabiele driedimensionale vouwing interessant doelen in de ontwikkeling van antitumor en antivirale geneesmiddelen. In het geval van HIV-1 virale eiwitten betrokken bij de regulatie van de virusactiviteit herkennen verschillende nucleïnezuren. De nucleocapside eiwit NCp7 (NC) is een belangrijk eiwit reguleren van verschillende processen tijdens virus replicatie. NC is in feite een chaperone destabiliseren van de secundaire structuur van RNA en DNA en de annealing vergemakkelijken. De inactivatie van NC is een nieuwe benadering en een interessant doelwit voor anti-HIV therapie. De N ucleocapsid Een nnealing- M ediated E lectrophoresis (NAAM) test is ontwikkeld om moleculen in staat om het smelten en gloeien van RNA en DNA opgevouwen in thermodynamisch stabiel tridimensional conformaties, zoals haarspeldstructuren van TAR en cTAR elementen van hiv remmen te identificeren, door het nucleocapside-eiwit van HIV-1. De nieuwe test maakt de heroverdrachtCombinant of synthetische eiwitten en oligonucleotiden zonder hun vroegere labeling. De analyse van de resultaten wordt bereikt met standaard polyacrylamide gelelektroforese (PAGE) gevolgd door gebruikelijke nucleïnezuur kleuring. Het protocol gemeld in dit werk wordt beschreven hoe u de naam test met de volledige lengte eiwit of haar ingekorte versie ontbreekt de basis-N-terminale domein uit te voeren, zowel bevoegde als nucleïnezuren chaperones, en hoe de remming van NC chaperone activiteit beoordelen door een threading intercalator. Bovendien kunnen NAME in twee verschillende modi, relevante indicaties over de vermeende werkingsmechanisme van de geïdentificeerde NC remmers verkrijgen.
Het nucleocapside eiwit NCp7 (NC) van humaan immunodeficiëntievirus type 1 (HIV-1) is een klein, basisch eiwit dat nauw geassocieerd is met genomisch RNA in het rijpe infectueuze virus, spelen een sleutelrol bij virusreplicatie als cofactor tijdens reverse transcriptie , genoom herkenning en verpakking. 1-3 NC fungeert als een nucleïnezuur chaperone katalyseert de destabilisatie van stabiele nucleinezuurstructuren en de annealing van complementaire sequenties. Het nucleïnezuur aggregerende activiteit voornamelijk bij de 11 aminozuren N-terminale domein, terwijl de duplex destabiliserende activiteit is toegewezen aan de zinkvinger structuren (12-55 peptide). 4. De positief geladen eiwit verlaagt de elektrostatische barrière van de annealing reactie en verhoogt de snelheid waarmee twee gescheiden complementaire sequenties samenkomen.
Nucleïnezuren gevouwen stabiele conformatie vereisen chaperon activiteiten van NC naar facilitate hun annealing 5 Dit is vooral belangrijk in reverse transcriptie, waarbij NC is cruciaal strand transfer gebeurtenissen. in de negatieve streng overdracht, de negatieve streng DNA halte, net retrotranscribed moeten worden overgebracht en gehybridiseerd aan een complementaire sequentie in het gebied R aan het 3 'uiteinde van het RNA-genoom template. 6 Hoewel thermodynamisch begunstigd deze reactie niet extensief voorkomt in afwezigheid van NC door de aanwezigheid van de stabiele structuur van de trans- activatie responsieve gebied (TAR) RNA in de R's, die moeten worden gekoppeld aan de DNA kopie (cTAR DNA). 7 cTAR en TAR zijn in feite zeer gestructureerd gebieden met een karakteristieke stamlus conformatie. NC eiwit denatureert deze haarspelden en minus-streng overdracht door het verhogen van de intermoleculaire hybridisatie tussen complementaire nucleïnezuurstrengen bevordert. Het mechanisme van NC gloeien van TAR en cTAR is grondig onderzocht en debeschreven als TAR gloeien test in verschillende research papers en de voorgestelde regeling is afgebeeld in uitstekende recensies. 8-11 Samenvattend, NC destabiliseert de secundaire structuur van stabiele RNA zoals TAR-RNA, destabiliseert de secundaire structuur van zijn complementaire sequentie, cTAR-DNA en bevordert de annealing reactie van RNA / DNA leidt TAR / cTAR heteroduplex vorming. 10,11 Hierdoor wordt de streng-overdracht stap tijdens de HIV replicatie begunstigd. 12
NC is een aantrekkelijk doelwit voor de ontwikkeling van nieuwe antivirale middelen aangezien de mogelijke interferentie veroorzaakt door kleine moleculen naar NC zou leiden tot een verlaging van de reverse transcriptie van het virale genoom als gevolg van een gecompromitteerde NC activiteit. 2,13 deze benadering uiteindelijk leiden tot de ontwikkeling van succesvolle anti-HIV-middelen. Tijdens gescreend NC remmers 14 we een test vertrouwen op de bekende eigenschappen ontwikkeldvan nucléocapside om efficiënt te destabiliseren en gloeien complementaire oligonucleotiden. 10,11 We noemden het N ucleocapsid Een nnealing- M ediated E lectrophoresis (NAAM) test. NAME assay gebruikt NC de annealing tussen stabiel gestructureerd exemplaren van complementaire nucleïnezuren bemiddelen, in ons geval het oligonucleotide overeenkomend met het apicale deel van een TAR-RNA-sequentie met de complementaire DNA-sequentie (cTAR) de hybride TAR / cTAR verkregen heteroduplex . De analyse van de TAR / cTAR gloeien reactie in aanwezigheid van NC kan worden onderzocht door native polyacrylamide gelelektroforese (PAGE).
Dit protocol laat zien hoe de NAME assay snel hybridiseren bij kamertemperatuur oligonucleotiden gevouwen stabiele haarspeldstructuren voeren, waarop resultaten van de reactie en mogelijke problemen van het experiment geanalyseerd. Radioactieve labeling van het nucleïnezuur is niet vereist, en detectibetreffende oligonucleotide banden kan worden uitgevoerd met gebruikelijke kleuringen. De test, die ofwel de recombinant eiwit van volledige lengte of afgeknotte synthetische versie van NC werken, maakt de identificatie van schroefdraad intercalatoren remmen NC, een activiteit correleert met de sterke binding aan RNA en DNA. 14
1. Bereiding van materiaal, nucleïnezuren en eiwitten
2. Het opzetten van Gel Apparaten en Gieten van het Gel
3. nucleocapsid Annealing-gemedieerde Elektroforese (NAAM) Assay
4. Het verwijderen van de gel en gelkleuring
Figuur 1 toont een representatief resultaat van de nucleocapside Annealing Mediated Electrophoresis (NAAM) assay uitgevoerd i) met de volledige lengte recombinant eiwit, ii) zonder het eiwit, namelijk mengen cTAR + TAR en incuberen tot 1 uur bij kamertemperatuur, en iii ) dezelfde test uitgevoerd met (12-55) NC, een synthetisch peptide zonder de 11 aminozuren N-terminale domein. De voorgevouwen TAR en cTAR gemengd en de vorming van de gegloeide heteroduplex TAR / cTAR werd gevolgd in aanwezigheid van de volledige lengte recombinant NC (linker lanen van figuur 1), in afwezigheid van eiwit (centrale lanen in figuur 1 ), en in aanwezigheid van de afgeknotte (12-55) NC peptide (rechter lanen in figuur 1). Controles worden: gevouwen cTAR, gevouwen TAR, en getemperd hybride (TAR / cTAR), verkregen door middel van thermische denaturatie van het stabiel gevouwen structuren van TAR om cTAR gevolgd door hun trage annealing. 14
