Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Genetics

Transcrição in vitro Ensaios e sua aplicação em Drug Discovery

Published: September 20, 2016 doi: 10.3791/54256

Abstract

Os ensaios in vitro de transcrição foram desenvolvidos e amplamente utilizados durante muitos anos para estudar os mecanismos moleculares envolvidos na transcrição. Este processo requer múltiplas subunidades de polimerase de ADN dependente de ARN (RNAP) e uma série de factores de transcrição que actuam para modular a actividade de RNAP durante a expressão do gene. eletroforese em gel de sequenciamento de transcritos radiomarcados é usado para fornecer informações mecanicista detalhadas sobre como rendimentos de transcrição e quais parâmetros podem afetá-lo. Neste artigo descrevemos o protocolo para estudar como o factor de alongamento essencial NusA regula a pausa de transcrição, bem como um método para identificar um agente antibacteriano alvo de iniciação de transcrição através da inibição da formação holoenzyme RNAP. Estes métodos podem ser usados ​​como uma plataforma para o desenvolvimento de abordagens adicionais para explorar o mecanismo de acção dos factores de transcrição que ainda permanecem incertos, bem como novos agen antibacterianats alvo de transcrição que é um alvo da droga subutilizados em pesquisa e desenvolvimento de antibióticos.

Introduction

A transcrição é o processo em que o ARN é sintetizado a partir de um molde de ADN específica. Em células eucariotas, existem três RNAPs distintas: eu RNAP transcreve precursores de rRNA, RNAP II é responsável pela síntese de ARNm e de certos RNAs nucleares pequenos, e a síntese de rRNA 5S e tRNA é realizada por RNAP III. Em bactérias, existe apenas uma RNAP responsável pela transcrição de todas as classes de ARN. Existem três fases de transcrição: iniciação, alongamento e terminação. A transcrição é um dos processos mais altamente reguladas na célula. Cada etapa do ciclo de transcrição representa um ponto de verificação para a regulação da expressão do gene 1. Para a iniciação, RNAP tem de se associar com um factor sigma para formar holoenzima, o que é necessário para dirigir a enzima para locais específicos chamados promotores de 2 para formar um complexo promotor aberta. Posteriormente, um grande conjunto de fatores de transcrição são responsáveis ​​pela regulação oatividades f RNAP durante as fases de alongamento e terminação. O fator de transcrição aqui examinado é a proteína altamente conservada e essencial, Nusa. Ele está envolvido na regulação da transcrição e a pausa de terminação, bem como anti-terminação durante a síntese de rRNA 3-5.

Os ensaios in vitro de transcrição foram desenvolvidos como poderosas ferramentas para estudar os passos de regulação complexos durante a transcrição 6. Em geral, um fragmento linear de ADN incluindo uma região promotora é necessária como molde para a transcrição. O molde de ADN é normalmente gerado por PCR ou por linearização um plasmídeo. proteínas e os NTP (incluindo uma NTP marcado radioactivamente para fins de detecção) purificados são então adicionados e produto analisado a seguir ao período de incubação necessário. Usando modelos apropriados e condições de reacção, todas as etapas de transcrição foram examinadas utilizando esta abordagem, o que permitiu a caracterização molecular detalhada da transcription ao longo do último meio século 7. Em combinação com a informação sobre a estrutura 3-dimensional da RNAP Também foi possível investigar o mecanismo molecular da inibição da transcrição pelos antibióticos e conduz a antibióticos, e utilizar essa informação para o desenvolvimento de novas e melhores drogas 8-10.

Neste trabalho fornecem exemplos de como ensaios de transcrição pode ser usada para determinar o mecanismo de regulação da transcrição por alongamento / factor de terminação NusA, e a forma como o mecanismo de acção de um inibidor da ligação de iniciação da transcrição podem ser determinados novos.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Cuidado: As experiências envolvem o uso do isótopo radioactivo 32 P e nenhum trabalho deve ser realizado até que tenham sido cumpridas todas as condições de segurança adequadas. Geralmente são necessárias de pessoal para participar de um curso de segurança e submetidos a prática supervisionada antes experimentos utilizando reagentes radioativos. Por favor, usar equipamento de proteção individual (dosímetro termoluminescente, óculos de segurança, luvas, sala de radiação jalecos, calças de comprimento total, fechou-toe sapatos) ao realizar a reação.

