We beschrijven gevoelige, gel-gebaseerde discontinue assays om de kinetiek van lagging-strandinitiatie te onderzoeken met behulp van de replicatie-eiwitten van bacteriofaag T7.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
We beschrijven gevoelige, gel-gebaseerde discontinue assays om de kinetiek van lagging-strandinitiatie te onderzoeken met behulp van de replicatie-eiwitten van bacteriofaag T7.
Hier bieden we protocollen voor de kinetische onderzoeking van de achterblijvende-streng DNA-synthese in vitro door de replicatie-eiwitten van bacteriofaag T7. Het T7-replisome is een van de eenvoudigste replicatiesystemen die bekend zijn, samengesteld uit slechts vier eiwitten, wat een aantrekkelijk kenmerk is voor biochemische experimenten. Speciale nadruk wordt gelegd op de synthese van ribonucleotide-primers door de T7-primase-helicase, die door DNA-polymerase worden gebruikt om DNA-synthese te initiëren. Omdat de mechanismen van DNA-replicatie geconserveerd zijn door de evolutie, zouden deze protocollen toepasbaar moeten zijn, of nuttig als een conceptueel springplank, voor onderzoekers die andere modelsystemen gebruiken. De protocollen die hier worden beschreven zijn zeer gevoelig en een ervaren onderzoeker kan deze experimenten uitvoeren en gegevens voor analyse verkrijgen in ongeveer een dag. Het enige gespecialiseerde stuk apparatuur dat vereist is, is een snel-quenching flow-instrument, maar dit stuk apparatuur is relatief gebruikelijk en verkrijgbaar bij verschillende commerciële bronnen. De belangrijkste nadelen van deze assays zijn echter het gebruik van radioactiviteit en de relatief lage doorvoer.
De replicatie van DNA is geconserveerd kenmerk van alle cellulaire leven. Hoewel de identiteit en het aantal replicatie componenten sterk variëren, zijn de algemene mechanismen gedeeld over de evolutie 1. We beschrijven gel gebaseerde discontinue kinetische experimenten, met behulp van radioactieve substraten, gericht op het begrijpen van de kinetiek van achterblijvende streng DNA synthese in vitro door componenten van de T7 replisome. De replicatiemachinerie van bacteriofaag T7 is zeer eenvoudig, bestaande uit slechts vier eiwitten (DNA polymerase, GP5 en de processivity factor, E. coli thioredoxine, de bifunctionele primase-helicase GP4, en de enkelstrengs DNA-bindend eiwit, GP2. 5) 2. Deze functie maakt het een aantrekkelijke modelsysteem om de geconserveerde biochemische mechanismen van DNA-replicatie bestuderen.
Speciale nadruk wordt gelegd op de vorming van ribonucleotide primers door T7 DNA primase, een criticaIk stap in de initiatie van DNA-synthese. Bovendien kan men ook het gebruik van deze primers door T7 DNA- polymerase replicatie of andere eiwitten onderzocht door ze in het reactiemengsel. De T7 primase-helicase, GP4, katalyseert de vorming van primers voor DNA-synthese op specifieke DNA-sequenties genoemd primase herkenningsplaatsen of PRS, (5'-GTC-3 '). De cytosine in het PRS cryptisch, is het essentieel voor herkenning van de website, maar het is niet gekopieerd naar het product 3. De eerste stap in de synthese primer door GP4 omvat de vorming van het dinucleotide pppAC, die vervolgens wordt uitgebreid tot een trimeer en uiteindelijk functionele tetranucleotide primers pppACCC, pppACCA of pppACAC afhankelijk van de sequentie in de mal 4. Deze primers kunnen vervolgens worden gebruikt door T7 DNA polymerase om DNA-synthese, die ook een gp4 werkwijze met 5, 6 initiëren. In dit opzicht is de primasedomein stabiliseert de extreem korte tetraribonucleotides de sjabloon, voorkomen van dissociatie grijpt DNA polymerase zodanig bevorderlijk is voor een primer / matrijs in de polymerase actieve plaats 7. Deze stappen (RNA primer synthese primer handoff te polymerase en extensie) worden herhaald in meerdere cycli op de bekledings bundel repliceren en worden gecoördineerd met de replicatie van de belangrijke bundel.
De hier beschreven assays zijn zeer gevoelig en kan worden uitgevoerd in een gematigd tijdsbestek. Ze zijn echter relatief lage-throughput en goede zorg moet worden betracht bij het gebruik en de verwijdering van radioactieve stoffen. Afhankelijk van de snelheid waarmee de reactie verloopt, kan men een snelle quench-instrument te gebruiken om monsters opbrengen op tijdschalen vatbaar voor zinvolle analyse reactietijd gangen in zowel de constante of de pre-steady state. Onlangs hebben we gebruikten assays hier beschreven evidenc biedene van het belang van primer vrijlating uit de primase domein van GP4 in de inleiding van Okazaki fragmenten. Bovendien toonden we aan een regulerende rol voor het T7 enkelstrengs DNA-bindend eiwit, gp2.5, voor de efficiëntie van vorming en gebruik 8 primer.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LET OP: Volg alle institutionele voorschriften met betrekking tot het veilig gebruik en de verwijdering van radioactief materiaal, inclusief maar niet beperkt tot, het gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen, zoals handschoenen, een veiligheidsbril, laboratoriumjas en passende acryl schilden.
OPMERKING: De standaard buffer bestaat uit 40 mM HEPES-KOH, pH 7,5, 50 mM kalium- glutamaat, 5 mM DTT, 0,1 mM EDTA (dit buffer wordt pre een 5x concentratie) en 0,3 mM van elke dNTP. T7 replicatie eiwitten gezuiverd zoals beschreven 8, 9, 10. Enkelstrengs DNA bevattende één T7 primase herkenningsplaats (5'-GGGTC-3 ', 5'-GTGTC-3', 5'-TGGTC-3 ') is verkrijgbaar bij diverse bedrijven DNA-synthese (de lengte van de ssDNA kan afhangen van het enzym van keuze, voor T7 primase, een pentameer is de minimale lengte template volledige lengte primer te synthetiseren 11, de cryptische C is echter essentieel indien de primer verlengd met polymerase, additionele nucleotiden aanwezig op het 3 'uiteinde van de template. Reacties worden geïnitieerd door het toevoegen van een eindconcentratie van 10 mM MgCl2 en geïncubeerd bij 25 ° C. Handmatige sampling werkt goed voor tijdstippen van 5 seconden of meer. Als tijdstippen korter dan die vereist, wordt aanbevolen een snelle quench-stroom instrument om nauwkeurige gegevens te verkrijgen.
1. Multiple-omzet Primer Synthese Reactie door Manual Sampling
2. Multiple-omzet Primer Synthese Reactie Met behulp van een Rapid-demping Instrument
3. Single-omzet Primer Synthese Reactie
OPMERKING: Single-omzet primer synthese / extensie assays zijn eveneens uitgevoerd om meerdere omzet reacties, met enkele belangrijke verschillen: deze assays volgen de omzetting van radioactief gemerkt ATP in of primer verlengingsproducten, maar de concentratie van substraten en eiwitten considerably hoger. Bovendien, teneinde milliseconde bereiken analyse van de primer synthesereactie toelaten, moet men een snelle quench-stroom machine gebruiken.
4. Data Analysis
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De in Figuur 1A resultaten werden verkregen zoals beschreven in stap 1 van het protocol, dat wil zeggen, door handmatig een primer synthese gekatalyseerd door gp4 onder meervoudige omzetvoorwaarden bemonstering. Hier kan een reeks producten na gelelektroforese worden waargenomen door CTP gemerkt met 32P bij de α-plaats in primer synthesereacties (Figuur 1A). Het gemerkte precursor, CTP, toont de hoogste mobiliteit en ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De belangrijkste factor bij het uitvoeren van deze experimenten is de beschikbaarheid van zeer actieve gezuiverd enzym. Tijdens ons werk met GP4, bijvoorbeeld, vonden wij dat de opslag van het gezuiverde enzym in buffer (20 mM kaliumfosfaat, pH 7,4, 0,1 mM EDTA, 1 mM DTT) bevattende 50% glycerol bij -20 ° C leidt tot een vermindering de specifieke activiteit van het preparaat over een paar maanden. Daarom hebben we nu flash-freeze kleine fracties gezuiverd gp4 in 25 mM Tris-HCl, pH 7,5, 50 mM NaCl, 0,1 mM EDTA, 1 mM TCE...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We danken de leden van het C.C.R. laboratorium voor hun opmerkingen en S. Moskowitz voor de voorbereiding van de figuur. Dit werk werd ondersteund door National Institutes of Health Grants F32GM101761 (A.J.H.) en GM54397 (C.C.R.).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Tris voorgeprogrammeerde kristallen pH 7.5 | SIGMA | T4128 | |
| Tris base | SIGMA | 93362 | |
| L-Glutaminzuur kaliumzout monohydraat | SIGMA | G1501 | |
| Magnesiumchloride hexahydraat | Mallinckrodt Chemicals | 5958-04 | |
| 1,4-Dithiothreitol | J.T. Baker | F780-02 | |
| Natriumdodecylsulfaat | MP Biomedicals | 811030 | |
| (Ethylenedinitrilo) tetraazijnzuur, dinatriumzout, dihydraat | Mallinckrodt Chemicals | 4931-04 | |
| [α-32P] CTP | PerkinElmer | BLU508H | radioactief, neem beschermende maatregelen |
| [γ-32P] ATP | PerkinElmer | BLU502A | radioactief, neem beschermende maatregelen |
| 100 mM dATP, dCTP, dGTP, dTTP | Affymetrix | 77100 | vier dNTPs onderdeel van set |
| 100 mM ATP en CTP | Epicentre | RN02825 | onderdeel van NTP set |
| ssDNA constructies | Integrated DNA Technologies | N/A | aangepaste sequenties |
| methanol | Macron Fine Chemicals | 3017-08 | |
| Formamide | Thermo Scientific | 17899 | |
| Broomfenolblauw | SIGMA | B8026 | |
| Cylene xyanol | SIGMA | X4126 | |
| Acrylamid | SIGMA | A9099 | Toxisch |
| N,N′-Methyleenbisacrylamide | SIGMA | M7279 | Toxisch |
| Urea | Boston Bioproducts | P-940 | |
| Boorzuur | Mallinckrodt Chemicals | 2549 | |
| Rapid Quench-Flow Instrument | Kintek Corp. | RQF-3 | |
| Kintek Explorer | Kintek Corp. | N/A | |
| Kaleidagraph | Synergy Software | N/A |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.