Het vermogen van NC twee stabiele nucleïnezuursequenties in het verlengde heteroduplex helix denatureren duidelijk zichtbaar: de volledige lengte NC eiwit leidt direct tot de vorming van de TAR / cTAR hybride: 0 "geeft de minimale tijd passeren tussen toevoeging van NC naar de monsters en de toevoeging van gel-laadbuffer, waarbij de reactie stopt; volledige vorming al na 15 'incubatietijd bereikt. De toename van de intensiteit van de gegloeide heteroduplex loopt parallel met de afname in de intensiteit van de gevouwen cTAR en TAR oligonucleotiden. De heteroduplex vorming wordt ook bereikt in aanwezigheid van de afgeknotte vorm, namelijk de (12-55) NC, bevestigt de biologische activiteit van het synthetische peptide. Bij afwezigheid van het eiwit of het peptide de heteroduplex vorming niet waargenomen en TAR en cTAR oligonucleotiden zal hechten bij kamertemperatuur in de heteroduplex (figuur 1). Inalle experimenten, de snelle vorming van instabiele intermediairen ("intermediaire complexen" in figuur 1) die afnamen in de tijd wordt waargenomen, consistent met de voorgestelde van strenguitwisseling door de haarspeldbochten van cTAR en TAR tot de juiste nucleïnezuren vouwmechanisme. 17
Een mogelijke oplossen van het experiment is het ontbreken van SDS in de gel laadbuffer. Bij afwezigheid van SDS in de GLB het resultaat van de reactie is weergegeven in figuur 2 en vergeleken met de resultaten met GLB + SDS. De voorgevouwen TAR en cTAR gemengd en gedurende 3 uur bij kamertemperatuur voor 3 uur bij 37 ° C met recombinant volledige lengte NC eiwit. Na incubatie werden de monsters in tweeën gesplitst: de helft gel loading buffer zonder SDS (GLB) werd toegevoegd, terwijl de andere helft GLB werd met SDS (GLB SDS). Monsters werden op de gel geladen en de positie van de nucleïnezuren banden werd zichtbaar gemaakt na het gel gerund doorkleurstof kleuring. Toen NC aanwezig maar de monsters werden geladen met GLB werden alle nucleïnezuren bands opgeschoven: dit wordt verwacht en geeft een sterke binding tussen het proteïne en nucleïnezuren. De resultaten GLB SDS worden in uiterst rechts van de gel: de toevoeging van SDS denatureert het eiwit vrijgeeft de nucleïnezuren uit het stabiel complex met het eiwit, waardoor de vergelijking met de controles.
De NAME test wordt gebruikt om het vermogen van threading intercalatoren dynamische nucleinezuurstructuren stabiliseren en remmen NC chaperone activiteit beoordelen. 14 inrijgen intercalatoren zijn planaire aromatische moleculen gesubstitueerd met volumineuze zijketens gelegen aan de andere plaatsen van het ringsysteem, zoals anthrachinon figuur 3A. 18 Deze intercalerende kunnen draad door de dubbele helix van nucleïnezuren, uiteindelijk vinden van hun zijketens in elke groef van de dubbelehelix. 19,20
Figuur 3B toont de resultaten van de assay NAME in aanwezigheid van verbinding 1, een bekende threading intercalator, 18 in aanwezigheid van volledige lengte NC of het afgeknotte peptide. In beide gevallen wordt de vorming van de TAR / cTAR hybride door NC verminderd door de concentratie van de intercalator, terwijl, tegelijkertijd, de hoeveelheid vrije TAR en cTAR toeneemt. De afgeknotte vorm van het eiwit die het N-terminale staart (12-55NC) gevoeliger voor de remming van de activiteit: dit verschil werd geverifieerd bij alle tot nu toe geteste verbindingen.
De NAME test kan worden uitgevoerd op twee manieren, hetzij door vooraf incuberen van de testverbinding met NC, gevolgd door toevoeging van de gevouwen oligonucleotiden (NC-voorincubatie modus) of door incuberen van de testverbinding gedurende 15 min met de gevouwen nucleïnezuur substraten , gevolgd door toevoeging van NC en een verdere incubatie gedurende 15 min (oligo-preincubation modus). Hoewel de totale incubatietijd is hetzelfde in de twee verschillende standen, de voorincubatie met gevouwen oligonucleotiden vóór toevoeging van de NC aan meer tijd voor het inrijgen van de intercalatoren in de gevouwen nucleïnezuur. Dit resulteert in een sterkere stabilisatie van hun dynamische structuren en tot een gemakkelijker remming van NC chaperonne activiteiten. De analyse van de NAME assay in twee modi verbetert derhalve verschillen in werkingsmechanisme van NC-remmers, zoals weergegeven in figuur 4: als verbinding 1 werd geanalyseerd door NAME in de oligo-preïncubatie stand (figuur 4, lanen links) toont krachtige remming van NC-gemedieerde annealing, terwijl veel lagere remming wordt waargenomen in de NC-preïncubatie stand (figuur 4, lanen rechts). Let voor de bepaling van remmende concentraties terwijl screening sets verwante verbindingen met deze assay en in deze omstandigheden elke experimentelement moet ten minste in drievoud met tussenruimte concentraties (vooral rond de IC50 waarde). 14

Figuur 1:. NAAM test met full-length NC en met de afgekapt (12-55) NC gevouwen TAR en cTAR, elk 1 uM, werden met recombinant NC of met (12-55) NC (oligo / NC = 1 / 8) voor 0 min, 15 min, 30 min en 1 uur. TAR en cTAR geïncubeerd in de afwezigheid van eiwit (0 min, 15 min, 30 min en 1 uur) werden gebruikt als negatieve controle. Gevouwen TAR, gevouwen cTAR en de hybride TAR / cTAR verkregen na thermische denaturatie gevolgd door in vitro annealing werden als controles. De reacties werden vervolgens gestopt met GLB SDS. Monsters werden gescheiden op een 12% polyacrylamide gel in TBE 1x; Na elektroforese nucleïnezuren op de gel werd gekleurd en gedetecteerd op een transilluminator.

Figuur 2:. Effect van SDS in gelbeladingsbuffer (GLB) bij de analyse van TAR / cTAR gloeien door NC TAR en cTAR, voorgevouwen in TNMg 1x, werden met volledige lengte recombinant NC (oligo / NC = 1/8) voor 3 uur bij kamertemperatuur of bij 37 ° C. GLB of GLB SDS werden vervolgens naar het geïncubeerd met NC monsters toegevoegd. Controls: TAR, cTAR en de gegloeide hybride TAR / cTAR (elk 1 uM). Elektroforese werd uitgevoerd met een 12% polyacrylamide gel in TBE 1x; Na elektroforese nucleïnezuren op de gel werd gekleurd en gedetecteerd op een transilluminator. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Figuur S4 van:. Sosic, A. et al Ontwerp, MedChemComm 4, 1388-1393 synthese en biologische evaluatie van de TAR en cTAR bindmiddelen als HIV-1 nucleocapsid remmers, doi:. 10,1039 / c3md00212h (2013) .


Figuur 4: Oligo-voorincubatie versus NC-voorincubatie modi: effecten op NAAM test voorincubatie Oligo-mod.e: TAR gevouwen en gevouwen cTAR, elk 1 uM, werden vooraf geïncubeerd met de aangegeven concentraties van de schroefdraad intercalator 1 gedurende 15 minuten en vervolgens nog 15 min in aanwezigheid van de volledige lengte NC (8 uM) NC-voorincubatie. mode: de aangegeven concentraties van de schroefdraad intercalator 1 gepreïncubeerd met de volledige lengte NC (8 uM) gedurende 15 minuten en vervolgens nog 15 minuten in de aanwezigheid van TAR gevouwen en gevouwen cTAR, elk 1 uM. Gevouwen TAR, gevouwen cTAR en de uitgebreide heteroduplex TAR / cTAR werden als controles. Alle reacties werden uiteindelijk gestopt met GLB SDS. Monsters werden gescheiden op een 12% polyacrylamide gel in TBE 1x; Na elektroforese nucleïnezuren op de gel werd gekleurd en gedetecteerd op een transilluminator.
