Biochemistry
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小角 x 線散乱による溶液中の高分子の構造研究
Summary November 5th, 2018
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ここでは、小角 x 線散乱 (SAXS) を高分子の構造を表す低解像度の封筒に情報を取得する利用できる方法を提案します。X 線結晶構造解析や核磁気共鳴などの高分解能構造技術と組み合わせて使用すると、小角はマルチ ドメイン蛋白質および高分子複合体の溶液に詳細な洞察力を提供できます。
Transcript
この方法は、生体分子とその複合体の大きさ、形状、立体構造の変化などの生化学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、生体分子が安定している環境で生理学的に関連する緩衝条件下で実験を行うことができる点である。SAXSは、他の多くの生物物理学的および構造的生物学の方法に対する無料の技術です。
SAXSとこれらの方法を組み合わせることで、構造ベースの治療薬の開発に役立ちます。この方法は生体分子複合体に関する洞察を提供することができますが、ナノパートシカルや薬物送達の椎骨の研究などの他のシステムにも適用できます。一般的に、この方法に新しい個人は、生の散乱データから低解像度構造に移動する、圧倒的で複雑なプロセスとして表示されるため、苦労します。
この方法の視覚的なデモンストレーションは、生データから構造モデルを取得するためのデータ分析のパイプラインは、ソフトウェアの多くの異なるパッケージの使用を含むので、学習することが困難であるため、重要です。SAXS データ分析に役立つソフトウェア・パッケージがいくつかあります。これには、スキャッター、バイオエクスタスRAW、ATSASスイートが含まれます。
このビデオでは、ATSAS プログラム スイートを使用して、生の SAXS データを分析する際に実行する一般的な手順の概要を説明します。開始するには、ATSAS プログラム・スイートをインストールしてロードします。PRIMUS/Qtプログラムを開き、メニューを開くオプションに移動します。
ここでは、対象のデータファイルを最大13個選択します。データ ファイルは ASCII 形式である必要があり、最初の列は s ベクトル軸、2 番目の列は強度です。この手順をバッファのみのデータに対して繰り返し、このデータを 2 つ目の [ツール] メニューに挿入します。
次に、[データ処理] ウィンドウに移動し、[減算] を選択します。これにより、目的の高分子からの散乱のみを表す減散曲線が生成されます。ギニエ解析を実行するには、まず、PRIMUS/Qt にロードされたバッファー減散乱曲線から開始します。
次に、Primus Guinierウィザードを開くジャイロの半径をクリックします。この時点で、強度と散乱角度の自然対二乗角度を示すプロットが表示されます。ジャイロの予備半径を取得するには、コマンド プロンプト ウィンドウを見つけて、Autorg 関数を使用します。
Autorg を押した後、上限を 1 つ上にクリックし、次に下に押して、プログラムに統計測定値を強制的に更新します。または、同じ開いているプロンプトをクリックし、前述と同じ方法でハイライト表示して複数のデータファイル名を選択して、複数のファイルを一度に入力します。クラッキー分析を開始するには、データ ファイル名をクリックして選択します。
これにより、ウィンドウにデータがプロットされます。次に、[印刷] を選択します。次に、[プロット]ボタンの下で、[クラッキープロット]をクリックします。
その結果、球状タンパク質はGALC-eanピークを表示し、展開されたタンパク質はピークの代わりに高原を表示し、ここに示すような双曲線プロットに似ています。プリムス/Qtの濃度ごとにデータを引いたデータを読み込みバッファが再度行いました。[処理] タブで[スケール]をクリックし、各曲線とiスケール数を調べます。
検査の後、処理ウィンドウのマージボタンをクリックしてデータをマージします。距離分布プロットを生成するには、マージされたデータ曲線を PRIMUS/Qt にロードし、[解析]タブの[距離分布]をクリックします。マージされたデータのデータ範囲を調整して、生データの末尾で大きなノイズが発生しないようにします。
また、低い範囲値を選択して数値を増やすことにより、低q領域のビームストップに近いデータ点を省略します。Dmax を決定するには、ギニエ解析から得られたジャイロ半径の 5 倍の範囲から開始します。次に、距離分布プロットが y 軸上で急激にゼロに落ちなくなり、長い尾がゼロに近づくまで、この値を徐々に小さくします。
ギニエ近似と、旋回と強度数の距離分布半径から導出される、旋回対強度プロットの実験半径が類似していることを確認します。ここで、散乱光の強度は散乱角度に対してプロットして示され、生体分子のニドゲン−1、ラミニンγ−1およびそれらの複合体の両方の品質、ならびにそれらの形状を示唆している。散乱データから決定された電子対距離分布は、生体分子が細長い形状を有することを示唆しており、クラツキープロットは、データが高原に傾向がある、あるいはより大きなq範囲で増加し、ベル曲線形状を欠いているため、タンパク質が折り畳まれた状態にあることを示唆している。
さらに、低散乱角でデータを使用するギニエプロットは、ニドゲン-1、ラミニンγ-1およびそれらの複合体についてここに示されているジャイロ半径の決定のための線形領域を示しています。タンパク質複合体を研究するために、MONSAはニドゲン-1ラミニンγ-1複合体全体の低分解能構造を得るために使用され、両方のタンパク質のC末端領域のみが媒介相互作用に関与しているのに対し、残りのドメインは互いに離れていることを示唆した。シンクロトロン放射の操作は非常に危険であり、各異なるビームラインによって概説された予防措置と安全性は、初期データ収集を行う際に必ず取られるべきだということを忘れないでください。
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