O ribossomo é um complexo de ribonucleoproteína de 20 nm de grande porte de uma subunidade grande (50S) e uma pequena (30S). Ele monta peptídeos longos ao longo do modelo mRNA de forma processiva e cooperativa. O ribossomo 30S se liga ao fMet-tRNAfMet e mRNA para iniciar a síntese proteica, e o 50S então se junta para formar o complexo de iniciação 70S. Os tRNAs trazem aminoácidos para o ribossomo no local A (local de ligação aminoacyl-tRNA), enquanto a cadeia de peptidyl alongada é mantida no local P (peptidyl-tRNA binding site). No complexo de pré-translocação, a cadeia de peptidyl é transferida para o tRNA no local A com um aminoácido adicionado. Enquanto isso, o tRNA p-site está desativado. Em seguida, os A-, P-tRNAs movem-se para os locais P-, E-para formar o complexo pós-translocação, no qual o E-site representa o local de saída do tRNA. Neste estado, o peptidyl-tRNA volta para o local P. O ciclo de alongamento continua entre as pré e pós-conformações enquanto o ribossomo transloca no mRNA, um codon de cada vez1. O ribossomo é altamente coordenado de diferentes locais funcionais para tornar esse processo eficiente e preciso, como a catraca inter-subunidade2, as flutuações de hibridização do tRNA3,as ativações GTPase4,L1 stalk opening-closing5, etc. Consequentemente, ribossomos rapidamente se desfantemem porque cada molécula se move em seu próprio ritmo. Os métodos convencionais só podem deduzir parâmetros médios aparentes, mas espécies de baixa população ou de curta duração serão mascaradas no efeito médio6. O método de molécula única pode quebrar essa limitação detectando cada ribossomo individualmente, e então identificar diferentes espécies através da reconstrução estatística7. Diferentes sites de rotulagem foram implementados para sondar dinâmicas ribossósmos, como as interações entre tRNA-tRNA8,EF-G-L119,L1-tRNA10,etc. Além disso, rotulando as subunidades grandes e pequenas, respectivamente, cinéticas de catraca inter-subunidade e coordenação com fatores são observadas11,12. Enquanto isso, o método smFRET tem amplas aplicações em outros processos biológicos centrais, e métodos FRET multicolorentes estão surgindo13.
Anteriormente, um novo par de FRET ribossomo foi desenvolvido14,15. A proteína ribossômica recombinante L27 foi expressa, purificada e rotulada, e incorporada de volta ao ribossomo. Essa proteína interagiu com os tRNAs a uma distância próxima e ajudou a estabilizar o tRNA do local P no complexo pós-translocação. Quando o tRNA mudou do A- para o local P, a distância entre essa proteína e o tRNA é encurtada, o que pode ser distinguido pelo sinal smFRET. Múltiplas subpopulações ribossas foram identificadas usando métodos estatísticos e mutagênese, e a troca espontânea dessas populações no complexo pré-, mas não pós-translocação, sugere que o ribossomo é mais flexível antes de seguir em frente ao mRNA, e mais rígido durante a decodificação16,17,18. Essas variações são essenciais para a função ribossosome. Aqui, o protocolo descreve os detalhes da rotulagem/tRNA ribossomo/tRNA, sua incorporação no ribossomo, preparação da amostra smFRET e aquisição/análise de dados19.