Ten protokół opisuje wysokoprzepustowy system przesiewowy, który wykorzystuje polaryzację fluorescencyjną określonej sondy fluorescencyjnej wiążącej się z receptorem jądrowym jako odczyt do badania zanieczyszczeń środowiska.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje wysokoprzepustowy system przesiewowy, który wykorzystuje polaryzację fluorescencyjną określonej sondy fluorescencyjnej wiążącej się z receptorem jądrowym jako odczyt do badania zanieczyszczeń środowiska.
Wykryto rosnące poziomy związków chemicznych w środowisku, powodując powszechne zanieczyszczenie i stwarzając zagrożenia dla zdrowia ludzkiego. Jednak pomimo ich dużego występowania w środowisku, istnieje bardzo niewiele informacji na temat ich skutków toksykologicznych. Pilne jest opracowanie wysokoprzepustowych metod badań przesiewowych (HTS), które mogłyby stanowić podstawę badań toksykologicznych. W tym badaniu opracowano test wiązania receptor-ligand przy użyciu systemu HTS w celu określenia siły wiązania zanieczyszczeń środowiskowych z receptorami jądrowymi. Test przeprowadza się przy użyciu czytnika mikropłytek (tj. 96-dołkowej płytki zawierającej różne substancje chemiczne) poprzez pomiar polaryzacji fluorescencji (FP) określonej sondy fluorescencyjnej. Test ten składa się z czterech części: budowy i transformacji wektorów rekombinowanych, ekspresji i oczyszczania białka receptorowego (domeny wiążącej ligand), wiązania receptor-sonda oraz konkurencyjnego wiązania substancji chemicznych z receptorem. W celu zilustrowania procedury oznaczania określono siłę wiązania dwóch zanieczyszczeń środowiska, kwasu perfluorooktanosulfonowego (PFOS) i fosforanu trifenylu (TPHP), z receptorem gamma aktywowanym proliferatorem peroksysomów (PPARγ). Na koniec omówiono również zalety i wady tej metody oraz jej potencjalne zastosowania.
Duża liczba substancji chemicznych została powszechnie wykryta w środowisku i ciałach ludzkich, co budzi poważne obawy dotyczące ich wpływu na środowisko ekologiczne i zdrowie ludzi1,2,3. Pomimo częstego występowania w środowisku, informacje na temat ich skutków toksykologicznych są skąpe. W związku z tym pilne jest opracowanie wysokoprzepustowych metod badań przesiewowych (HTS) w celu ułatwienia oceny toksyczności chemicznej.
Zgłoszono kilka metod wysokoprzepustowych badań przesiewowych (HTS) do oceny toksyczności chemicznej, takich jak testy biologiczne HTS używane w programach Tox21 i ToxCast4,5. Metody te mogą szybko zidentyfikować potencjalne substancje toksyczne i dostarczyć cennych informacji na temat mechanizmów toksyczności chemicznej. Jednak te testy biologiczne HTS opierają się głównie na systemach opartych na komórkach, które mogą być złożone i kosztowne. Dodatkowo, metody sekwencjonowania o wysokiej przepustowości zostały również wykorzystane do oceny toksyczności chemicznej, ale osiągnięcie wysokoprzepustowej oceny chemikaliów pozostaje wyzwaniem6. W poprzednich badaniach opracowano testy konkurencyjnego wiązania receptor-ligand oparte na polaryzacji fluorescencyjnej (FP) w celu określenia siły wiązania kilku zanieczyszczeń środowiska, w tym substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS)7,8,9, bisfenol A (BPA)10,11 i cząstki stałe (PM)12, z receptorami jądrowymi, takimi jak receptor aktywowany proliferatorem peroksysomów (PPAR)7,8,9,10,13, farnezoidowy receptor X (FXR)11,12 i receptor tarczycy (TR)14,15. Takie podejście jest wydajne, ekonomiczne i zapewnia wgląd w mechanizmy mechaniczne.
W tym badaniu, protokół testu wiązania receptor-ligand jest opisany na podstawie wykrywania polaryzacji fluorescencji (FP) małej sondy fluorescencyjnej. Zasada testu wiązania receptor-ligand opartego na FP jest zilustrowana na Rysunek 1. Kiedy mała cząsteczka fluorescencyjna jest wzbudzana przez światło spolaryzowane w płaszczyźnie, emitowane światło staje się wysoce zdepolaryzowane z powodu szybkiej rotacji molekularnej. Jednak, gdy znacznik wiąże się z większym receptorem, jego rotacja jest spowolniona. Wysoka wartość FP jest wykrywana, gdy znacznik jest związany z dużym receptorem, podczas gdy niska wartość FP jest obserwowana, gdy znacznik jest wolny. Receptor gamma aktywowany proliferatorem peroksysomów (PPARγ) został oczyszczony w celu związania sondy z receptorem. Rozyglitazon (Rosi), kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) i fosforan trifenylu (TPHP) były używane do konkurowania o wiązanie sondy z receptorem. Rosi, swoisty agonista PPARγ, był stosowany jako kontrola pozytywna w testach konkurencyjnego wiązania receptora. Ponadto PFOS i TPHP zostały wcześniej zidentyfikowane jako słabi agoniści PPARγ w poprzednich badaniach8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Ponadto należą one do różnych kategorii strukturalnych związków znanych z narażenia środowiskowego i wyróżniają się stosunkowo wysokimi wskaźnikami wykrywalności w populacjach ludzkich. Związki te wykorzystano do dalszej walidacji szerokiego zastosowania testu wiązania konkurencji. Procedura składa się z czterech etapów: budowy i transformacji wektorów rekombinowanych, ekspresji i oczyszczania białka receptorowego (domeny wiążącej ligand), wiązania receptor-sonda oraz konkurencyjnego wiązania substancji chemicznych z receptorem.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Szczegóły dotyczące odczynników i sprzętu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Budowa i transformacja wektorów rekombinowanych
UWAGA: PPARγ jest zależnym od ligandu czynnikiem transkrypcyjnym o klasycznej strukturze receptora jądrowego, składającej się z domeny wiążącej DNA, która reguluje geny docelowe i domeny wiążącej ligand aktywowanej przez ligandy. Po aktywacji liganda, PPARγ tworzy heterodimer z innym receptorem jądrowym, receptorem retinoidowym X (RXR) i wiąże się z elementami odpowiedzi PPARγ, regulując w ten sposób transkrypcję dalszych genów docelowych9,16.
