В этой работе подробно описаны надежные базовые процедуры подготовки образцов мембранных белков, меченных изотопами, и их анализа с высоким разрешением с помощью современных методов твердотельной ЯМР-спектроскопии.
Методическая статья
В этой работе подробно описаны надежные базовые процедуры подготовки образцов мембранных белков, меченных изотопами, и их анализа с высоким разрешением с помощью современных методов твердотельной ЯМР-спектроскопии.
Мембранные белки жизненно важны для функционирования клеток и, таким образом, являются важными мишенями для лекарств. Твердотельная спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ssNMR) предлагает уникальный доступ к исследованию структуры и динамики таких белков в биологических мембранах возрастающей сложности. В данной работе мы представляем современную твердотельную ЯМР-спектроскопию как инструмент для изучения структуры и динамики белков в естественных липидных мембранах и на атомном уровне. В таких спектроскопических исследованиях используются высокочувствительные методы ЯМР, т.е. ЯМР, детектируемый протонами (1H), и ДНФ (динамическая ядерная поляризация) с поддержкой ЯМР. Используя бактериальный бета-бочонок BamA и ионный канал KcsA, мы представляем методы получения меченых изотопами мембранных белков и получения структурной и двигательной информации с помощью ssNMR.
Структурные и двигательные исследования мембранных белков в физиологически значимых средах бросают вызов традиционным методам структурной биологии1. Современные методы твердотельной ядерно-магнитно-резонансной спектроскопии (ЯМР) предлагают уникальный подход к характеризации мембранных белков 2,3,4,5,6,7 и уже давно используются для изучения мембранных белков, включая мембранные белковые насосы 8, каналы 9,10,11 или рецепторы12,13,14,15. Технические достижения, такие как сверхвысокие магнитные поля >1000 МГц, быстрые частоты вращения под магическим углом >100 кГц, а также методыгиперполяризации16, сделали ЯМР мощным методом изучения мембранных белков в средах все возрастающей сложности, от липосом до клеточных мембран и даже целых клеток. Например, ДНФ стал мощным инструментом для таких экспериментов (см. ссылку 17,18,19,20,21,22,23,24,25). В последнее время 1H-детектируемый ssNMR предлагает все больше возможностей для изучения мембранных белков с высоким спектральным разрешением и чувствительностью 25,26,27,28,29. В этой работе выделены два бактериальных мембранных белка, которые участвуют в основных функциях, т.е. в вставке белка и транспортировке ионов. Соответствующие белки, BamA 25,30,31,32,33 и KcsA 23,27,28,34,35,36,37,38,39 (или их химерные варианты 10,40) были исследованы с помощью ssNMR методов уже более десяти лет.
Здесь представлен репрезентативный протокол получения и характеристики ssNMR мембранных белков, происходящих из бактериального происхождения. Различные этапы протокола показаны на рисунке 1. Во-первых, объясняется экспрессия, мечение изотопов, очистка и мембранное восстановление BamA. Затем представлен общий рабочий процесс для определения характеристик мембранного белка с помощью ssNMR; в частности, распределение белковых основ мембраны с помощью 1-H-детектируемого ssNMR при быстром магическом угле вращения. Наконец, подробно описываются основы настройки и регистрации экспериментов с динамической ядерной поляризацией (DNP), которые значительно повышают чувствительность сигнала ssNMR.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Производство унифицированных марок 2H, 13C, 15N BamA-P4P5
ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на то, что этот протокол требует работы с непатогенными грамотрицательными бактериями, соблюдение основных процедур биологической безопасности является обязательным, а именно: ношение защитных очков, лабораторных халатов, перчаток и следование стандартным рабочим процедурам учреждения для работы с микроорганизмами.
2. Очистка, рефолдинг и формирование протеолипосомы BamA-P4P5
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы этого раздела должны выполняться в вытяжном шкафу. При открытии пробирок необходимо соблюдать особую осторожность при ограничении содержания вредных аэрозолей после центрифугирования.
3. Заполнение ротора ssNMR
4. Определение характеристик образцов с помощью 2D 13 C-13C ssNMR спектроскопии
5. Назначение магистральных магистралей с помощью 1H-детектируемой 3D ssNMR спектроскопии
6. Динамика белков с помощью1-H-детектируемой ssNMR-спектроскопии
7. Динамическая ядерная поляризация
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие подготовительные шаги относятся к использованию коммерческих установок DNP с использованием 3,2-миллиметровых сапфировых роторов MAS (Рисунок 6)20. Использование роторов из диоксида циркония или другого оборудования DNP может привести к снижению усиления сигнала DNP.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 2 показаны репрезентативные гели для чистоты тела включения (панель А) и повторного складывания тел включения (панель В3). Рисунок 2 подтверждает успешную очистку 13 C,15N-меченного BamA-P4P5.
