$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), protein-DNA etkileşimlerinin analizi için güçlü bir tekniktir 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . Tek molekül düzeyinde bir çözünürlükle heterojen örnekleri doğrudan görselleştirmek için yalnızca düşük miktarda numune malzemesi gerekir. Heterojenlik, bir proteinin farklı konformasyonel veya oligomerik durumlarından kaynaklanabilir. Özellikle, protein-DNA örnekleri bağlamında, protein kompleksleri genel olarak DNA bağlanması veya DNA içindeki spesifik bir hedef bölgeye bağlanma ile uyarılan farklı stoikiometri ve / veya konformasyonlar gösterebilir. Heterojen numuneler ayrıca iki (veya daha fazla) farklı protein türü ve farklı protein kompleksi içerebilirFormlar ( örn . Heteromerik komplekslere karşı yalnızca bir protein türünü kapsar) DNA ile farklı etkileşime girebilirler. Burada tartışılan çalışmalar, bu proteinlerin bir hedefini temsil eden bir lezyon içeren uzun (~ 900 baz çiftli, bp) DNA fragmanlarına bağlı DNA onarım proteinlerinin statik, kurutulmuş örnekleri üzerindeki havadaki AFM görüntülemesini kullanmaktadır. AFM'nin yüksek, moleküler çözünürlüğü, farklı protein kompleksleri türleri arasında ayrım yapmayı ve proteinlerin DNA fragmanları üzerindeki bağlanma yerlerini belirlemeyi sağlar. Önemli olan, lezyonlar, DNA substratlarına iyi tanımlanmış pozisyonlarda eklenir. DNA'daki lezyon yerinin konumu bilindiğinden, DNA'ya bağlı olan proteinlerin dağılımı, (farklı) protein komplekslerinin (farklı) lezyon tanıma özelliklerine, örneğin belirli bir lezyon tipini ne kadar iyi tanıdıklarını (karşılaştırıldığında) Hasar görmemiş DNA'ya) 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . DNA'daki pozisyonları ayrıca lezyonlara spesifik olarak bağlanan protein kompleksleri ile DNA'nın başka yerlerinde spesifik olmayan şekilde bağlanmış olan kompleksler arasındaki ayrımı da mümkün kılar. Bu farklı karmaşık türlerin (lezyona spesifik olmayan komplekslere spesifik olarak bağlanan kompleksler) ayrı karakterizasyonu, hedef bölge tanımlamasında indüklenen komplekslerde potansiyel konformasyonel değişiklikleri ortaya çıkarabilir.
Burada odaklanan DNA tamir proteinleri, nükleotid eksizyon tamiri (NER) yolunda lezyonun tanınmasından sorumlu helikazlardır. Bakterilerde NER, UvrA, UvrB ve UvrC proteinleriyle elde edilir. UvrA, bir UvaA 2 / UvrB 2 DNA tarama kompleksinde başlangıç lezyon algılamasından sorumludur. UvrB lezyon doğrulamasının ardından bu kompleks, lezyon yerinde bağlı monomerik UvrB'ye dönüşür ve bu spesifik kompleks pRokaryotik NER endonükleaz UvrC. UvrC, lezyonu içeren kısa (12-13 nt) bir tek sarmallı DNA (ssDNA) uzatır. Eksik streç daha sonra DNA polimeraz ile doldurulur. Son olarak, DNA ligazı yeni sentezlenmiş gerdirmeyi orijinal DNA 9 , 10 ile sızdırmaz hale getirir. Ökaryotlarda, NER basamaklarının çoğunun proteinleri büyük, multimerik transkripsiyon faktörü II H (TFIIH) kompleksinin bir parçasıdır. Trimerik CEN2-XPC-HR23B kompleksi yoluyla ilk lezyon algılamasından sonra, TFIIH DNA hedef bölgeye yönlendirilir. Kompleks içindeki XPD, bir NER hedef lezyon varlığını doğruladığında, ökaryot NER endonükleazlar XPG ve XPF, lezyon 9 , 10 içeren kısa (24-32 nt) bir ssDNA serisini tüketmek üzere görevlendirilir. Burada, özellikle sırasıyla prokaryotik ve ökaryotik NER'den gelen UvrB ve XPD helikazları incelenmiştir. Bu helikazlar, eşleştirilmemiş bir bölge gerektirir.DNA (bir DNA kabarcığı) iki DNA tek sarmalından birine bağlanıp daha sonra ATP hidroliziyle beslenen bu sarmal boyunca yer değiştirir. DNA lezyonlarına ilaveten, proteinler için yükleme yeri olarak işlev gören substratlara bir DNA kabarcığı ilave edildi.
Spesifik lezyon DNA substratlarının hazırlanması prosedürü daha önce 11 açıklanmıştır. Bir lümen için iki birbirine yakın aralıklı kısıtlama bölgeleri olan dairesel bir DNA yapısı (plazmid) gerektirir. Bu çalışma bağlamında plazmid pUC19N (2729 bp) kullanıldı (S. Wilson laboratuarı, NIEHS tarafından hazırlandı). Bu plazmit, 48 nükleotit (nt) bir gerilimi çerçeve içine alan Nt.BstNBI nickazı için birbirine yakın mesafeli üç sınırlama bölgesi içerir. Lipaz ile inkübe edildikten sonra, bu alanlar arasındaki ssDNA'nın uzantısı uzaklaştırılabilir ve herhangi bir hedef özelliği içeren bir oligonükleotid ile değiştirilebilir. Her adımdan sonra, enzimatik sindirim, agaroz jeliElektroforez. Yuvarlak dairesel DNA, orijinal süper-sargılı plazmid ile karşılaştırıldığında daha düşük elektroforetik hareketliliğinden dolayı ayırdedilebilir. DNA'nın boşluk bırakılması ve çıkarılan gerilmenin spesifik alt tabaka oligonükleotidiyle değiştirilmesi, alt tabakayı münhasıran çentikler arasındaki bölgede kesen bir kısıtlama enzimi ile sindirim yoluyla değerlendirilebilir. Dolayısıyla, dairesel plazmitin enzim tarafından doğrusallaştırılması, çakıştırılmış DNA için bastırılacak ve spesifik oligonükleotidin eklenmesinden sonra restore edilecektir. Son olarak, iki endonükleaz sınırlama alanı (ideal olarak tek kesiciler), arzu edilen uzunlukta ve belirlenmiş bir konumda spesifik hedef alanı ve aynı zamanda lezyondan belirli bir mesafede bulunan bir DNA kabarcık ile, doğrusal bir DNA substratının oluşturulmasına izin verir. 'Veya 3' yönünde.
Lezyonların NER helikazları tarafından tanınması AFM görüntüleme yoluyla araştırılabilir. Tepedeki helikazların duraklatılmış DNA translokasyonuLezyon bölgesi, DNA üzerindeki protein pozisyon dağılımında zirve olarak görünür ve lezyon tanımayı gösterir. Bu helikazların DNA translokasyonu ayrıca yönlü, 5'-3 'polarite ile lezyon tanımanın yükleme yerine (DNA kabarcık yukarı akış veya lezyonun aşağısında) bağımlılığı da lezyonun öncelikli olarak tanınıp onaylanmadığını gösterir Translokasyona uğratılmış veya tersine, translokasyona uğramamış ssDNA iplikçikleri 5 , 9 . Sonraki bölümlerde, kullanılan yöntemler tanıtılacak ve bu deneylerden elde edilen önemli bulgular kısaca tartışılacaktır. Önemli olarak, burada gösterilen DNA tamiri ile ilgili örnek çalışmalara benzeyen AFM görüntüleme, DNA replikasyonu veya transkripsiyon 8 , 12 , 13 , 14 gibi farklı DNA etkileşen sistemlerin çalışmasına uygulanabilir Sup.