1. Preparação de Materiais de Ensaio

  1. Obter a proteínas necessárias para o ensaio de transcrição.
    1. Para o experimento descrito aqui, produzir mais e purificar E. coli RNAP em laboratório, conforme descrito 11, ou obter a partir de uma fonte comercial (Lista de Materiais).
      Nota: Ambos fornecem resultados semelhantes. Outros métodos para purificação de RNAP nativo ou de afinidade marcado pode também ser usado 12,13. / factores nusa Sigma pode ser obtido sob a forma described em trabalhos anteriores 14,15.
  2. Água Preparação de dietil pirocarbonato (DEPC) tratados
    Nota: Como alternativa, água RNase-livre pode ser obtida a partir de fontes comerciais (lista de materiais).
    1. Adicionar 1 ml de pirocarbonato de dietilo (DEPC) a 1 L de água purificada (0,1% v / v) e misturar durante a noite.
    2. água DEPC autoclave e dicas duas vezes.
  3. Template Preparação DNA
    1. Purifica-se o plasmídeo pSG1154 16 e / ou 17 pIA226 utilizando um kit de purificação de plasmídeo (Lista de Materiais) de acordo com as instruções do fabricante.
    2. Para amplificar o molde para ensaios de transcrição run-off (um fragmento de 360 pb que abrange a região do promotor xil a P), montar uma reacção de PCR em gelo incluindo 25 ul mistura 2x PCR (Lista de Materiais), 2 ul de cada um dos iniciadores (5? M) : 5'-CAAAGCCTGTCGGAATTGG-3 '(directo) e 5'-CCCATTAACATCACCATC-3' (inverso), 1 ul de plasmídeo pr pSG1154eparation (250 uM) e 20 ul de água purificada).
      1. Ou, em alternativa, para os ensaios individuais transcrição redondas, amplificar um fragmento de 447 pb abrangendo a região R promotor λ P de pIA226 17. Defina-se uma reacção de PCR em gelo utilizando 25 ul de mistura de PCR 2x, 2 ul de cada um dos iniciadores (5 uM): 5'-GTGCTCATACGTTAAATCT-3 '(directo) e 5'-CAGTTCCCTACTCTCGCATG-3' (inverso), 1 ul pIA226 17 preparação de plasmídeo (250 uM) e 20 ul de água purificada).
        Nota: Este modelo carece de citosina até que a posição nt 26, que é o dia 26 nucleótidos a partir do sítio do início da transcrição. Por isso, a transcrição utilizando este molde irá permitir a iniciação, a liberação de promotor e parando no nt 26 de modo a formar um complexo estável alongamento transcrição (CE) quando apenas ATP, UTP e GTP estão presentes na reacção.
    3. Defina-se uma reacção de PCR com as seguintes condições: 95 °; C durante 30 seg, 50 ° C durante 30 seg, 72 ° C durante 30 seg, repetindo-se durante 30 ciclos.
    4. Purifica-se o produto utilizando um kit de PCR clean-up (Lista de Materiais) de acordo com as instruções do fabricante e elui-se em 100 ul de tampão de transcrição para o ensaio de transcrição.
    5. Determinar a concentração de DNA modelo usando um fluorospectrometer (Lista de Materiais).
  4. NTP Preparação
    Nota: os NTP pode ser obtido de diferentes fontes comerciais (lista de materiais).
    1. Dissolve-se os NTP (≥99% de pureza) em água tratada com DEPC para fazer um estoque H, alíquota de 1 ml da solução em tubos de 1,5 ml (50 ul em cada tubo) e armazenar a -20 ° C.
    2. Pedido α- 32 P UTP (3000 Ci / mmol) antes da experiência. 32 P tem uma meia-vida curta de 14,29 dias.
      Nota: O uso de UTP marcados com alfa evita comparação da intensidade das bandas com comprimento diferente.
  5. Preparação de ARN Escada
    1. Monte o following de reacção à temperatura ambiente: 0,5 ug de ARN mistura Molde (Lista de Materiais), 80 mM de HEPES tampão a pH 7,5, MgCl 2 12 mM, NaCl 10 mM, DTT 10 mM, ATP 2 mM / CTP / GTP, UTP 0,5 mM, 2 ul a- 32 P UTP, 0,5 mL T7 RNAP (Lista de Materiais), DEPC-água tratada a 20 l.
    2. Permitir a reacção prosseguir a 37 ° C durante 1 h. Utilizar imediatamente ou armazenar a -80 ° C.

