Дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа (DRaCALA) может быть использовано для идентификации малых лигандсвязывающих белков организма с помощью библиотеки ORFeome.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа (DRaCALA) может быть использовано для идентификации малых лигандсвязывающих белков организма с помощью библиотеки ORFeome.
За последнее десятилетие был достигнут огромный прогресс в понимании малых сигнальных молекул в бактериальной физиологии. В частности, целевые белки нескольких вторичных мессенджеров (NSM), полученных из нуклеотидов, были систематически идентифицированы и изучены в модельных организмах. Эти достижения в основном связаны с разработкой нескольких новых методов, включая метод захвата соединений и дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа (DRaCALA), которые использовались для систематической идентификации целевых белков этих малых молекул. В данной работе описывается использование NSM, гуанозин пента- и тетрафосфатов (p)ppGpp, в качестве примера и видеодемонстрации метода DRaCALA. Используя DRaCALA, 9 из 20 известных и 12 новых целевых белков (p)ppGpp были идентифицированы в модельном организме Escherichia coli K-12, демонстрируя силу этого анализа. В принципе, DRaCALA может быть использован для изучения небольших лигандов, которые могут быть помечены радиоактивными изотопами или флуоресцентными красителями. Здесь обсуждаются критические шаги, плюсы и минусы DRaCALA для дальнейшего применения этой техники.
Бактерии используют несколько небольших сигнальных молекул для адаптации к постоянно меняющимся средам1,2. Например, аутоиндукруторы, N-ацилгомосериновые лактоны и их модифицированные олигопептиды, опосредовывают межклеточную связь между бактериями для координации поведения популяции, явление, известное как ощущение кворума2. Другой группой малых сигнальных молекул является NSM, включая широко изученный циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), циклический ди-АМФ, циклический ди-гуанозинмонофосфат (циклический ди-GMP) и гуанозин пента- и тетрафосфаты (p)ppGpp1. Бактерии производят эти NSM в ответ на множество различных стрессовых состояний. После производства эти молекулы связываются со своими белками-мишенями и регулируют несколько различных физиологических и метаболических путей, чтобы справиться с возникающими стрессами и повысить выживаемость бактерий. Поэтому идентификация белков-мишеней является неизбежной предпосылкой для расшифровки молекулярных функций этих малых молекул.
Последнее десятилетие стало свидетелем бума знаний об этих небольших сигнальных молекулах, в основном благодаря нескольким техническим инновациям, которые раскрыли целевые белки этих малых молекул. К ним относятся метод захвата соединения3,4,5и дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа (DRaCALA)6, которые будут обсуждаться в этой статье.
Изобретенный Винсентом Ли и его коллегами в 2011году 6,DRaCALA использует способность нитроцеллюлозной мембраны дифференциально секвестрировать свободные и связанные с белком лиганды. Молекулы, такие как белки, не могут диффундировать на нитроцеллюлозной мембране, в то время как небольшие лиганды, такие как NSM, способны. Смешивая NSM(например,ppGpp) с тестируемым белком и обличивая их на мембране, можно ожидать двух сценариев(рисунок 1):Если (p)ppGpp связывается с белком, радиомаркированный (p)ppGpp будет удерживаться в центре пятна белком и не будет диффундировать наружу, давая интенсивную маленькую точку(т.е., сильный радиоактивный сигнал) под фосфоритатором. Однако, если (p)ppGpp не связывается с белком, он будет свободно диффундировать наружу, производя большое пятно с однородным фоновым радиоактивным сигналом.
Кроме того, DRaCALA может обнаружить взаимодействие между небольшой молекулой и неочищенным белком в цельном клеточном лизате, если белок присутствует в достаточном количестве. Эта простота позволяет использовать DRaCALA для быстрой идентификации белковых мишеней с помощью библиотеки экспрессии ORFeome. Действительно, целевые белки цАМФ7,циклический ди-АМФ8,циклический ди-GMP9,10и (p)ppGpp11,12,13 были систематически идентифицированы с помощью DRaCALA. В этой видеостатье используется (p)ppGpp в качестве примера для демонстрации и описания критических шагов и соображений при успешном проведении скрининга DRaCALA. Следует отметить, что более подробное описание DRaCALA14 настоятельно рекомендуется прочитать в сочетании с этой статьей перед выполнением DRaCALA.

Рисунок 1:Принцип DRaCALA. (A) Схема анализа DRaCALA. Подробности см. в тексте. (B)Количественная оценка и расчет фракции связывания. Подробности см. в тексте. Вкратце, пятна DRaCALA будут проанализированы путем рисования двух кругов, которые ограничивают все пятно и внутреннюю темную точку(т. Е.Сохраненный (p)ppGpp из-за связывания тестируемого белка). Специфическим связывающим сигналом является радиоактивный сигнал внутреннего круга (S1) после вычитания неспецифического фонового сигнала (вычисляется по A1 × ((S2-S1)/(A2-A1))). Фракция связывания представляет специфический сигнал связывания, деленный на общий радиоактивный сигнал (S2). Сокращения: DRaCALA = дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа; (p)ppGpp = гуанозин пента- и тетрафосфаты; RT = комнатная температура. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Приготовление цельноклеточных лизатов
2. Очистка Relseq и GppA
ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомбинантные белки Relseq из Streptococcus equisimilis и GppA из E. coli K-12 используются для синтеза радиомаркированных pppGpp и ppGpp соответственно.
3. Синтез 32P-меченых pppGpp и ppGpp
| Объем (мкл) | ||
| Малый масштаб | Крупномасштабных | |
| Сверхчистая вода | ||
| 10x Relseq буфер* | 2 | 50 |
| ATP (финал 8 мМ) | ||
| Relseq (4 μM финал) | ||
| 32 32 P-α-гуанозинтрифосфат (GTP) (конечный 120 нМ) (ОСТОРОЖНО) | 0.2 | 5 |
| итог | 20 | 500 |
Таблица 1: Сбор информации для мелко- и крупномасштабных реакций синтеза 32P-меченых pppGpp. *10x Relseq буфер содержит 250 мМ Tris-HCl, pH 8,6; 1М НаКл; 80 мМ MgCl2. Аббревиатура: pppGpp = гуанозинпентафосфат.
4. Скрининг DRaCALA белков-мишеней (p)ppGpp
5. Количественная оценка и идентификация потенциальных белков-мишеней

Рисунок 2:Общий рабочий процесс процесса скрининга DRaCALA. Производство белка из коллекции Escherichia coli ASKA индуцируется, и клетки лизируются. Между тем, рекомбинантные белки Relseq-His и GppA-His очищаются и используются для синтеза 32P-меченых pppGpp и ppGpp из 32P-α-GTP. Затем радиоактивно меченые молекулы (p)ppGpp смешивают с лизатами, и 96-контактный инструмент используется для обнаружения смесей на нитроцеллюлозной мембране для последующего воздействия на экран хранения люминофора, визуализации и количественной оценки радиоактивных сигналов. Сокращения: DRaCALA = дифференциальное радиальное капиллярное действие лигандного анализа; (p)ppGpp = гуанозин пента- и тетрафосфаты; RT = комнатная температура; IPTG = изопропил β-d-1-тиогалакопиранозид; ГТФ = гуанозин 5'-трифосфат; SDS-PAGE = электрофорез додецилсульфат-полиакриламидного геля натрия; TLC = тонкослойная хроматография. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Следование описанному выше протоколу обычно дает два типа результатов(рисунок 3).
На фиг.3А показана пластина с относительно низкими фоновыми сигналами связывания (фракции связывания < 0,025) из большинства скважин. Положительный сигнал связывания от скважины H3 дает фракцию связывания ~0,35, что намного выше, чем наблюдаемая для других скважин. Даже без количественной оценки, скважина H3 примечательна, предполагая, что целевой бел...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Одним из важнейших шагов в выполнении скрининга DRaCALA является получение хороших целоклеточных лизатов. Во-первых, испытуемые белки должны вырабатываться в больших количествах и в растворимых формах. Во-вторых, лизис клеток должен быть полным, а вязкость лизата должна быть минимальной. Включения лизоцима и использования трех циклов замораживания-оттаивания часто бывает достаточно, чтобы полностью лизировать клетки. Однако высвобождаемая хромосомная ДНК делает лизат вязким и генерирует высокий фоновый сигнал связывания,...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.
Работа поддерживается грантом проекта NNF (NNF19OC0058331) для YEZ и исследовательской и инновационной программой Европейского Союза Horizon 2020 в рамках грантового соглашения Марии Склодовской-Кюри (Nº 801199) для MLS.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 32P-α-GTP | Perkinelmer | BLU006X250UC | |
| 96 x штифтовый инструмент | V& P Scientific | VP 404 | 96 Болтовый репликатор, на центрах 9 мм, диаметр болта 4,2 мм, длина 24 мм |
| 96-луночный микротитратор с V-образным дном | Стерилин | MIC9004 | Стерилин Микропланшет V Лунка 611V96 |
| Агар | OXOID - Thermo Fisher | LP0011 | Агар No 1 |
| Сбор ASKA штамм | NBRP, SHIGEN, ЯПОНИЯ | Ссылка: DNA Research, том 12, выпуск 5, 2005, страницы 291–299. https://doi.org/10.1093/dnares/dsi012 | |
| Бензоназа | SIGMA | E1014-25KU | генетически модифицированная эндонуклеаза из Serratia marcescens |
| Bradford Protein Assay Dye | Bio-Rad | 5000006 | концентрат реагента |
| DMSO | SIGMA | D8418 | ≥ 99,9% |
| ДНКаза 1 | SIGMA | DN25-1G | |
| гель фильтрация10x300 колонка | GE Healthcare | 28990944 | содержит 20% этанола в качестве консерванта |
| Глицерин | PanReac AppliChem | 122329.1214 | Глицерин 87% для анализа |
| Гиперкассета | Amersham | RPN 11647 | 20 x 40 см |
| Имидазол | SIGMA | 56750 | puriss. p.a., ≥ 99,5% (GC) |
| IP Накопительный люминофорный экран | FUJIFILM | 28956474 | BAS-MS 2040 20x 40 см |
| Изопропил &бета;-d-1-тиогалактопиранизид (IPTG) | SIGMA | I6758 | Изопропил &бета;-D-тиогалактозид |
| Лизогеновый бульон (LB) | Инвитроген - Thermo Fisher | 12795027 | Miller's LB Бульонное основание |
| лизоцим | SIGMA | L4949 | из белка куриного яйца; BioUltra, лиофилизированный порошок, ≥ 98% |
| MgCl2 (хлорид магния) | SIGMA | 208337 | |
| MilliQ вода | сверхчистая вода | ||
| многоканальная пипетка | Thermo Scientific | 4661110 | F1 - Clip Tip; 1-10 мкл, 8 x каналов |
| NaCl | VWR Chemicals | 27810 | AnalaR NORMAPUR, ACS, Reag. Ph. Eur. |
| Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30230 | |
| Нитроцеллюлозная промокательная мембрана | Amersham Protran | 10600003 | Premium 0,45 мкм 300 мм x 4 м |
| PBS | OXOID - Thermo Fisher | BR0014G | Фосфат буферизованный физиологический раствор (Дульбекко А), таблетки |
| PEG3350 (Полиэтиленгликоль 3350) | SIGMA | 202444 | |
| фенилметилсульфонилфторид (PMSF) | SIGMA | 93482 | Фенилметансульфонилфторид раствор - 0,1 М в этаноле (T) |
| Люминофор-имиджер | GE Healthcare | 28955809 | Typhoon FLA-7000 Люминофор-имиджер |
| Наконечники для пипеток, фильтрованные | Thermo Scientific | 94410040 | ClipTip 12,5 μ l нестерильная |
| поли-преп хроматографическая колонка | Bio-Rad | 7311550 | полипропиленовая хроматографическая колонка |
| ингибитор протеазы Mini | Pierce | A32955 | Таблетки, |
| пробирка с завинчивающейся крышкой | Thermo Scientific | 3488 | Microcentifuge Tubes, 2,0 мл с завинчивающейся крышкой, нестерильные |
| SLS 96-deep Луночные пластины | Greiner | 780285 | MASTERBLOCK, 2 МЛ, ПП, V-образное дно, Натуральная |
| спиновая колонка | Millipore | UFC500396 | Amicon Ultra -0,5 мл Центробежные фильтры |
| Термомиксер | Eppendorf | 5382000015 | Термомиксер C |
| пластина TLC (PEI-целлюлоза F TLC пластины) | Merck Millipore | 105579 | DC PEI-целлюлоза F (20 x 20 см) |
| Tris | SIGMA | BP152 | Tris Base for Molecular Biology |
| Tween 20 | SIGMA | P1379 | вязкий неионогенный моющий |
| &бета;-меркаптоэтанол | SIGMA | M3148 | 99% (ГХ/титрование) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.