Summary

Purificación de proteínas anaerobias y análisis cinético mediante electrodo de oxígeno para el estudio de la inhibición y la actividad de DesB dioxigenasa

Published: October 03, 2018
doi:

Summary

Aquí presentamos un protocolo de purificación de proteínas anaerobias, anaerobias proteína concentración y posterior caracterización cinética mediante un sistema de electrodo de oxígeno. El método se ilustra utilizando la enzima DesB, una enzima dioxigenasa que es más estable y activo cuando purificada y almacenada en un medio ambiente anaeróbico.

Abstract

Proteínas sensibles al oxígeno, como las enzimas que utilizan oxígeno como sustrato, pueden han reducido la estabilidad cuando se purificaron usando métodos tradicionales de depuración aerobia. Este manuscrito muestra los detalles técnicos involucrados en el proceso de depuración anaerobio, incluyendo la preparación de buffers y reactivos, los métodos para cromatografía en columna en una caja de guante y la desalación de la proteína antes de la cinética. También se describe son los métodos para la preparación y uso de un electrodo de oxígeno para realizar la caracterización cinética de una enzima utilizando oxígeno. Estos métodos se ilustran mediante la enzima dioxigenasa DesB, una dioxigenasa galato de la bacteria de cepa de SP Sphingobium SYK-6.

Introduction

Las enzimas que utilizan el hierro u otros metales para activar el oxígeno son a menudo susceptibles a la inactivación durante el proceso de purificación debido a su retiro del ambiente reduciendo de una célula. Por lo tanto, estas proteínas deben utilizarse como lysates de la célula, ser sometidas a agentes reductores externos o purificadas anaeróbicamente para asegurarse que tengan una óptima actividad enzimática1,2,3,4. Para las enzimas que son sensibles al oxígeno (específicamente hierro-que contienen enzimas), realizando todos los pasos de purificación y caracterización manteniendo condiciones anaerobias es necesario caracterizarlas totalmente. Esto ha llevado a investigadores a desarrollar montajes de laboratorio todo dentro de los límites de cámaras anaeróbicas para estudios de expresión de la proteína a través Cristalografía5,6,7,8 .

Adjunto, Divulgamos los métodos para la depuración anaeróbica y caracterización cinética de la enzima DesB mediante un sistema de electrodo de oxígeno. DesB es una dioxigenasa galato de la bacteria de cepa de SP Sphingobium SYK-6 que está relacionado con la LigAB, un protocatecuate dioxygenase del mismo organismo. Ambas enzimas pertenecen a la superfamilia tipo II protocatechuate dioxigenasa (PCAL) que no ha sido extensamente estudiada a la fecha9, probablemente en parte debido a las enzimas de esta superfamilia es susceptible a la inactivación cuando se purificaron usando estándar aeróbico métodos de purificación de proteínas. Puesto que algunas de las enzimas de PCAL Mostrar promiscuidad de sustrato, mientras que otros son específicos del sustrato2,10, mayor caracterización de esta superfamilia es necesario identificar determinantes de especificidad. Como se ha observado en varias enzimas superfamilias11,12,13,14,15, pequeñas moléculas pueden alterar la actividad mediante inhibición competitiva directa o la Unión de moléculas a separar bolsillos alostéricos que causa un aumento o disminución de la actividad enzimática16. Mientras que la cinética solamente no puede distinguir la situación de la Unión de un modulador, determinar la magnitud de un cambio de actividad es importante para la comprensión de los efectos. Como tales, los métodos para la caracterización cinética de la actividad de DesB nativa y su actividad en presencia de 4-nitrocatechol (4NC), un compuesto utilizado para caracterizar e inhibir dioxygenase enzimas2,17, 18, se muestran.

DesB es capaz de romper galato, un aromático lignina derivado compuesto mediante una reacción de extradiol dioxigenasa (EDO) en que anillo de apertura es catalizada utilizando oxígeno como uno de los sustratos10,19. Esta reacción enzimática se produce en el contexto de la descomposición de la lignina, un CASET aromático encontrado en la pared celular de las plantas. Lignina puede ser despolimerizada, produciendo una variedad de compuestos aromáticos puede además dividirse en metabolitos central3,20,21,22,23,24 ,25,26,27,28,29,30,31,32,33 . Extradiol dioxygenases (EDO) cataliza un reacción de compuestos aromáticos dihydroxylated, donde se produce la hendidura adyacente a un diol coordinado de metal; la abertura del anillo en cambio, intradiol dioxygenases cleave análogos compuestos aromáticos entre los dos grupos hidroxilo (figura 1). EDOs, como muchas otras metaloenzimas, tienen un centro metálico divalente de coordinación fe (II) compuesto por una dos-histidina, uno-carboxylate tríada9,34,35. Estos metaloenzimas ser oxidados, a través de autoxidación o basadas en el mecanismo de inactivación, mientras que la enzima se hace inactivo2,36,37,38.

En los procedimientos experimentales descritos en este manuscrito, utilizamos DesB, un miembro de la superfamilia del PCAL de la bacteria Sphingobium SP., SYK-6, catalizan la adición de oxígeno a través de los bonos de C4-C5 de galato (figura 2A). La regioquímica de este escote es análogo a LigAB, que es un protocatechuate-4,5-dioxigenasa (figura 2B). Hasta el momento, las investigaciones de este dioxygenase galato incluyen ningunos informes de compuestos que inhiben la DesB10,19,39. Con el uso de métodos de depuración aerobia, DesB exhibió actividad variable, mientras que con el uso de métodos anaerobios pudimos obtener constantemente proteínas con actividad reproducible. Los estudios cinéticos descritos aquí muestran los métodos de depuración anaerobia de DesB, caracterización cinética de la reacción de DesB con saúco y la inhibición de DesB por 4-nitrocatechol (4NC).

Protocol

1. Generalidades los materiales y métodos Preparar todos los medios necesarios como se describe en la tabla 1. Autoclave a 120 ° c durante 15 minutos estéril filtrar la solución SOC, después de la adición de MgCl2 y glucosa, haciéndola pasar por un filtro de 0.2 μm. Ajustar el pH de la solución de caldo de lisogenia (media libra) de Miller antes de autoclavar. Complementar la solución de los medios de comunicación de LB-Amp después de autoclavar soluciones estériles de 0…

Representative Results

Es el análisis del gel de SDS-PAGE de fracciones individuales de la purificación de la construcción de fusión DesB-maltosa vinculante proteínas (MBP) (figura 3). El gel revela que la proteína es pura (MW = 91.22 kDa), excepto por la presencia de DesB (MW = 49.22 kDa) y el dominio de la proteína MBP (42 kDa) divididos unos de otros. Fracciones E2 y E3 fueron seleccionados para la concentración (paso 4.2). <p class="jove_content" fo:keep-together.wi…

Discussion

Los pasos críticos en la obtención de proteína activa purificada DesB implican la formación y el mantenimiento de la reducción fe (II) activo en la enzima. Como tal, correcto funcionamiento de la inducción, purificación, concentración y desalación pasos son esenciales para obtener con éxito la enzima activa. Inducir la expresión de la proteína en presencia de sulfato de amonio ferroso 1 mM asegura que el fe (II) se incorpora correctamente en el sitio activo de DesB. Este método está inspirado en estudios co…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría agradecer a Dr. Camille Keller de la Universidad de Wesleyan por soporte técnico. Agradecimiento especial a profesor Lindsay D. Eltis y Jenna K. Capyk de la Universidad de Columbia Británica, así como Christian Whitman de la Universidad de Texas en Austin, por su asesoramiento sobre métodos de purificación de la proteína anaerobia y el uso de una O2 -electrodo sensible.

Materials

Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranodise Gold Bio Technologies I2481C50
Coomassie Brilliant Blue R-250 Bio-Rad 161-0400
Ammonium persulfate Bio-Rad 161-0700
30% Acrylamide Bio-Rad 161-0158
N,N'tetramethyl-ethylenediamine Bio-Rad 161-0801
Amylose Resin High Flow New England Biolabs E8022S
BL21 (DE3) competent Escherichia coli cells New England Biolabs C2527I
L-cysteine Sigma Aldrich C7352
gallic acid Sigma Aldrich G7384
4-nitrocatechol Sigma Aldrich N15553
Ferrous ammonium sulfate Mallinckrodt 5064
Sodium dithionite Alfa Aesar 33381-22
wheaton serum bottles Fisher Scientific 06-406G
25 mm Acrodisc PF Syringe Filter with Supor Membrane Pall Corportation 4187
400 mL Amicon Stirred Cell Concentrator EMD Millipore UFSC40001
76 mm Millipore Ultracel 10 kDa cutoff reconsituted cellulose membrane filter EMD Millipore PLGC07610
DL-dithiothreitol Gold Bio Technologies DTT50
Sephadex G-25 coarse desalting gal column GE Healthcare 17-0033-01
2 mL Crimp-Top Vials Fisher Scientific 03-391-38
Oxygraph Plus Electrode Control Unit Hansatech Instruments OXYG1 Plus
Oxygen Eletrode Chamber Hansatech Instruments DW1
Electrode Disc Hansatech Instruments S1
PTFE (0.0125 mmX25mm) 30m reel Hansatech Instruments S4
Electrode cleaning Kit Hansatech Instruments S16
Spacer paper Zig Zag available at any gas station
He-series Dri-Lab glove box Vacuum/Atmospheres Company
HE-493 Dri-Train Vacuum/Atmospheres Company
Double-Ended Micro-Tapered Stainless Steel Spatula Fisher Scientific 21-401-10
DWK Life Sciences Kimble Kontes Flex Column Economy Column Fisher Scientific k420400-1530
10 μL, Model 701 N SYR, Cemented NDL 26s ga, 2 in, point stlye 2 syringe Hamilton 80300
DWK Life Sciences Kimble Kontes Flex Column Economy Column Fisher Scientific K420401-1505
Emulsiflex-C5 high-pressure homogenizer Avestin
B-PER Complete Bacterial Protein Extraction Reagent Thermo Fisher Scientific 89821
Lysozyme from chicken egg white Sigma Aldrich 12650-88-3
Sodium dodecyl sulfate Thermo Fisher Scientific 151-21-3
ampicillin Sigma Aldrich 7177-48-2
Tryptone Fisher Scientific BP-1421-500
Yeast extract Fisher Scientific BP1422-2
Sodium Chloride Fisher Scientific S271-10
Potassium Chloride Fisher Scientific P217-3
Magnesium Chloride Fisher Scientific M33-500
Dextrose Fisher Scientific D16-3
Sodium Hydroxide Fisher Scientific S318-1
Tris hydrochloride Fisher Scientific BP153-500
Maltose Fisher Scientific BP684-500
Glycine Fisher Scientific G46-500

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Uchendu, S. N., Rafalowski, A., Cohn, E. F., Davoren, L. W., Taylor, E. A. Anaerobic Protein Purification and Kinetic Analysis via Oxygen Electrode for Studying DesB Dioxygenase Activity and Inhibition. J. Vis. Exp. (140), e58307, doi:10.3791/58307 (2018).

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