2. Preparação de RNA Gel Sequencial

  1. Preparação gel
    1. Limpar as placas de um aparelho de gel de sequenciação (Lista de Materiais) duas vezes com etanol a 70% e água purificada, e montar a célula com um pente e dois espaçadores.
      Nota: Uma placa pode ser revestida com reagente de siliconização (Lista de Materiais) para facilitar a remoção de gel no passo 4.2.
    2. Dissolve-se 33,6 g de ureia em 22 ml de água e 16,4 ml de / borato / EDTA (TBE) de tampão (54 g de tris (hidroximetil) aminometano 5x Tris; 27,5 g de ácido bórico, 10 ml de ácido etilenodiaminotetra-acético 1 M (EDTA), pH 7,4, em 1 L de água) utilizando um agitador magnético.
    3. Adicionar 16 ml de solução a 40% de acrilamida / bis-acrilamida (19: 1) à solução de ureia e filtrar através de um filtro de 0,45 um.
    4. Adicionar 514 ul de 10% (w / v) recém-preparada de persulfato de amónio em água seguido por 51,4 ​​uL de N, N, N ', N' tetrametiletilenodiamina (TEMED) à solução filtrada.
    5. Inverta suavemente a solução de gel para evitar a aeração excessiva e injectar imediatamente e sem problemas para dentro da célula seqüenciamento pré-embalados colocada na horizontal a partir do furo de injecção inferior. Tome cuidado para evitar fazer bolhas durante a injeção.
    6. Permitir 1-1,5 horas até que o gel é completamente definido antes da sua utilização num ensaio de transcrição. O gel pode ser armazenada à temperatura ambiente durante dois ou três dias, quando envolvido com tecido molhado em água na parte superior da célula de sequenciação.

Reação 3. Transcrição

  1. Transcrição Alongamento Pausa Assay
    1. A formação de um complexo de transcrição alongamento
      1. Adicionar 1 ml de enzima núcleo RNAP (1? M de ações em tampão de transcrição) para um tubo de 1,5 ml.
      2. Adicionar 1 ml de factor de Sigma-purificada 70 (σ 70; 3 uM em tampão da transcrição) para o RNAP e incubar em gelo durante 10 min para formar RNAP holoenzima.
      3. Adiciona-se 3 ul de 500 nM ADN molde purificado (λ promotor P R a partir do produto de PCR pIA226) em tampão de transcrição para a holoenzima RNAP e incubar a 37 ° C durante 5 minutos para formar o complexo aberto.
      4. Prepara-se uma mistura de componentes de reacção na outra tubo de 1,5 ml utilizando 5 ul de tampão de transcrição 10x (Lista de Materiais: 400 mM de Tris-HCl, 1,6 M de KCl, MgCl2 100, 10 mM de DTT, 50% de glicerol, pH 7,9 em tratada com DEPC água), 2 ul de 250 uM cada de GTP e UTP, 1 ul de ATP 1 mM e 1 uL de α- 32 P UTP (3000 Ci / mmol). Adicionar DEPC água tratada a 41 mL.
        NãoTE: inibidor de RNase (Lista de Materiais) pode ser utilizada para minimizar a contaminação com RNase.
      5. Transferir a solução de mistura para o tubo contendo o complexo aberto e incubar a 37 ° C durante 15 minutos para formar o complexo de transcrição alongamento parou em 26 nt.
      6. Mover a reacção até à temperatura ambiente (~ 21 ° C) e adicionar 1 ul de 2,5 mg / ml de rifampicina a uma concentração final de 50 ug / ml.
      7. Adicionar 1 ml de 0.1 mM purificados NusA à mistura reaccional e incuba-se durante 5 min à temperatura ambiente.
      8. Adicionar 2 ul de 250 uM de CTP na mistura de reacção para fazer um volume final de 50 ul e medir o tempo de reacção, utilizando um temporizador.
      9. Transferência de 5 ul da solução de reacção em 2 ul de tampão de gel de ARN de carga (formamida a 95%, 0,05% de azul de bromofenol e 0,05% xileno cianol) a 30, 60, 120, 240, 480, 1200 e seg para extinguir a reacção.
      10. Descarte as pontas 32 ​​P UTP e tubos em um cont resíduos radioactivosainer.
  2. Transcrição Iniciação Assay
    1. Formação do complexo aberto
      1. Diluir purificada σ 70-0,5 uM.
      2. Repita os passos 3.1.1.1 a 3.1.1.3 utilizando 0,5 mM (em vez de 3 M) purificada σ 70, e do modelo de DNA (região promotora xil o P de produto pSG1154 PCR).
    2. Ensaio de inibição da iniciação da transcrição
      1. Adicionar o inibidor concebido para evitar a formação de RNAP holoenzima a enzima RNAP núcleo antes da adição de σ 70 (depois do passo 3.1.1.1), seguido por passos de 3.1.1.2 e 3.1.1.3 examinar se o inibidor é capaz de interromper a formação holoenzima.
      2. Alternativamente, após a etapa 3.1.1.2, adicione o inibidor para examinar se é capaz de inibir competitivamente σ 70 ligação a RNAP.
      3. Usar a mesma quantidade de DMSO, o solvente do inibidor, em vez de o inibidor staque nas reacções de controlo.
    3. A conclusão da reacção
      1. Dissolve-se heparina em água até uma concentração de estoque de 1 mg / ml e estoque a -20 ° C.
        Nota: A heparina é um concorrente do DNA que podem sequestrar RNAP que não formou um complexo aberto. Uma vez que o complexo aberto é formado, a heparina não pode entrar no local da ligação do DNA de RNAP e inibir a transcrição a partir do complexo aberto pré-formado. Portanto, a heparina só é necessária para os ensaios rodada único; ele não é necessário para os ensaios multi-redondas.
      2. Preparar a mistura de reacção utilizando 5 ul de tampão de transcrição 10x (Lista de Materiais), 1 ul de uma solução de heparina mg / ml, 1 ul de 10 mM de cada de ATP, GTP, CTP e UTP 2,5 mM, e 1 ul de 32 α- P UTP (3000 Ci / mmol). Adicionar DEPC água tratada a 45 mL.
      3. Misturar a mistura de reacção com o complexo de transcrição aberta, rotação do pulso e incubar a 37 ° C durante 20 min.
      4. Transferir 10 uL da reacção assimlução em 5 ul de tampão de gel de ARN de carga (formamida a 95%, 0,05% de azul de bromofenol e 0,05% xileno cianol) para extinguir a reacção.