NAME is een test waarmee de remming van de chaperone activiteit van het nucleocapside-eiwit van HIV-1, een interessant doelwit bij het zoeken van nieuwe anti-HIV geneesmiddelen snelle beoordeling. NC bindt snel en bij kamertemperatuur nucleïnezuren waarvan stabiele vouwen anders thermische denaturatie bij hoge temperatuur, gevolgd door zorgvuldig uitgloeien vereisen. De test kan worden uitgevoerd met ofwel volledige lengte NC of de afgeknotte (12-55) NC: in beide gevallen de twee nucleïnezuren (RNA en zijn complementaire DNA kopie) snel gegloeid. Dit is consistent met de literatuur waarneming met het afgeknotte peptide NC: gloeien wordt geïnitieerd door de efficiënte smelten van de steel van cTAR gevolgd door de interactie van de complementaire apicale lus, die een zwak NC bindingsplaats, met de complementaire sequentie van TAR apicale lus, terechtkomen via verschillende instabiel tussenproducten bij het uitgebreid gegloeid hybride. 21
NC is een zeer stabiel protein en weinig problemen tijdens het uitvoeren van NAAM zou kunnen optreden. Het is echter belangrijk om vers SDS toe in de gelbeladingsbuffer toegepast om de reactie te stoppen: als dit niet wordt bereikt, wordt de gel niet het nucleïnezuur banden op de juiste posities tonen. In feite, NC is een nucleïnezuur bindend eiwit, zodat te kunnen visualiseren TAR / cTAR heteroduplex door gelelektroforese SDS moeten in de gelbeladingsbuffer het eiwit te denatureren en deze los van zijn strakke complex met nucleïnezuren. Dit is ook een mogelijke oplossen van problemen van het experiment, dat wil zeggen de vorming van verschoven bands tijdens de gel run. Dit effect is bijzonder duidelijk als de volle lengte NC werd gebruikt, zoals in figuur 2, en is gekoppeld aan de aanwezigheid van de sterk basische N-terminale staart heeft sterke aggregerende effect op nucleïnezuren.
De aanwezigheid van de terminale basische staart maakt de annealing reactie moeilijker worden geremd, zoals getoondn in figuur 3 met behulp van verbinding 1, een vertegenwoordiger threading intercalator, dwz een intercalator bijzonder efficiënt bij het stabiliseren van de stam-lus structuren van teer en van cTAR. In feite is dit soort interactie met nucleïnezuren voorkeur wanneer uitstulpingen en lussen onderbreken dubbele helix continuïteit, vereenvoudigen het schroefdraad van de volumineuze substituenten in de basenparen. Stabilisatie van TAR en cTAR door deze nucleïnezuur bindmiddelen is eerder geanalyseerd door bepaling van de verhoging van de smelttemperatuur van de twee oligonucleotiden. 14 Bovendien is de toename smelttemperatuur correleert met de remming van de annealing gekatalyseerd door HIV-1 NC, leidt de verminderde vorming van de heteroduplex TAR / cTAR en aangeeft dat threading intercalatoren zijn een interessante klasse van bindmiddelen voor dynamische structuren van RNA als de TAR-element. 14
Het werkingsmechanisme ingeroepen voor deze compounds kan verder worden bevestigd door het uitvoeren van de assay NAME in verschillende alternatieve formaten, zoals weergegeven in figuur 4: bij intercalatoren de remming versmolten heteroduplex wordt versterkt wanneer het geneesmiddel wordt geïncubeerd met de twee gevouwen oligo. Verbindingen handelen met ander werkingsmechanisme, zoals directe bindmiddelen van de NC eiwit, zou minder beïnvloed door de verschillende voorincubatie modus. NAME assay uitgevoerd in de twee werkwijzen kan daarom worden gebruikt om bibliotheken van verbindingen te screenen voor het identificeren van remmers NC, en ook de mogelijke werkingsmechanisme van de positieve treffers beoordelen terwijl voor anti-HIV geneesmiddelen gericht op NC. Is duidelijk dat de toepassing van deze technieken alleen toen roepen voor een specifiek werkingsmechanisme van geïdentificeerde NC remmers niet voldoende, en andere geschikte biochemische assays nodig zijn werkhypothese ondersteunen. 14