2. Ekspresja i oczyszczanie białka receptorowego
3. Test wiązania receptora
UWAGA: W tym teście, C1-BODIPY-C12 został użyty jako specyficzna dla miejsca sonda fluorescencyjna do ustalenia systemu wiązania receptor-ligand. C1-BODIPY-C12, specyficzny ligand dla PPARγ, jest fluorescencyjnym analogiem kwasu tłuszczowego z grupą fluorescencyjną BODIPY wbudowaną w kwas tłuszczowy w pozycji C1.
4. Konkurencyjny test wiązania
UWAGA: W tym teście do wiązania receptora użyto 800 nM ludzkiej sondy PPARγ-LBD i 50 nM sondy C1-BODIPY-C12. Rozyglitazon (Rosi), fosforan trifenylu (TPHP) i kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) stosowano w celu konkurowania z wiązaniem sondy z PPARγ.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ekspresja i oczyszczanie białka PPARγ-LBD
Białko PPARγ-LBD wyekspresowano heterologicznie w szczepie BL21 (DE3) jako białko z tagiem histydynowym. Białko wykryto w frakcjach rozpuszczalnych, a oczyszczone PPARγ-LBD wykazało pojedynczy prążek w elektroforezie SDS-PAGE o pozornej masie cząsteczkowej około 34,9 kDa (Rysunek 2), co jest zgodne z przewidywaną masą cząsteczkową białka.
Wiązanie sondy C1-BODIPY-C12 z P...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Polaryzacja fluorescencyjna (FP), powierzchniowy rezonans plazmonowy (SPR) i magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) są powszechnymi technikami stosowanymi do oceny bezpośrednich oddziaływań wiążących między białkami i związkami19,20. FP jest szeroko stosowany w badaniu interakcji molekularnych w celu odkrywania leków i chemicznych badań przesiewowych 21,22,23. Dla porównania...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie występują konflikty interesów.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (Grant nr 82103875).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sonda C1-BODIPY-C12 | Thermo Fisher Scientific, Chiny | 102209-82-3 | Wiąże się z PPARγ-LBD i emituje fluorescencję. |
| Coomassie Brilliant Blue R-250 | Solarbio, Chiny | 6104-59-2 | Zabarwić pasma białkowe. |
| Pryzmat GraphPad | Dotmatics | https://www.graphpad.com/features | |
| imidazol | Solarbio, Chiny | I8090 | Przygotuj do procesu oczyszczania białek. |
| Izopropyl β-D-1-tiogalaktopiranozyd | Solarbio, Chiny | 367-93-1 | Indukuj ekspresję PPARγ-LBD |
| Czytnik mikropłytek | Biotek, USA | Synergy H1 | Wykrywanie wartości FP |
| Odczynnik NaCl | Shanghai | 7647-15-5 | Przygotuj do procesu oczyszczania białka. |
| NaH2PO4 · 2H2O | Odczynnik Shanghai | 13472-35-0 | Przygotuj do procesu oczyszczania białka. |
| Ni NTA Beads 6FF | Smart-Lifesciences, Chiny | SA005005 | Oczyszczanie białek. |
| Pochodzenie 8.5 | OriginLab, Northampton, Massachusetts, Stany Zjednoczone | ||
| Kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) | J& K Scientific Ltd, Chiny | 1763-23-1 | Wykryte zanieczyszczenia środowiska |
| Fluorek fenylometylosulfonylu (PMSF) | Solarbio, Chiny | P0100 | Hamują degradację białek. |
| PPARγ-Zestaw do oznaczania konkurencji | Thermo Fisher Scientific | PV6136 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/PV6136 |
| PPARγ-Zestaw do badań przesiewowych ligandów LBD | Cayman | 600616 | https://www.caymanchem.com/product/600616 |
| Rozyglitazon (Rosi) | aladyn, Chiny | 122320-73-4 | Agoniści PPARγ |
| Wytrząsarka | ZHICHENG, Chiny | ZWY-211C | Ekspansja kultur bakteryjnych i indukcja ekspresji białek |
| Fosforan trifenylu (TPHP) | Macklin, Chiny | T819317 | Wykryte zanieczyszczenia środowiska |
| Tris | Solarbio, Chiny | T8230 | Przygotuj do procesu oczyszczania białek. |
| Tryptone | OXOID Limited, Chiny | LP0042B | Przygotuj bulion lizogeniczny (LB). |
| Myjka ultradźwiękowa | Kimberly, Chiny | LHO-1 | Zakłóć bakterie, aby osiągnąć całkowitą |
| lizę Mocznik | Solarbio, Chiny | U8020 | Przygotuj do procesu oczyszczania białek. |
| Ekstrakt drożdżowy | OXOID Limited, Chiny | LP0021B | Przygotuj bulion lizogeniczny (LB). |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny