Opisujemy czułe, żelowe testy nieciągłe, aby zbadać kinetykę inicjacji opóźnionej nici przy użyciu białek replikacyjnych bakteriofaga T7.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy czułe, żelowe testy nieciągłe, aby zbadać kinetykę inicjacji opóźnionej nici przy użyciu białek replikacyjnych bakteriofaga T7.
Tutaj udostępniamy protokoły do badania kinetycznego syntezy opóźnionej nici DNA in vitro przez białka replikacyjne bakteriofaga T7. Replisom T7 jest jednym z najprostszych znanych systemów replikacji, składającym się tylko z czterech białek, co jest atrakcyjną cechą dla eksperymentów biochemicznych. Szczególny nacisk kładziony jest na syntezę starterów rybonukleotydowych przez prymazę-helikazę T7, które są wykorzystywane przez polimerazę DNA do inicjacji syntezy DNA. Ponieważ mechanizmy replikacji DNA są zachowane w całej ewolucji, protokoły te powinny być stosowane lub użyteczne jako koncepcyjna odskocznia dla badaczy korzystających z innych systemów modelowych. Opisane tutaj protokoły są bardzo czułe, a doświadczony badacz może przeprowadzić te eksperymenty i uzyskać dane do analizy w ciągu około jednego dnia. Jedynym wymaganym specjalistycznym sprzętem jest przyrząd do szybkiego wygaszania, ale ten sprzęt jest stosunkowo powszechny i dostępny z różnych źródeł komercyjnych. Do głównych wad tych testów należy jednak zastosowanie radioaktywności i stosunkowo niska przepustowość.
Replikacja DNA jest zachowaną cechą całego życia komórkowego. Chociaż tożsamość i liczba komponentów replikacji są bardzo różne, ogólne mechanizmy są wspólne dla wszystkich evolution1. W tym miejscu opisano żelowe, nieciągłe eksperymenty kinetyczne z wykorzystaniem substratów promieniotwórczych, mające na celu zrozumienie kinetyki syntezy opóźnionej nici DNA in vitro przez składniki replikosomu T7. Maszyneria replikacji bakteriofaga T7 jest bardzo prosta, składa się tylko z czterech białek (polimerazy DNA, gp5 i jej czynnika procesywności, tioredoksyny E. coli, dwufunkcyjnej prymazy-helikazy gp4 i jednoniciowego białka wiążącego DNA, gp2.5)2. Ta cecha sprawia, że jest to atrakcyjny system modelowy do badania konserwatywnych mechanizmów biochemicznych zaangażowanych w replikację DNA.
Szczególny nacisk kładziony jest na tworzenie starterów rybonukleotydowych przez prymazę DNA T7, co jest kluczowym krokiem w inicjacji syntezy DNA. Ponadto można również zbadać zastosowanie tych starterów przez polimerazę DNA T7 lub inne białka replikacyjne, włączając je do mieszaniny reakcyjnej. Helikaza prymazy T7, gp4, katalizuje tworzenie starterów do syntezy DNA w określonych sekwencjach DNA zwanych miejscami rozpoznawania prymazów lub PRS (5'-GTC-3'). Cytozyna w PRS jest tajemnicza, jest niezbędna do rozpoznania witryny, ale nie jest kopiowana do product3. Pierwszy etap syntezy starterów przez gp4 polega na utworzeniu dinukleotydu pppAC, który jest następnie rozszerzany do trimera, a ostatecznie do funkcjonalnych starterów tetranukleotydowych pppACCC, pppACCA lub pppACAC w zależności od sekwencji w szablonie4. Te startery mogą być następnie wykorzystane przez polimerazę DNA T7 do zainicjowania syntezy DNA, która jest również procesem wspomaganym przez gp45,6. W związku z tym domena prymazowa stabilizuje niezwykle krótkie tetrarybonukleotydy z matrycą, zapobiegając ich dysocjacji, angażuje polimerazę DNA w sposób sprzyjający zabezpieczeniu startera/matrycy w miejscu aktywnym polimerazy7. Etapy te (synteza startera RNA, przekazanie startera do polimerazy i wydłużenie) są powtarzane w wielu cyklach w celu replikacji opóźnionej nici i muszą być skoordynowane z replikacją nici wiodącej.
Opisane tutaj testy są bardzo czułe i mogą być wykonane w umiarkowanym czasie. Są one jednak stosunkowo mało przepustowe i należy zachować dużą ostrożność przy stosowaniu i usuwaniu materiałów promieniotwórczych. W zależności od szybkości, z jaką przebiega reakcja, można użyć przyrządu do szybkiego wygaszania, aby uzyskać próbki w skalach czasowych nadających się do miarodajnej analizy przebiegów czasu reakcji w stanie ustalonym lub wstępnym. Ostatnio użyliśmy opisanych tutaj testów, aby dostarczyć dowodów na znaczenie uwalniania starterów z domeny prymazowej gp4 w inicjacji fragmentów Okazaki. Ponadto znaleźliśmy dowody na regulacyjną rolę jednoniciowego białka wiążącego DNA T7, gp2.5, w promowaniu wydajnego tworzenia i wykorzystania starterów8.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Przestrzegaj wszystkich przepisów instytucjonalnych dotyczących bezpiecznego używania i usuwania materiałów radioaktywnych, w tym, ale nie ograniczając się do używania środków ochrony osobistej, takich jak rękawice, okulary ochronne, fartuch laboratoryjny i odpowiednie osłony akrylowe.
UWAGA: Standardowy bufor składa się z 40 mM HEPES-KOH, pH 7,5, 50 mM glutaminianu potasu, 5 mM DTT, 0,1 mM EDTA (ten bufor jest wstępnie przygotowany przy 5-krotnym stężeniu) i 0,3 mM każdego dNTP. Białka replikacyjne T7 są oczyszczane zgodnie z opisem8,9,10. Jednoniciowe DNA zawierające pojedyncze miejsce rozpoznawania prymazy T7 (5'-GGGTC-3', 5'-GTGTC-3', 5'-TGGTC-3') można kupić w różnych firmach zajmujących się syntezą DNA (długość ssDNA może zależeć od wybranego enzymu, w przypadku prymazy T7 pentamer to minimalna długość matrycy do syntezy startera o pełnej długości11, ponieważ kryptyczne C jest niezbędne, jednak jeśli starter ma być rozszerzony przez polimerazę, dodatkowe nukleotydy muszą być obecne na końcu 3' matrycy. Reakcje rozpoczyna się przez dodanie końcowego stężenia 10 mM MgCl2 i inkubuje w temperaturze 25 °C. Ręczne pobieranie próbek sprawdza się w przypadku punktów czasowych wynoszących 5 sekund lub więcej. Jeśli wymagane są krótsze punkty czasowe, zaleca się użycie przyrządu do szybkiego wygaszania w celu uzyskania dokładnych danych.
1. Reakcja syntezy starterów z wieloma obrotami przez ręczne pobieranie próbek
2. Reakcja syntezy starterów wieloobrotowych przy użyciu przyrządu do szybkiego wygaszania
3. Reakcja syntezy startera jednoobrotowego
UWAGA: Testy syntezy/przedłużania starterów jednoobrotowych są przeprowadzane podobnie jak reakcje wielokrotnej rotacji, z kilkoma zasadniczymi różnicami: testy te następują po przemianie znakowanego radioaktywnie ATP w produkty startera lub przedłużenia, jednak stężenie substratów i białek jest znacznie wyższe. Ponadto, aby uzyskać rozdzielczość milisekundową umożliwiającą analizę reakcji syntezy starterów, należy użyć maszyny o szybkim przepływie.
4. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki przedstawione w Rysunek 1A pozyskano zgodnie z opisem w krok 1 protokołu, t. j.poprzez ręczne pobieranie próbek z reakcji syntezy startera katalizowanej przez gp4 w warunkach wielokrotnego obrotu. W tym przypadku, po elektroforezie żelowej, można zaobserwować szereg produktów przy użyciu CTP znakowanego za pomocą 32P w pozycji α w reakcjach syntezy starterów (Rycina 1A). Oznakowany prekursor, CTP, wykazuje najwy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najważniejszym czynnikiem w przeprowadzaniu tych eksperymentów jest dostępność wysoce aktywnego oczyszczonego enzymu. Podczas naszej pracy z gp4 stwierdziliśmy, na przykład, że przechowywanie oczyszczonego enzymu w buforze (20 mM fosforanu potasu, pH 7,4, 0,1 mM EDTA, 1 mM DTT) zawierającym 50% glicerolu w temperaturze -20 °C prowadzi do zmniejszenia specyficznej aktywności preparatu w ciągu kilku miesięcy. Dlatego teraz zamrażamy małe porcje oczyszczonego gp4 w 25 mM Tris-HCl, pH 7,5, 50 mM NaCl, 0,1 mM EDTA, 1 mM TCEP ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy członkom laboratorium C.C.R. za komentarze i S. Moskowitzowi za przygotowanie rysunku. Prace te były wspierane przez National Institutes of Health Grants F32GM101761 (A.J.H.) i GM54397 (C.C.R.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wstępnie ustawione kryształy Tris pH 7,5 | SIGMA | T4128 | |
| Baza Tris | SIGMA | 93362 | |
| Kwas L-glutaminowy sól potasowa monohydrat | SIGMA | G1501 | |
| Sześciowodny chlorek magnezu | Mallinckrodt Chemicals | 5958-04 | |
| 1,4-Ditiothreitol | J.T. Baker | F780-02 | |
| Dodecylosiarczan sodu | MP Biomedicals | 811030 | |
| (Ethylenedinitrilo) Kwas tetraoctowy, sól disodowa, dihydrat | Mallinckrodt Chemicals | 4931-04 | |
| [α-32P] CTP | PerkinElmer | BLU508H | radioaktywny, podejmij środki ochronne |
| γ-32P] ATP | PerkinElmer | BLU502A | radioaktywny, podejmij środki ochronne |
| 100 mM dATP, dCTP, dGTP, dTTP | Affymetrix | 77100 | cztery dNTP część zestawu |
| 100 mM ATP i CTP | Epicentrum | RN02825 | część zestawu NTP |
| konstrukcje ssDNA | Zintegrowane technologie DNA | Nie dotyczy | niestandardowych sekwencji |
| metanol | Macron Fine Chemicals | 3017-08 | |
| formamid | Thermo Scientific | 17899 | |
| błękit bromofenolowy | SIGMA | B8026 | |
| Cylen Xyanol | SIGMA | X4126 | |
| akryloamid | SIGMA | A9099 | Toxic |
| N,N′ -metylenobisakryloamid | SIGMA | M7279 | toksyczny |
| Mocznik | Boston Bioproducts | P-940 | |
| Kwas borowy | Mallinckrodt Chemicals | 2549 | |
| Przyrząd do szybkiego gaszenia | Kintek Corp. | RQF-3 | |
| Odkrywca Kintek | Kintek Corp. | Nie dotyczy | |
| Kaleidagraph | Synergy Software | N/A |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.