4. duração e Desenvolvimento RNA Gel

  1. Executando o gel de poliacrilamida de desnaturação
    1. Submeter o gel a 50 ° C e 50 W, em tampão 1 x TBE durante aproximadamente 1,5 horas até que a temperatura do gel e o tampão é estável a 50 ° C.
    2. Amostras de calor a 90 ºC durante 30 segundos e movê-los em gelo carregamento antecipado no gel.
    3. amostras de carga nas cavidades sobre o topo do gel ao lado de uma faixa contendo 2 ul escada de ARN (diluição 1: 100).
    4. Submeter o gel a 50 W e 50 ºC em tampão 1x TBE até que o corante azul de bromofenol atinge ~ 2/3 para baixo do gel.
  2. Tratamento gel
    1. Abrir lentamente e cuidadosamente separar a placa superior da célula de sequenciação. Tome muito cuidado para evitar a quebra do gel.
    2. chromatograp CutHY papel (Lista de Materiais) para coincidir com o tamanho do gel a partir do topo para o corante azul de bromofenol. Utilizar um contador Geiger para confirmar a posição aproximada dos transcritos de RNA marcados radioactivamente.
    3. cobrir cuidadosamente o gel com o papel de filtro, e pressione com firmeza até que o gel adere ao papel de filtro. Cortar e descartar o fundo do gel de resíduos radioactivos como os PNT não incorporados correr para o fundo do gel, que pode ser muito quente.
    4. Coloque um pedaço de tamanho semelhante de papel de filtro sobre a cama de secagem de uma máquina de vácuo de secagem, e colocar cuidadosamente o papel revestido de gel para ele com o lado gel para cima.
    5. Cobrir o gel com uma película de plástico e seco a 60 ° C durante 1,5 h.
    6. Envolver o outro lado do papel de filtro de gel revestido com película de plástico, e colocar em uma placa de fósforo fotoestimuláveis ​​no caso de imagem, com o tempo de exposição apropriado, que pode variar de 1 hora a durante a noite, dependendo da eficiência da reacção.
    7. Imagem da placa de fósforo usandoum scanner gerador de imagens de acordo com as instruções do fabricante. Determinar a intensidade da banda relativa usando software ImageJ de acordo com o manual do software.
    8. Use um contador Geiger para verificar a contaminação radioactiva na área de trabalho, limpe os itens suspeitos e área com tecido e um agente de limpeza e descarte o lenço no recipiente de descarte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

eficiência da transcrição pode ser determinada pela medição do nível de radiação nas bandas a diferentes pontos de tempo. O ensaio parando para testar a função do fator NusA visualização da pausa, terminação habilitada, e produtos (Figura 1A) run-off. Na presença do domínio N-terminal de NusA (NTD NusA; resíduos de aminoácidos 1-137), a aparência dos produtos de ARN foi significativamente retardado em comparação com a experiência de controlo sem NusA. A deleção de resíduos de aminoácidos 104-137 da hélice (3) do fragmento NusA, ou alteração de alanina de um série de aminoácidos (resíduos K36, K37, R104, Q108, K111, Q112, Q116, R119 e) resultou na completa perda de atividade pausa NusA. Hélice 3 resíduos R104 e K111 foram mostrado ser essencial para a actividade de pausa NusA DTN e com o R104A e construções K111A dando pausa semelhante valores de meia-vida para o controlo onde NusA NTD estava ausente (Figura 1B). Estáhould-se notar que a supressão da hélice 3 ou alteração destes dois resíduos de aminoácidos não tem efeito sobre a ligação a NusA RNAP 15. O resultado sugeriu que R104 e K111 foram os aminoácidos essenciais necessários para uma regulação da atividade de pausa NusA.

Da mesma forma, como se mostra na Figura 2A, a curva de dose-resposta demonstraram a inibição de transcrição in vitro (multi-redonda) utilizando diferentes concentrações de um inibidor de transcrição de bactérias recentemente identificadas C5 14. C5 foi identificado na sequência de um na tela silico de projeto para direcionar racionalmente a interação de σ 70 com seu principal local de ligação na RNAP chamada região do Clamp-Helix 18. Com a adição de C5 para a reacção de transcrição, este composto pode competir contra σ 70 para a ligação a RNAP, e, assim, a transcrição inibida. Mecanisticamente, a adição de C5 a RNAP seguido por σ <sup> 70 factor a a mistura de reacção foi significativamente mais eficaz para a inibição da transcrição do que a experiência usando C5 após a formação da holoenzima RNAP (Figura 2B). Estes resultados demonstraram que σ 70 não pode deslocar C5 ligado a RNAP, ou C5 que não poderia deslocar eficientemente σ 70 ligado a RNAP num ensaio de ronda única.