На фиг.3А показан типичный 2D 13 C-13C спектра хорошо упорядоченного мембранного белка, а на фиг.3B показан типичный высококачеств...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мембранные белки играют ключевую роль в регуляции жизненно важных клеточных функций как у прокариотических, так и у эукариотических организмов; Таким образом, понимание механизмов их действия на атомных уровнях разрешения имеет жизненно важное значение. Существующие методы структурной биологии продвинули научное понимание мембранных белков довольно далеко, но в значительной степени опираются на экспериментальные данные, собранные из систем in vitro, лишенных мембран. В данной статье пред...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа является частью исследовательских программ ECHO, TOP, TOP-PUNT, VICI и VIDI с номерами проектов 723.014.003, 711.018.001, 700.26.121, 700.10.443 и 718.015.00, которые финансируются Голландским исследовательским советом (NWO). Эта статья была поддержана iNEXT-Discovery (проект номер 871037).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Молибдат аммония | Merck | 277908 | |
| Хлорид аммония-15N | Кортекнет | CN80P50 | |
| ампициллин | Sigma Aldrich | A9518 | |
| AMUpol | Cortecnet | C010P005 | |
| бензоназа | EMD Millipore Corp | 70746-3 | |
| Борная кислота | Merck | B6768 | |
| бромофеноловый синий | Sigma | B0126 | |
| дихлорид кальция | Merck | 499609 | |
| хлорид холина | Sigma | C-1879 | |
| хлорид кобальта | Merck | 449776 | |
| медный купорос | Merck | C1297 | |
| D-биотин | Merck | 8512090025 | |
| оксид дейтерия | Cortecnet | CD5251P1000 | |
| Диметилсульфоксид | Merck | D9170 | |
| Этилендиаминтетрауксусная кислота | Sigma Aldrich | L6876 | |
| Фолиевая кислота | Sigma | F-7876 | |
| Глюкоза 13C + 2H | Cortecnet | CCD860P50 | |
| глицерин | Honeywell | G7757 | |
| Глицерин (12C3, 99.95% D8, 98%) | Евизотоп | CDLM-8660-PK | |
| глицерин (необогащенный) | Honeywell | G7757-1L | |
| Глицин | Sigma Aldrich | 50046 | |
| Гуанидина гидрохлорид | Roth Carl | NR.0037.1 | |
| Сульфат железа | Merck | 307718 | |
| изопропил &бета;-D-1-тиогалактопиранизид | Thermofisher | R0392 | |
| Лизогенный бульон | Merck | L3022 | |
| Лизоцим | Sigma Aldrich | L6876 | |
| Хлорид магния - гексагидрат | Fluka | 63064 | |
| Сульфат магния | Merck | M5921 | |
| монокалийфосфат | Merck | 1051080050 | |
| Миоинозитол | Sigma | I-5125 | |
| n-додецил-B-D-мальтозид | Acros Organics | 3293702509 | |
| N,N-диметилдодециламин N-оксид | Merck | 40236 | |
| никатинамид | Sigma | N-3376 | |
| пантотеновая кислота | Sigma | 21210-25G-F | |
| ингибитор протеазы | Sigma | P8849 | |
| Пиридоксаль-HCl | Sigma | Aldrich P9130 | |
| Рибофлавин | Aldrich | R170-6 | |
| Хлорид натрия | Merck | K51107104914 | |
| Натрия дигидрофосфат - моногидрат | Sigma Aldrich | 1,06,34,61,000 | |
| Додецилсульфат натрия | Thermo-scientific | 28365 | |
| Гидроксид натрия | Merck | 1,06,49,81,000 | |
| Сахароза | Sigma Life Science | S9378 | |
| Тиамин-HCl | Merck | 5871 | |
| Tris-HCl | Sigma Aldrich | 10,70,89,76,001 | |
| Хлорид цинка | Merck | 208086 | |
| E.coli BL21 DE3* | New England Biolabs | C2527 | |
| 1,5 мл Ультра-пробирки | Beckman Сошник | 357448 | |
| 30 кДа центробежный фильтр | Amicon | UFC903024 | |
| 3,2 мм сапфировый ротор DNP с колпачками | Cortecnet | H13861 | |
| 3,2 мм тефлоновая вставка | Cortecnet | B6628 | |
| 3,2 мм упаковщик/распаковщик образцов | Cortecnet | B6988 | |
| 3,2 мм Ротор MAS с обычными стенками | Cortecnet | HZ16913 | |
| 3,2 мм Ротор MAS с обычными стенками | Cortecnet | HZ09244 | |
| Набор инструментов для 3,2 мм Тонкостенный ротор | Cortecnet | B136904 | |
| ротор MAS 1,3 мм + колпачки | Cortecnet | HZ14752 | |
| Инструмент для наполнения 1,3 мм | Cortecnet | HZ14714 | |
| 1,3 мм Упаковщик проб | Cortecnet | HZ14716 | |
| 1,3 мм Съемник | колпачков 1,3 ммCortecnet | HZ14706 | |
| набор колпачков 1,3 мм | Cortecnet | HZ14744 | |
| Диализная трубка 12-14 кДа | Spectra/Por | 132703 | |
| Sharpie - Black | Merck | HS15094 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение