BioSAXS is een krachtig hulpmiddel om de vorm van nano-sized objecten 1-4 te bepalen. De verstrooiing van röntgenstraling door een oplossing met macromoleculen, grootte in het nm wordt opgenomen bij zeer lage hoeken. Dit hoekbereik bevat informatie over globale parameters: de straal van winding; de grootste intraparticle afstand; het deeltje vorm; en de mate van vouwen, denaturatie of aandoening. De techniek is niet vereist kristallen, en het macromolecuul in oplossing blijft en dus in bepaalde omstandigheden nabootsen belangrijke parameters van de cel, zoals ionsterkte, pH, enz. De kennis van deze elementen gehouden kunnen helpen om, bijvoorbeeld, de fysiologisch relevante oligomere toestand van een eiwit van belang of om een voorgestelde model van een complex te valideren. De karakterisering van proteïne-proteïne interacties in verschillende bufferomstandigheden, het creëren van modellen ontbrekende domeinen, de verfijning van homologie modellen en debeëindiging van discrete gevouwen en ontvouwen toestanden kunnen snel en eenvoudig 5 worden uitgevoerd.
Zoals met elke techniek, BioSAXS intrinsieke tekortkomingen: geaggregeerde of gedenatureerde monsters, mengsels van deeltjes, heterogene monsters, stralingsschade en buffer mismatches kan leiden tot niet-interpreteerbare gegevens. Voor veel analysemethoden wordt impliciet aangenomen dat het monster monodisperse, een vereiste dat vaak moeilijk te verkrijgen in de praktijk. In veel gevallen, de afbraak van het monster is subtiel en kan niet in de gegevens op zichzelf worden gedetecteerd en elke poging om de gegevens te interpreteren geeft onnauwkeurige of misleidende resultaten. Om deze hindernissen te overwinnen, de combinatie van grootte-uitsluitingschromatografie (SEC) en SAXS werd uitgevoerd op vele bundellijnen datakwaliteit te waarborgen en deze techniek toegankelijker voor steeds moeilijker monsters 6-11 maken. Onlangs hebben we een nieuwe methode voor het repertoire van ontwikkeling online ionenuitwisselingchromatografie (IEC) -gekoppelde SAXS 12. Beide technieken zijn het openen van SAX om een breed scala van biologische deeltjes die vroeger onmogelijk te analyseren. De keuze van de methode om te gebruiken is afhankelijk van de biofysische eigenschappen van de deeltjes van belang.
SEC scheidt macromoleculen door hun omvang, waarbij ten minste 10% verschil in schijnbare molecuulmassa nodig voor de scheiding. Fysieke beperkingen van de kolom en fysiologische eigenschappen van de monsters, zoals hydrofobe oppervlakken, flexibiliteit, en het gebrek aan stabiliteit, ook bemoeilijken het verzamelen van gegevens, analyse en interpretatie.
Ionenuitwisselingschromatografie, welke moleculen op basis van hun lading te scheiden, dus hun bindingsaffiniteit aan de kolom IEC, kan worden gebruikt in plaats van of naast SEC. De totale lading kan gemakkelijk worden gemanipuleerd door het veranderen van de pH of het variëren van de zoutconcentratie van de buffer, voor een relatief eenvoudige werkwijze voor de gecontroleerde elution van de moleculen van de kolom IEC. Via de lading, de scheiding van soortgelijke en groottes van moleculen die anders moeilijk te scheiden zou kunnen worden routinematig uitgevoerd IEC. Bovendien IEC heeft het voordeel te kunnen gaan met verdunde monsters, zodat men de concentratiestappen, waarbij het potentiële risico van denatureren van het eiwit dragen voorkomen. Helaas, als de ladingsverdeling sterk sample-afhankelijke, IEC vereist optimalisatie met betrekking tot de pH en zoutconcentraties 13,14.
Voor veel proteïnen die moeilijk uit te drukken, zuiveren, of beide, slechts geringe hoeveelheden monster beschikbaar te bestuderen. Het is van belang efficiënt en het aantal zuiveringsstappen de verliezen te minimaliseren en derhalve. Daarom is de laatste zuiveringsstap online direct vóór SAXS data acquisitie, teneinde de waarschijnlijkheid van het verzamelen van een goede dataset verhogen.
HierPresenteren wij en vergelijk online SEC-SAX en IEC-SAXS. Beide technieken werden uitgevoerd op BioSAXS bundellijn BM29 aan de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankrijk 15. Als een test case, gebruikten we de D5N en helicase domein van de vaccinia virus eiwit D5, die vrij moeilijk te analyseren structureel met andere methoden was. De vaccinia virus is een lid van de familie Poxviridae en is 98% identiek aan het variolavirus, de oorzaak van pokken. Met behulp van de vaccinia-systeem, bestuderen we de replicatie machines, met de nadruk hier op de essentiële helicase-primase D5.
D5 is een 95-kDa eiwit met een N-terminale archeo-eukaryote primase (AEP) domein 16 gevolgd door een cysteïne clustergebied (res. 240-345) 16. Verder naar de C-terminus heeft een D5N domein (res. 340-460), die altijd geassocieerd met D5-type helicasen, en tenslotte een superfamilie 3 (SF3) helicasedomein (res. 460-785) 17 (Figure 1A). De helicase domein van D5 bouwt een hexamere ringstructuur die nodig is voor sterke binding aan DNA. Dankzij de recente SAX en EM-studies, worden de lage resolutie structuren van de primase en de helicase domeinen nu bekend 18.
Hier laten we zien hoe de geïmplementeerde online chromatografie technieken te gebruiken op de BioSAXS bundellijn BM29 bij ESRF om inzicht te krijgen in de structuur van het C-terminale fragment (residu 323-785) van D5.