figura 1
Figura 1:. Efeitos do Mutant NusA NTD na transcrição ensaios pausa Transcrição (A) sem NusA, usando NusA NTD (+ NusA), Nusa NTD com hélice 3 excluído (Δ Helix), e NusA NTD com substituições de alanina em resíduos K36, K37 , R104, Q108, K111, Q112, Q116, R119 e (Todos Ala). P, local de pausa; T, local de terminação; RO, run-off. Plataformas acima o gel de demonstrar os pontos de tempo de amostragem (0,5, 1, 1,5, 2, 5 e 10 min) 15; (B) actividade de pausa de semi-vidas de mutante NusA NTD em relação à proteína do tipo selvagem. Média de 3 experimentos com SD. Este valor foi modificado a partir Nucleic Acids Res. 43 (5), 2829-2840 (2015). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2:. A transcrição a inibição pelo composto C5 (A) curva de inibição de E. coli RNAP transcrição pelo composto C5 em um ensaio de multi-redonda 14. A percentagem de inibição da transcrição foi determinado por o produto de ARN relativamente a um controlo (sem C5 presente) contra a concentração de C5 utilizados na reacção. (B) A atividade inibitória por cento do composto C5 em tr-round únicaensaios anscription com adição de C5 antes (complexo + σ 70; cinza) e depois (holoenzima + C5; preto) holoenzyme formação. Este valor foi modificado a partir do ACS Infect. Dis. 2, 39-46 (2016). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Em todos os organismos, a transcrição é um processo fortemente regulado. Os ensaios in vitro de transcrição têm sido desenvolvidos para proporcionar uma plataforma para testar os efeitos de factores de transcrição, moléculas pequenas e inibidores da transcrição. Neste trabalho método, foi descrito um ensaio para a transcrição bacteriana geral. ensaios de transcrição combinados com eletroforese em gel de sequenciamento de transcritos são muito importantes para estudos sobre os mecanismos que permitem a visualização de todos os produtos de transcrição ao longo de uma linha do tempo. Como resultado, este método é capaz de identificar a influência de pequenas alterações das condições de reacção e revelando um mecanismo plausível de acção. Além disso, torna-se possível conceber ensaios de transcrição específicos no que diz respeito à função de factores de transcrição com mecanismos desconhecidos de acção.

Neste artigo, também descrito o método para confirmar o mecanismo de acção de um inibidor de RNAP holoenformação zyme. O método aqui descrito pode exibir a alteração de cada transcrição de ARN com o tempo, e com uma modificação apropriada pode permitir o teste de agentes antibacterianos contra a cada passo de transcrição conforme apropriado. O ensaio de multi-redonda pode ser utilizado como um método de rastreio relativamente simples para identificar novos inibidores da transcrição de direccionamento, enquanto que o ensaio de ronda única pode ser usado para estudar o mecanismo de inibidores, tais como propriedades competitivos / não competitivos. Note-se que pequena agregação molecular pode causar ataques falsos positivos como inibidores não competitivos no processo de descoberta de drogas e o único estudo rodada mecanicista pode fornecer uma abordagem abrangente para a avaliação hit-to-lead. Como um resultado, este processo de transcrição controlada com precisão é capaz de revelar como um inibidor afecta a transcrição, que pode contribuir com racionalizada concepção de fármacos de novo. Juntamente com informações de alta resolução sobre os locais de ligação de inibidor de raios-X stu cristalográficamorre, design racional de medicamentos à base de estrutura será altamente favorável para aplicação na descoberta de medicamentos transcrição alvo.