Ten slotte moet worden benadrukt dat NAAM maakt gebruik van zeergezuiverde enzymen, hetzij recombinant of synthetisch, waardoor waardevolle informatie over de "in vitro" remming van NC van de geteste verbindingen. Dit is de "kracht en zwakte" van de test: NAAM kan goed aanvullen virtuele screening en moleculaire modellering benaderingen in de voorbereidende stappen van drug discovery programma's, zodat snel op te bouwen en te analyseren structuur-activiteit relaties en uiteindelijk ombuigen de synthese en drug design. Zoals andere biochemische assays gebruikt geneesmiddelenontwikkeling projecten HIV, NAME geen gegevens over de effecten van vermeende remmers in virus geïnfecteerde cellen bevatten.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dit werk werd ondersteund door Ministero degli Affari Esteri (MAE, DRPG, Unità per la cooperazione scientifica e tecnologica, Grant: PGR Italy-USA) en door MIUR, Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (Grant: 2010W2KM5L_006).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| cTAR, 29-mer DNA oligo. Ontzilt. HPLC gezuiverd. | Metabion International AG | Bewaar de stock oplossing bij -20 °C | |
| TAR, 29-mer RNA oligo. Ontzilt. HPLC gezuiverd. | Metabion International AG | Bewaar de stock aliquot bij -80 °C | |
| (12-55)NC peptide | EspiKem srl | Bewaar de stock oplossing bij -20 °C | |
| 1,5 ml buisjes | Eppendorf | 0030 120 086 | Autoclaveer voor gebruik |
| 0,5 ml buisjes | Eppendorf | 0030 121 023 | Autoclaveer voor gebruik |
| Biosphere Filter Tips 0,1-10 µl | Sarstedt | 701,130,210 | |
| Biosphere Filter Tips 2-20 µl | Sarstedt | 70,760,213 | |
| Biosphere Filter Tips 200 µl | Sarstedt | 70,760,213 | |
| Spuitfilter 0,22 µm | Biosigma srl | 51,798 | |
| Ethanol | Carlo Erba | 414631 | |
| Natriumdodecylsulfaat | Sigma-Aldrich | 71725-50G | |
| Dimethylsulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418-1L | |
| Natriumchloride | Sigma-Aldrich | 71376-1KG | |
| Boorzuur | Sigma-Aldrich | B0252-2.5KG | |
| Ethyleendiaminetetra-azijnzuur | Sigma-Aldrich | E5134-500G | |
| Magnesiumperchloraat | Sigma-Aldrich | 222283-100G | Bewaar de 1 M oplossing bij -20 °C |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | 49770-1L | |
| Broomfenolblauw | GE Healthcare Life Sciences | 17-1329-01 | |
| N,N,N’,N’-Tetramethylethyleendiamine | Sigma-Aldrich | T9281-100ML | |
| Ammoniumpersulfaat | Sigma-Aldrich | A7460-500G | Bereid de 10% oplossing vers voor gebruik |
| Acrylamid-bis klaar voor gebruik oplossing 40% (19:1) | Merck Millipore | 1006401000 | Polyacrylamide is zeer neurotoxisch: draag handschoenen tijdens het giet van de gel |
| Tris ultrazuiver | Applichem | A1086,1000 | |
| DEPC-behandeld water | Ambion | AM9922 | |
| Centrifuge 5415R | Eppendorf | 22,621,408 | |
| NanoDrop 1000 spectrometer | Thermo Scientific | ||
| UV-VIS spectrometer Lambda 20 | Perkin Elmer | ||
| Protean II xi Cel | Bio-Rad | 165-1803 | |
| PowerPac Basic voeding | Bio-Rad | 164-5050 | |
| SybrGreen II RNA Gel Staining | Lonza | 50523 | Maak de 1/10.000 verdunning in TBE 1x. Bewaar deze in het donker bij 4 °C gedurende twee weken. |
| Geliance 600 Imaging System | Perkin Elmer |