Embora os resultados de alto rendimento não pode ser obtida com os ensaios de transcrição in vitro, eles são extremamente úteis na dissecção dos mecanismos exactos associados com o controle de transcrição. Os componentes e as condições de ensaio pode ser prontamente modificado para as necessidades individuais. Vários factores (por exemplo, NusA) 4, 15, pequenas moléculas (por exemplo, ppGpp) 19 e / ou inibidores de transcrição (por exemplo, rifampicina) 20 de interesse pode ser adicionado para testar as suas funções na regulação da transcrição. O modelo de DNA devem ser concebidos individualmente, com a escolha cuidadosa dos promotores fortes, sequência de pausa e terminadores. A fim de alcançar uma elevada reprodutibilidade do ensaio, as proteínas devem ser altamente purificado e livre de actividade de ARNase residual, e o tampão de transcrição, molde de ADN, esolução de reserva de substratos NTP devem ser feitas em DEPC água tratada. O uso de NTP radioactivos foi descrito no presente documento, no entanto nucleótidos fluorescentes também podem ser empregues 21. Qualidade do molde de ADN é crítico para o sucesso do ensaio de transcrição. espaçamento suficiente entre o promotor / pause / terminador deve ser incluída, permitindo que os vários produtos de transcrição de ser devidamente separados e examinados. O gel de sequenciação devem ser adequadamente vertida tampão TBE e relativamente fresco deve ser utilizado para a electroforese para obter resolução mais alta possível de transcritos de ARN. Se a degradação do produto de transcrição é notado, inibidor de RNase de alta qualidade devem ser incorporados na mistura de reação de transcrição. Tubos e pontas de pipetas devem ser double autoclavado e as luvas deve ser usado em todos os momentos, quando da realização do ensaio, a fim de minimizar a introdução de RNase.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Obtain the proteins required for transcription assay
E. coli RNAP Epicentre S90250
Preparation of DEPC-treated water
diethyl pyrocarbonate (DEPC)  Sigma-Aldrich  D5758
RNase-free water 
Ambion Nuclease-Free Water ThermoFisher AM9937
DNA template preparation
Wizard Plus SV Minipreps DNA Purification System Promega A1330
ACCUZYME Mix Bioline BIO-25028
PCR primers
Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System  Promega A9281
NanoDrop 3300 fluorospectrometer Thermo Scientific ND-3300
NTP Preparation
ATP Sigma-Aldrich  A6559
UTP Sigma-Aldrich  U1006
GTP Sigma-Aldrich  G3776
CTP Sigma-Aldrich  C9274
High Purity rNTPs GE Healthcare 27-2025-01
α-32P UTP  PerkinElmer   BLU007C001MC Radioactive compound
RNA ladder preparation 
Novagen Perfect RNA Marker Template Mix 0.1–1 kb Millipore 69003
HEPES Sigma-Aldrich  H7006
Sodium chloride Sigma-Aldrich  S7653
Magnesium chloride Sigma-Aldrich  M8266
DTT Sigma-Aldrich DTT-RO
T7 RNAP Promega P2075
Gel preparation
Sequi-Gen GT nucleic acid sequencing cell  Bio-Rad   165-3804
Sigmacote   Sigma-Aldrich  SL2
urea   Sigma-Aldrich  U6504
tris(hydroxymethyl)aminomethane   Sigma-Aldrich  154563
boric acid  Sigma-Aldrich  B7901
ethylenediaminetetraacetic acid  Sigma-Aldrich  ED
40% Acrylamide/bis-acrylamide  Sigma-Aldrich  A9926
ammonium persulfate  Sigma-Aldrich  A3678
N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine (TEMED) Sigma-Aldrich T9281
Transcription Assay
Potassium chloride Sigma-Aldrich  P9541
glycerol   Sigma-Aldrich  G5516
rifampicin   Sigma-Aldrich  R3501
formamide   Sigma-Aldrich  F9037
bromophenol blue  Sigma-Aldrich  B0126
xylene cyanol  Sigma-Aldrich  X4126
heparin  Sigma-Aldrich  84020
RNasin Ribonuclease Inhibitor Promega N2511
Transcription buffer 
Tris base Sigma-Aldrich  T1503
Potassium chloride Sigma-Aldrich  P9541
Magnesium chloride Sigma-Aldrich  M2393
DTT   Sigma-Aldrich  DTT-RO
glycerol   Sigma-Aldrich  G5516
Filter paper
Whatman 3MM Chr Chromatography Paper Fisher Scientific 05-714-5
Radioactive decontaminant
Decon 90 decon decon90
Gel Treatment
Typhoon Trio+ imager GE Healthcare Life Sciences 63-0055-89

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mooney, R. A., Artsimovitch, I., Landick, R. Information processing by RNA polymerase: recognition of regulatory signals during RNA chain elongation. J. Bacteriol. 180 (13), 3265-3275 (1998).
  2. Burgess, R. R., Anthony, L. How sigma docks to RNA polymerase and what sigma does. Curr. Opin. Microbiol. 4 (2), 126-131 (2001).
  3. Gusarov, I., Nudler, E. Control of intrinsic transcription termination by N and NusA: the basic mechanisms. Cell. 107 (4), 437-449 (2001).
  4. Ha, K. S., Toulokhonov, I., Vassylyev, D. G., Landick, R. The NusA N-terminal domain is necessary and sufficient for enhancement of transcriptional pausing via interaction with the RNA exit channel of RNA polymerase. J. Mol. Biol. 401 (5), 708-725 (2010).
  5. Yang, X., Lewis, P. J. The interaction between RNA polymerase and the elongation factor NusA. RNA Biol. 7 (3), 272-275 (2010).
  6. Artsimovitch, I., Henkin, T. M. In vitro approaches to analysis of transcription termination. Methods. 47 (1), 37-43 (2009).
  7. Decker, K. B., Hinton, D. M. Transcription regulation at the core: Similarities among bacterial, archaeal, and eukaryotic RNA polymerases. Annu. Rev. Microbiol. 67, 113-139 (2013).
  8. Artsimovitch, I., Vassylyev, D. G. Is it easy to stop RNA polymerase? Cell Cycle. 5 (4), 399-404 (2006).
  9. Murakami, K. S. Structural biology of bacterial RNA polymerase. Biomolecules. 5 (2), 848-864 (2015).
  10. Ma, C., Yang, X., Lewis, P. J. Bacterial transcription as a target for antibacterial drug development. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 80 (1), 139-160 (2016).
  11. Yang, X., Ma, C., Lewis, P. A vector system that allows simple generation of mutant Escherichia coli RNA polymerase. Plasmid. 75, 37-41 (2014).
  12. Burgess, R. R. A new method for the large scale purification of Escherichia coli deoxyribonucleic acid-dependent ribonucleic acid polymerase. J. Biol. Chem. 244, 6160-6167 (1969).
  13. Artsimovitch, I., Svetlov, V., Murakami, K. S., Landick, R. Co-overexpression of Escherichia coli RNA polymerase subunits allows isolation and analysis of mutant enzymes lacking lineage-specific sequence insertions. J. Biol. Chem. 278 (14), 12344-12355 (2003).
  14. Ma, C., Yang, X., Lewis, P. J. Bacterial transcription inhibitor of RNA polymerase holoenzyme formation by structure-based drug design: From in silico screening to validation. ACS Infect. Dis. 2, 39-46 (2016).
  15. Ma, C., Mobli, M., Yang, X., Keller, A. N., King, G. F., Lewis, P. J. RNA polymerase-induced remodelling of NusA produces a pause enhancement complex. Nucleic Acids Res. 43 (5), 2829-2840 (2015).
  16. Lewis, P. J., Marston, A. L. GFP vectors for controlled expression and dual labelling of protein fusions in Bacillus subtilis. Gene. 227 (1), 101-110 (1999).
  17. Artsimovitch, I., Landick, R. Pausing by bacterial RNA polymerase is mediated by mechanistically distinct classes of signals. Proc. Natl. Acad. Sci. 97 (13), 7090-7095 (2000).
  18. Vassylyev, D. G., et al. Crystal structure of a bacterial RNA polymerase holoenzyme at 2.6 Å resolution. Nature. 417, 712-719 (2002).
  19. Artsimovitch, I., et al. Structural basis for transcription regulation by alarmone ppGpp. Cell. 117 (3), 299-310 (2004).
  20. Bordier, C. Inhibition of rifampicin-resistant RNA synthesis by rifampicin-RNA polymerase complexes. FEBS lett. 45 (1-2), 259-262 (1974).
  21. Tang, G. Q., Anand, V. S., Patel, S. S. Fluorescence-based assay to measure the real-time kinetics of nucleotide incorporation during transcription elongation. J. Mol. Biol. 405 (3), 666-678 (2011).

Tags

Genetics edição 115 Biologia Molecular assuntos transcrição RNA polimerase fatores de transcrição Nusa fator sigma agentes antibacterianos
Transcrição <em>in vitro</em> Ensaios e sua aplicação em Drug Discovery
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yang, X., Ma, C. In VitroMore

Yang, X., Ma, C. In Vitro Transcription Assays and Their Application in Drug Discovery. J. Vis. Exp. (115), e54256, doi:10.3791/54256 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter