生体分子構造決定のための単分子レベルでの高精度FRET

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Biochemistry

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Summary

単一分子レベルでの高精度FRET実験のプロトコールをここに示します。さらに、この方法論は、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体のリガンド結合ドメインにおける3つの構造状態を同定するために使用することができる。正確な距離を決定することは、FRET実験に基づく構造モデルを構築するための第一歩です。

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Ma, J., Yanez-Orozco, I. S., Rezaei Adariani, S., Dolino, D., Jayaraman, V., Sanabria, H. High Precision FRET at Single-molecule Level for Biomolecule Structure Determination. J. Vis. Exp. (123), e55623, doi:10.3791/55623 (2017).

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Abstract

マルチパラメータ蛍光検出(MFD)モードにおいて、単分子レベルでのフォルスター共鳴エネルギー移動(FRET)を用いて高精度の眼間距離測定を行う方法に関するプロトコールをここに示す。 MFDは、光物理学的および実験的アーチファクトを減少させるために蛍光のすべての「次元」の使用を最大にし、剛性生体分子において〜1Åまでの精度での粒子間距離の測定を可能にする。この方法を用いて、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体のリガンド結合ドメインの3つの構造状態を同定し、リガンド結合時の受容体の活性化を説明した。既知の結晶学的構造を実験測定と比較すると、より動的な生体分子については3Å未満で合意した。生体分子の全次元をカバーする一組の距離制限を集めることにより、動的生体分子の構造モデルを提供することが可能になるes。

Introduction

構造生物学研究の基本的な目的は、生体分子機械の構造と機能との関係を解明することである。生体分子( 例えば、タンパク質や核酸)の最初の視覚的印象は、1950年代にX線結晶構造解析1,2によって生じました。 X線結晶解析は、結晶充填によって制約される高分解能、静的構造情報を提供する。したがって、X線構造モデルの固有の不動性は、ほとんどの生物学的機能に影響を及ぼす因子である生体分子の動的性質を排除する3,4,5。核磁気共鳴(NMR) 6,7,8 は、水溶液中の構造モデルを分解することによって、この問題に対する代替の解決法を提供した。大きな利点NMRは、構造、力学、および機能3,4,5の間の内在的な関係を明確にするのに役立つ、生体分子および立体構造アンサンブルの固有の動的性質を回復する能力である。それにもかかわらず、NMRは、試料の大きさおよび試料の大量によって制限され、より大きなシステムのための複雑な標識方法を必要とする。したがって、構造生物学における代替法を開発することが急務である。

歴史的に、フォルスター共鳴エネルギー移動(FRET) 9は、FRETが低精度の距離測定を提供するという誤解のために、構造生物学において重要な役割を果たしていない。このプロトコールの目的は、FRETがナノメートルスケールでの距離を決定する能力を再考することであり、そのような距離は、生体分子の構造モデルを構築するために使用することができる。最初の実験的検証FRET効率に対するR - 6依存の変化は、様々な長さのポリプロリンを「分光学的定規(spectroscopic ruler)」として測定することにより、1967年にStryerによって行われた。同様の実験が2005年の単一分子レベルで達成された11 。ポリプロリン分子は理想的ではないことが判明したので、後で二本鎖DNA分子を使用した。これにより、正確な距離測定のためのウィンドウが開き、FRETを使用して生体分子の構造特性を同定するというアイデアが開かれました。

眼間距離範囲が〜0.6〜1.3 R 0である場合、FRETは最適である。ここで、R 0はフォルスター距離である。単一分子FRET実験に用いられる典型的なフルオロフォアについては、 R 0は約50Åである。典型的には、FRETは、他の方法よりも多くの利点を提供し、その構造および動態を(i)蛍光の究極の感度のために、単分子FRET実験13,14,15,16は、個々のメンバーの構造を直接的に計数し同時に特徴付けることにより、異種アンサンブルを分解することができる。 (ii)複雑な反応経路は、アンサンブルの同期化が必要ないため、単一分子FRET研究で直接解読することができる。 (iii)FRETは、10年以上にわたる幅広い時間的領域にアクセスし、生物学的に関連する様々なダイナミクスをカバーすることができる。 (iv)FRET実験は、 インビトロおよびインビボの任意の溶液条件で行うことができる。 FRETと蛍光顕微鏡との組み合わせは、生きた細胞の分子構造および相互作用の直接的な研究を可能にする15,16 高精度20であっても17 ° 18 ° 19 °である。 (v)FRETは、ほぼ任意のサイズの系( 例えば、ポリプロリンオリゴマー21,22,23,24、Hsp90 25 、HIV逆転写酵素26 、およびリボソーム27 )に適用することができる。 (vi)最後に、生体分子のすべての次元性を含む距離のネットワークを用いて、静的分子または動的分子18,28,29,30,31,32,33,34,36の構造モデルを導出することができる。ref "> 35,36,37。

したがって、単一分子FRET分光法を使用して、距離制限構造モデル26に使用するのに十分正確な距離を導出することができます。これは、8つの次元の蛍光情報( すなわち、励起スペクトル、蛍光スペクトル、異方性、蛍光寿命、蛍光量子収率など)を利用するマルチパラメータ蛍光検出(MFD)28,38,39,40,41,42を利用することによって可能である。巨視的時間、蛍光強度、および蛍光体間の距離)を正確かつ正確に提供して、距離制限を提供する。さらに、パルスインターリーブド励起(PIE)は、MFD(PIE-MFD) 42を用いて、直接励起アクセプター蛍光をモニターし、1:1ドナー - アクセプター化学量論を含むサンプルから生じる単一分子事象を選択する。典型的なPIE-MFDセットアップは、共焦点顕微鏡本体に接続された2パルスインターリーブ励起レーザーを使用し、光子検出は、異なるスペクトル窓および偏光特性の4つの異なるチャネルに分割される。詳細は図1を参照してください。

FRETは、FRET結果26,30と一致する原子的様構造モデルを達成するために、計算方法とFRETを組み合わせなければならないことに注意することが重要です。現在の議定書の目標は、関連する方法論を踏襲して、FRETに由来する距離を有する構造モデルを構築することではない。しかしながら、これらのアプローチは、他の技術( 例えば、小角X線散乱または電子常磁性共鳴)、統合的な構造生物学の分野を生み出す43,44,45,46。現在の目標は、構造生物学の定量的ツールとしてFRETの道を開くことです。一例として、この方法を用いて、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体のリガンド結合ドメイン(LBD)における3つの構造状態を同定した。最終的な目的は、前述の限界を克服し、測定距離を高精度で提供することによって生体分子の構造決定に使用される統合的方法の中でFRETをもたらすことである。

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Protocol

PBS緩衝液の調製およびチャンバー処理

注:湿った化学実験を行うときは、実験室コートと使い捨て手袋を着用してください。レーザーを調整するときは目の保護具を使用してください。

  1. PBS緩衝液調製
    1. 4.5gのNa 2 HPO 4、0.44gのNaH 2 PO 4 、および3.5gのNaClを400mLの蒸留水に溶解する。 7.5のpHを確保し、液体サイクルで1時間(オートクレーブシステムに応じて)オートクレーブすることによって溶液を滅菌する。
    2. PBS溶液15mLを採り、それを木炭0.1gと混合する。 0.2μmの細孔サイズを有する標準的な20mLシリンジフィルターを用いて混合物を濾過する。室温でPBSバッファーを密封して保管します。
  2. 顕微鏡のチャンバーカバーガラス処理
    1. 500μLの蒸留水と5μLのポリソルベート20ノニオン性界面活性剤を添加する(材料リストを参照)チャンバーカバーガラスシステム(材料リストを参照)に入れ、よく混合します。 30分浸してください。ポリソルベート20溶液を除去し、蒸留水で2回洗浄する。乾燥させてください。
      注:チャンバはすぐに使用できる状態になっています。

DNAサンプルの調製

注記:二本鎖DNA(dsDNA)標準サンプルの作成については、設計された標識DNA鎖(材料リストを参照)を使用してください。設計されたオリゴは、決定された距離を損なう可能性のあるアーチファクトを回避するために、ポリマーの末端に染料を有してはならない。 DNA配列は、剛体として振る舞うように選択されるべきである。

  1. 1.5μLの供与体標識DNA鎖および4.5μLの相補的(アクセプター標識または非標識)DNA鎖を微量遠心チューブに加え、24μLのヌクレアーゼフリー水と混合する。
    注:選択したオリゴヌクレオチドの混合物に応じて、次のサンプルが生成されます:no-FRET、low-FRET、または高FRET dsDNAを含む。
  2. 95℃で10分間、90℃で10分間、80℃で10分間、70℃で10分間、60℃で10分間、50℃で次のプロセスを使用してDNAをハイブリダイゼーションします。 10分間、40℃で10分間、30℃で10分間、20℃で10分間、10℃で10分間、および5℃で保持した。
    注:生成されたdsDNAスタンダードは、長期保存のため-20℃の冷凍庫に保存するか、直ちに使用することができます。

3.タンパク質サンプルの調製

注:細菌系における目的のタンパク質の発現のための組換えDNAから出発して、距離が測定される残基をシステインに突然変異させることが可能である。これを行うには、標準的な部位特異的突然変異誘発技術を使用する( 47) 。タンパク質の精製を容易にするために、組換えおよび変異したDNAを精製タグを含むベクター( 例えば、Hisタグ)。 NMDAグルタミン酸イオン伝導性受容体(GluN1)LBD( すなわち、 pET-22b(+)ベクターにクローニングされたNMDA GluN1 LBD)由来のグルタミン酸サブユニット1リガンド結合ドメイン(LBD)を使用した。

  1. タンパク質発現
    1. 選択した発現系48に DNAプラスミドを構築する。
      注:以下のステップは、可溶性タンパク質の発現が大腸菌で形質転換されると仮定する 。例えばトランスフェクトされた哺乳動物細胞49または形質導入された昆虫細胞50からの精製も可能であり、詳細な工程は他の場所で見出すことができる。選択した大腸菌株が目的のタンパク質に適切であることを確認する。例えば、ジスルフィド架橋を含むタンパク質の発現には、還元性の低い細胞内区画を有するコンピテント細胞の株が必要である(Materials List参照)。
    2. スターターに接種する<em> E。単一の形質転換されたコロニー48を拾うために滅菌ピペットチップを用いて大腸菌培養物を培養する。それを100 mLの選択的LB培地(材料リストを参照)に落として、培養物を37℃で一晩増殖させる。
    3. LB培地を調製する(材料リストを参照)。オートクレーブして滅菌します。
    4. 一晩培養物を1:500の比の2Lの選択的LB培地に添加することにより、 形質転換大腸菌の大規模培養物を接種する。
    5. 次の数時間で600nmでの培養物の吸光度(Abs)をモニタリングすることにより培養物の増殖を評価し、600nmでの光学密度(OD 600 )と呼ぶか、細胞密度計を使用する。測定値は時間とともに増加することに注意してください。
    6. 培養物が0.7のOD 600に達すると、0.5mMイソプロピル-β-d-1-チオガラクトピラノシド(IPTG)の最終濃度でタンパク質発現を誘導する。 大腸菌を20℃で20〜20分間振とうする4時間。
    7. タンパク質を誘導した後、3,000×gおよび4℃で20分間スピンして大腸菌をペレット化する。上清を捨て、使用するまで-80℃で細胞内タンパク質を含む大腸菌ペレットを保存する。
  2. タンパク質の精製
    1. 溶解法( 例えば、超音波処理、フレンチプレス、窒素キャビテーションなど )を用いたLyse E. coli 51
    2. 185,000 xgおよび4℃で1時間、ライセートを遠心分離することにより、膜および細胞破片をスピンダウンします。
    3. Hisタグ付きタンパク質については、高速タンパク質液体クロマトグラフィー(FPLC)システム( 材料表参照) 52を使用して、平衡化されたニッケル充填固定化金属アフィニティークロマトグラフィー(IMAC)カラムに上清をロードする
      注:NMDA GluN1 LBDの平衡緩衝液:200mM NaCl、20mM Tris、および1mMグリシン、pH8。NM用溶出緩衝液DA GluN1 LBD:200mM NaCl、20mM Tris、1mMグリシン、および400mMイミダゾール、pH8。
      1. 低量(約12mM)のイミダゾールを含有する緩衝液でIMACカラムを洗浄する。
      2. 12mM〜400mMのイミダゾールの直線勾配を使用してIMACカラムからタンパク質を溶出させる。
    4. イミダゾール53を含まない平衡緩衝液中でタンパク質を一晩透析する。工程3.2.3.2からの溶出液を透析チューブに入れ、平衡緩衝液中に連続的に攪拌しながら2-3時間浸漬する。少なくとももう一度繰り返す。
      注:3.2.3-3.2.6のステップは、Hisタグ付きタンパク質の精製を前提としています。他の方法で精製する場合は、それに応じてプロトコルを調整してください。
    5. 透析したタンパク質の280 nmでの吸光度を測定し、ビールの法則( 吸光度単位=εL c 、ここで、 ε 吸光係数(M -1 cm -1)、ここで得ることができる54 ; Lは光路長(cm)である。 cはタンパク質濃度(M)である)。
      注:Bradfordアッセイおよびビシンコニン酸アッセイを含む様々なタンパク質定量アッセイが利用可能である。両方とも正確な結果を提供します。
  3. タンパク質ラベリング
    1. 1:1:8タンパク質:供与体:受容体のモル比で、供与体(マレイミド反応性シアン - グリーン色素)および受容体(マレイミド反応性遠赤色色素)フルオロフォアを精製タンパク質に加える。
    2. タンパク質とフルオロフォア混合物を氷上で30分間インキュベートする。より長いインキュベーション時間が可能である。
    3. タンパク質をインキュベートしている間に、0.5mLのNi-Nitrilotriacetic acid(Ni-NTA)アガロースカラム(材料リストを参照)をパックし、3.2.3と同じ平衡バッファーを使用して平衡化します。
      注:タンパク質結合量に応じて、タンパク質のロード量を保持してください。
    4. 30分後タンパク質/フルオロフォア混合物をステップ3.3.3で調製したカラムにロードし、重力流によって精製する。
    5. 過剰のフルオロフォアを5mLの平衡緩衝液で洗い流す。
    6. 0.5mLの溶出緩衝液でカラムから重力により標識タンパク質を4回溶出する。タンパク質はすでに他のタンパク質から精製されているため、勾配は必要ありません。
    7. それぞれの溶出液をUV-Vis分光計でチェックして、どの画分に標識タンパク質が含まれているかを確認します。 230-700 nmの吸光度をスキャンして、タンパク質(280 nm)と各蛍光体(シアン - 緑色蛍光体の場合は493 nm、遠赤色蛍光体の場合は651 nm)からの吸光度ピークが確実に確認できます。溶出液。
      注:通常、タンパク質は画分2で溶出します。
    8. 炭処理PBS(ステップ1.1)で脱塩カラム( 材料表参照)を平衡化する
    9. 重力流によって脱塩カラムに標識タンパク質をロードする。
      注:選択した脱塩カラムの容量に従って、ロードされたタンパク質の量を維持してください。
    10. 3.5mLのチャコール処理したPBSを用いて重力流で溶出させ、溶出液の0.5mL画分を集める。
    11. UV-Vis分光計を使用して、230-700 nmの各溶出液の吸光度をスキャンし、どの画分に標識タンパク質が含まれているかを確認します。
      注:3.3.8-3.3.11のステップは、基本的にバッファ交換ステップとして機能します。この目的に役立つ他のプロトコル( 例えば、広範な透析)も可能である。あるいは、ステップ3.3.2からステップ3.3.8に直接進むこともできる。

4.アンサンブル条件で必要な測定(キュベットで)

  1. フォルスター定数の決定
    1. フルネームを得るために、最大吸光度波長に15nmでドナーを励起することにより、フルオロメーターで蛍光体蛍光発光(cps)をスキャンする発行スペクトル。励起波長から5nm後に開始し、150nm後に終了する発光を監視する。発光偏光子を54.7°に設定してマジックアングル条件を使用する 励起偏光子は0°〜56°である。
      注:ここで使用した供与体フルオロフォアでは、Absの最大値は490 nmで発生します。励起波長として475nmを用い、480〜650nmの発光をモニターする。アクセプターの場合、Absの最大値は645 nmで発生します。 630nmを励起波長に用い、635〜735nmの発光をモニタする。
    2. 蛍光光度計を使用して、400-700nmの範囲のアクセプターフルオロフォア(Abs A )の励起スキャンを行い、発光偏光子を54.7°に設定することによってマジックアングル条件を使用する 励起偏光子は0°〜56°である。最大発光波長の後に放射モノクロメータを15 nmに設定します。最大エキシに正規化するtation値。
    3. 公開されている表では、アクセプターの吸光係数εA(M -1 cm -156を特定するか、製造元から提供された値を使用します。
      注:この原稿で使用されたアクセプターフルオロフォアについて発表された値はεA647 = 270,000 cm -1 M -1 56である。
    4. f D 、Abs A 、およびεAがλより上で定義され、波長(nm)である場合、J =ΣfD・(Abs A・εA)・λ4を使用してスペクトル重なりを計算する。ワークシートを使用して、ステップ4.1.1〜4.1.3で得られたすべての波長依存値を列に列挙する。波長に合わせて調整してください。ドナー放出の最小波長(λmin)からアクセプター吸収の最大波長までの合計を実行するe( λmax )。
    5. 次の式を使用してフォルスター定数(R o )を計算する。ここで、Jは、ステップ4.1.4で前に計算されたスペクトルオーバーラップであり、R 0 = 8.79 x 10 -5・J・κ2・ΦF、 κ2 配向係数、ΦF 、D は供与体フルオロフォアの蛍光量子収率であり、nはフルオロフォアが位置する媒体の屈折率である。
      注記:n = 1.33(水性緩衝液が使用される場合)およびκ2 = 2/3を使用する。
    6. 供与体フルオロフォアの量子収率値(ΦF 、D 環境に依存しない)を使用し、ステップ4.1.4で得られたスペクトルオーバーラップの値を使用して、eqを使用してフォルスター定数の最終値を計算するステップ4.1.5からの説明。
      注:量子収量が利用できない場合は、下の手順4.2に従ってそれを計算します。この場合、ドナーの寿命τD 、r = 4.0 nsに対応するΦF 、D = 0.8を使用します。
  2. 蛍光量子収率の測定
    注記:以下の手順では、ダイナミッククエンチングのみを想定しています。しかし、PIE-MFD実験は静的消光の場合でも量子収率を決定する上で有用である(結果参照)。
    1. 量子収率(Φr)が決定された受容体および供与体フルオロフォアの両方について、同様の吸光度および発光プロファイルを有する参照フルオロフォアを選択する。
      注:ドナーについては、Φr = 0.8およびτr = 4nsであるが、アクセプタについては、Φr = 0.32およびτr = 1.17nsであり、 wそれぞれシアン - 緑色蛍光体 - および遠赤色 - フルオロフォア - 標識オリゴヌクレオチドのΦrおよびτrに対応する。
    2. マジック角条件で時間相関単一光子計数(TCSPC)法を用いて時間分解蛍光減衰(f(t))を測定する。
    3. f(t)=Σi x i e -t /τiの形式で、単数または複数の指数関数的減衰関数を用いて蛍光減衰を適合させる。ここで、x i は母集団分数であり、τi 集団蛍光寿命である。
    4. 種平均寿命を計算すると、<τ> x =Σxiτi、 ここで、x i は母集団分数であり、τi 集団蛍光寿命である。
    5. 使用するe式ΦF 、D = <τD> x *Φr /τr 参照の蛍光寿命および量子収率ならびに供与体フルオロフォアの蛍光寿命を差し込むことによって、供与体フルオロフォアの蛍光量子収率を計算する。
      注:このメソッドは、動的消光を想定しています。他のΦF 、Dの決定については、Lakowicz 56に従う。

5. PIE-MFD単分子検出(SMD)の実験アライメント

注:測定中はライトを消す方が良いです。

  1. 機器の調整(図1)
    注:この実験には、 図1に示すように、倒立顕微鏡本体に2つのパルスレーザーと4つの検出チャンネルを備えた自家製MFDセットアップが使用されています。同様の商用システムがあります。
    1. 485 nmおよび640 nmレーザーとMFD設定のすべての検出器をオンにします。 TCSPCの取得とレーザーを制御するソフトウェアを開きます。レーザーの繰り返し周波数が40 MHzであることを確認してください。
    2. 60X 1.2 NA水浸対物レンズの画像面で485 nmパルスレーザ出力を60μWに設定し、パルスインターリーブ励起モード(PIE-MFD) 42で 640 nmパルスレーザ出力を23μWに設定します。
      注:PIE-MFDを設定するには、2つのレーザーパルスがレーザーコントローラーソフトウェアで遅れます。 485 nmレーザー励起の場合、検出TCSPCチャネル(TACチャネル)は1〜12,499(「プロンプト」チャネル)です。 640nmレーザ励起では、検出TCSPCチャネル(TACチャネル)は12,499〜50,000(「遅延」チャネル)である。
    3. 顕微鏡対物レンズとカバーガラススライドの間に目的の液浸液(二重蒸留水滴)を加えます。像面が溶液の内側にあり、ガラスから遠くにあることを保証するためにサーファガラスと液体の界面でレーザーが反射して2番目の明るい焦点を見つけた後、調整ノブを1.5回転させます。
    4. 50μLの蒸留水に100μMのRhodamine 1101μLをカバーグラスの中央に添加する。解決策が顕微鏡対物レンズの中心にあることを確認します。
    5. 取得ソフトウェア上の光子計数率を監視しながら、検出された光子数を最大にするようにピンホール(サイズ:70μm)の位置(x方向およびy方向)を調整します。
  2. 標準測定SMD(暗室での作業)
    1. 収集ソフトウェアの "* .ht3"形式58でタイムタグ付き時間分解(TTTR)コントロールパネルの "Start"ボタンをクリックすることにより、ステップ5.1.4のサンプルを使用してカウントレートを120秒記録します。
    2. オフライン蛍光相関分光法(FCS)を計算する59 拡散の特徴的な時間、共焦点体積中の分子の数、三重項状態の動力学および分子の明るさ62を決定するために、 60 / 61すなわち、 FCS測定)
      1. FCS用のソフトウェアを開きます(Kristine、MFD suite)。 [オプション] - > [設定を選択]をクリックして実験設定を選択します。同様の実験設定のファイルを選択し、「ファイルからパラメータを取得」をクリックして、ファイルのヘッダー情報を読み取ります。
      2. FCSを実行するには、 "Operate" - > "Correlate"を選択します。
        注記:チャンネル番号が正しく指定されていることを確認し、 "TAC Gate"(TCSPCチャンネル)をチェックして、プロンプトまたはディレイチャンネルを選択してください。
      3. フィット・ルーチンを開くには、 "Operate" - > "Correlation Curveのグローバルフィット"を選択します。ソフトウォー "式#24"を使用するeをクリックし、「開始」をクリックします。
        注記:ソフトウェアの等式#24は、3次元ガウス照明プロファイル(例えば、 61 :1)にわたって自由に拡散する蛍光分子の自己相関関数( G c
        式36
        ここでNは検出体積中の分子の平均数であり、 x Tは特徴的時間t Tt cを有する三重項状態動力学を発揮する分子の割合であり、 t cは相関時間であり、 t diffは幾何学的パラメータωωはガウス照明プロファイルを表す。適合後、共焦点体積中の拡散時間と分子数に注意してください。
    3. 10μLの100nMローダミン101を50μLの蒸留した水とよく混ぜる。この混合物をカバーガラスの上に置き、液滴が対物レンズの中心にあることを確認します。 TTTRコントロールパネルの "スタート"ボタンをクリックして、TTTR形式のデータを120秒間記録します。
    4. 50μLの蒸留水に100μMの遠赤色蛍光色素を1μL加え、よく混合します。このミックスを対物レンズの中心に置きます。 "Start"ボタンをクリックし、TTTRフォーマットで120秒間のデータを記録します。
    5. 50μLの蒸留水を対物レンズの中央に置きます。 "Start"ボタンをクリックし、300秒のデータをTTTR形式で記録します。
    6. 対物レンズの中心に50μLのPBSバッファーを置きます。 "Start"ボタンをクリックし、300秒のデータをTTTR形式で記録します。
    7. ステップ5.1.4の混合物1μLを蒸留水50μLと混合する。この混合物をカバーガラスに置きます。まず、 "Start"ボタンをクリックし、TTTRモードで10秒分のデータを収集します。次に、TTを分析するステップ5.3で説明したように、Burst Integration Fluorescence Lifetime(BIFL)解析ソフトウェア(Paris、MFD suite)を使用して、TRモードファイルを解析します。
      注:バースト選択および解析ソフトウェア26,61から、1秒あたりのバースト数を確認します。バーストレベルが10秒ごとに約35である場合、これは単分子測定に適しています。
    8. 単一分子測定標準として扱うために、TTTRフォーマットで計数率を1.5時間( すなわち、 SMDでのTCSPC)記録し続ける。
      注:ファイルサイズが大きいため、raw * ".ht3"ファイルをより小さなサイズのファイルに分割し、BIFLを使用してロードして処理します。
  3. BIFLを用いた標準試料の分析
    1. BIFLソフトウェア(パリ)を開きます。
    2. 「設定の確認」自動ポップアップウィンドウでPIEの設定を選択し、同様の実験設定のファイルを選択してヘッダーを読んでください。 「ここからパラメータを取得する」をクリック"OK"をクリックします。ポップアップウィンドウが閉じ、パリのフロントエンドに統合されていることに注意してください。 "次へ"の下の "OK"をクリックします。
    3. 分析する測定値を選択するには、 "Data Path Array"の "Select"をクリックして分析するファイルを選択します。
      1. 「グリーン散乱」(水分測定用)、「グリーンBG」(緩衝液測定用)、「グリーン厚」(2nMローダミン110測定用)、「赤色散乱」(水分測定用)赤色BG(バッファーまたは水の測定用)、赤色の厚さ(20nMローダミン101測定用)、黄色の散乱(水の測定用)、黄色BG(バッファー測定用) 「黄色い厚い」(2nM遠赤色フルオロフォア測定用)。
      2. 「次へ」の下の「OK」をクリックします。
        注:「緑色」チャネルは、「プロンプト」TCSPCチャネルの緑色検出器の信号に対応します。ザ4;赤色」チャネルは、「プロンプト」TCSCPチャネルにおける赤色検出器の信号に対応する。「黄色」チャネルは、遅延TCSPCチャネル内の赤色検出器の信号に対応する。
    4. 単一分子選択パラメータを調整するには、「データをバースト的に切断する」の横にある「調整」をクリックします。新しいポップアップウィンドウで、インターポトン到達時間を「しきい値」に変更し、1分子当たりの光子の最小数を「min」(最小値)に変更することにより、平均インターフォート到着時間(「dt」)から2標準偏差#。 " [戻る]をクリックすると、ポップアップウィンドウが閉じます。 「次へ」の下の「OK」をクリックします。
      注:しきい値は、ms単位で、バックグラウンドカウント率によって異なります。使用される光子の典型的な最小数は60である。
    5. 生成のための初期蛍光寿命「カラーフィットパラメータ」( 例えば 、from、to、およびconvolution)を調整する「緑」、「赤」、「黄」の各色の蛍光減衰パラメータが表示されます。同じウィンドウで、「プロンプト」と「遅延」の「開始」と「終了」の値を調整します。 [戻る]をクリックすると、ポップアップウィンドウが閉じます。 「次へ」の下の「OK」をクリックします。
      注:2色励起チェックボックスが選択されていることを確認してください。 「From」および「to」は、蛍光減衰ヒストグラム(TACチャンネル番号)の最初および最後のビンに対応する。初期当てはめパラメータが適切に選択されると、適合関数が各チャネルの蛍光減衰に加えられる。
    6. すべての処理されたASCIIファイルを親フォルダに保存するハードドライブ上の場所を選択します。
      注:パリはすべての選択されたバーストを処理し視覚化のために他のプログラム( 例えば、 Margarita MFD suite)で使用できるものよりも複数のascii出力ファイルを作成します。

6. dsDNA標準とサンプル測定尿素

  1. チャンバーカバーガラスに500μLのPBSバッファーを加え、チャンバーと対物レンズの間に1滴の蒸留水を入れます。コントロールペダルの "Start"ボタンをクリックし、分析に使用するTTTRモードで5分のデータを収集します。
  2. 少量(通常約0.1μL、約1μMの濃度)dsDNA標準液をとり、それをPBS緩衝液に加え、よく混合する。まず、「開始」をクリックして10秒のデータを収集します。その後、バーストをチェックして、10秒間に35バーストを取得します(ステップ5.2.7および5.3と同様)。最後に、上記のように、TTTR形式のデータを> 2時間以上収集する。
  3. ステップ5.3.3のように、dsDNAサンプルの収集データを分析する。
  4. MFD suite(Margarita)を用いてバーストヒストグラムを視覚化し、FRET効率対<τD (A) > fまたはF D / F A対<τD (A) > fを表示する
    1. オープンt彼はマルガリータソフトウェアを選択し、 "ファイル" - > "すべてをインポートする*。?? 4と* .mtiファイル。さまざまなサブフォルダを含む親フォルダを選択します。
    2. 視覚化するパラメータを選択するには、パリから派生したパラメータの1つ( 例えば、タウグリーンまたは<τD (A) > f )の「X」(横軸)の横にあるをクリックします。同様に、視覚化するための所望のパラメータ( 例えば、 FRET効率、F D / F A 、またはS PIE PIE)を選択するために、これを縦座標 "Y"に対して繰り返す。
      注:この場合、FRET効率、F D / F A 、またはS PIEは、緑色、赤色、および黄色のチャネルにおける適切なバックグラウンド計数率を補正します。ドナーとアクセプターの量子収率については、検出効率比(g G / g R )については、クロストーク(α)のために使用される。ここでは、g G / g R = 3.7、α= 0.017であり、機器のみに依存する。バックグラウンドカウント率使用されるバッファーに依存し、量子収率値は予め決定される。
    3. "Display" - > "Overlay Equation"をクリックして、 "Overlay Equation"ウィンドウを開いてFRETラインを追加します。ポップアップメニューから静的FRET行を選択します。適切なドナーの寿命と量子収率のパラメータを選択して、適切なFRETラインを生成します。
      注:様々なFRETインジケータを関連付けるためのFRETラインを生成することができます。
  5. マルガリータにおけるFRET効率対化学量論比(S PIE )を表示することにより、化学量論パラメータを用いてドナー励起源(β)によるアクセプタ励起の補正係数を決定する(下記の式1)。
    注記:βは、ドナー試料が化学量論スケールでS PIE = 1.0にピークを有するように選択される。アクセプターのみのサンプルはS PIE = 0.0の化学量論を有するべきであり、両方のラベルを有するdsDNAはS PIE〜0.5の化学量論を有さなければならない。br />注:装置はすぐに準備ができており、FRET標識サンプルを測定することができます。
  6. 6.3-6.4の手順に従って、セクション3で調製したFRET標識サンプルを測定し、分析する。

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Representative Results

MFDセットアップ(レーザーライン:60μWで485nm、23μWで640nm、セクション5.1)を用いた典型的なsmFRET実験では、蛍光サンプルを低ピコモル濃度(10 -12 M = 1pM)に希釈し、サブナノ秒のレーザーパルスが励起分子を介して自由に拡散する標識分子を励起する共焦点顕微鏡で行う。典型的な共焦点体積は<4フェムトリットル(fL)である。このような低濃度では、一度に一つの分子しか検出されない。標識された分子から放出された蛍光は、対物レンズを通して集められ、ピンホールを用いて空間的に濾過される。このステップは、有効な共焦点検出ボリュームを規定する。次に、信号は、2つ(またはそれ以上)の異なるスペクトルウインドウ( 例えば、 「緑」および「赤」)で平行および垂直成分に分割される。各光子検出器チャネルは、次に、時間相関単一光子計数(TCSPC)電子機器のデータ登録( 図1 )。

MFD設定のキャリブレーション後、dsDNA標準の測定である表1 (ステップ5-6)に要約された手順を開始することができる。次に、PIE-MFDを使用して、平均マクロ時間、蛍光寿命、バースト積分異方性、赤色の信号上の緑色の信号の比、プロンプトチャネル内のバースト持続時間(T (G + R) | D )、遅延チャネルにおけるバースト継続時間(T R | A )、および他のもの65,66図2 )を含む。この分析において重要なのは、以下のように定義される化学量論パラメータ( S PIE )である。

式45

ここで、 F G | D = F DF R | D = F AF R | A バックグラウンド補正された蛍光強度63である。たとえば、 F G | D = I G | D - < B G >、 どこで私は G | D ドナーからの緑色チャネルにおける検出された強度であり、< B G > グリーンチャネルの平均バックグラウンドカウント率です。類似の補正は、アクセプターの直接励起( F R | A )およびアクセプターの増感放出( F R | D )からアクセプターの蛍光について行われる。式1において、 αはドナー・フルオの補正係数アクセプターチャンネルへのクロストークを再現します。 βはドナー励起源によるアクセプタ励起の補正係数であり、ここで、

式56

は、ドナーとアクセプタ量子収率の関数であり、ΦF 、D ΦF 、A 緑色検出器と赤色検出器の検出効率g Gg Rの検出効率の関係を示しているS PIEを使用すると、供与体のみの標識された試料についてはS PIE = 1、受容体のみの試料についてはS PIE = 0、受容体のみの試料についてはS PIE = 0を満たすように、 α、β およびγなどの適切な機器要因を較正することが可能である。 FRETサンプルについてPIE = 0.5。あるいは、使用することができます:

式59

第2のサンプルの量子収率を導き出すために、1つのサンプルの量子収率( 式60 )が知られており、 式61 そして式62 PIE-MFD実験から決定される。この場合、高FRET dsDNAの量子収率は0.32であり、低FRET dsDNAの量子収率が決定されると仮定する。この手順を行う理由は、たとえ両方とも同じ位置に1つのアクセプターを有するにもかかわらず、低FRETおよび高FRETサンプルの両方でS PIEが異なることが注目されているからであるが、diff他の場所。式(3)に記載されているように、標準試料の適切な量子収率を決定した後、FRET効率( E )対<τD A > f F D / F A対<τD A > f表記は、さらなる評価のために使用される。 FRET効率( E 静的 )、 F D / F A 、および<τD A > fのパラメトリックな関係 パラメータは、以下の方程式(方程式4)の組によって記述される。

式63

式64

ここで、 F D | Dはドナーまたは緑色チャネルで検出されたドナー蛍光であり; F A | D 受容体感作性発光である。 式67 アクセプターの非存在下でのドナー蛍光寿命であり;と< τD A > x 種平均寿命であり、経験的多項式による蛍光平均寿命に関連する式69 56,57 。これらの方程式は、静的FRET線57,67として知られている。なぜなら、線が両方の集団を等しく良好に横断しなければならないからである。fダイナミクス( 図3 )。

最後に、2つのdsDNAサンプル68,69について確率分布分析(PDA)を用いてFRET効率ヒストグラム( 図4 )の分析を行う。 PDAはsmFRETヒストグラムを高精度にモデル化するために使用されている57 。単一又は複数の静的種の情報は、単一のヒストグラムから得ることができる。得られた実験データに予想分布の形状をフィッティングした後、ドナーとアクセプターの間の距離を明らかにすることができる。要するに、FRET効率、すなわちF D / F A分布は、「緑色( G )」および「赤色( R )」検出チャネルで収集された光子の特定の組み合わせを観察する確率[一定の時間風を与えられたこんにちは。式5を使用します。

式71

ここで、蛍光強度分布PF )は、バックグラウンド信号B GB Rをポアソン分布、 PB G )、 PP )に基づいて分布させたときの全信号強度分布P B R )、既知の平均バックグラウンドカウントレート強度、< B G >および< B R >を有する。条件付き確率PF GF R | F )は、所与のFRET状態についての緑色蛍光光子および赤色蛍光光子の特定の組み合わせF GおよびF Rを観察する確率である。

PDA分析では、高FRET dsDNAの中間間距離が< R DA > E (HFRET) = 45.7Åであるのに対して、低FRET dsDNAの場合は、 FRET位置決めおよびスクリーニングシステム(FPS) 26を用いた予想距離と比較した場合、予想される眼間距離< R DA > E 、AV (HFRET) = 44.7Å は、距離< R DA > E (LFRET) = 59.7Åであった。高FRET dsDNAについてはFPSを用い、低FRET dsDNAについては< R DA > E 、AV (LFRET) =59.1Åであると見出された.AVはFPSツールキットに埋め込まれたアクセス可能な体積計算を表す.AVは、フルオロフォアがバイオメトリックのアタッチメントポイントに接続された3つの半径ハード球モデルを表す、モンテカルロシミュレーション可撓性連結リンカー26,57を有する。測定されたS PIEに基づいて、低FRET dsDNAについての量子収率の補正が必要とされる。これらの条件では、AVシミュレーションからの実験値と期待値との間に〜1Åの一致を得ることが可能である。

次に、NMDA GluN1 LBDを測定する。 NMDA受容体(NMDAR)は、ゲーティング70のためのグリシンおよびグルタミン酸の結合を必要とするヘテロメリックで非選択的なカチオンチャネルである。クラムシェル様構造を有するLBDは、結晶学的情報71,72に基づいて、リガンド結合時に開いたクラムシェルと閉じたクラムシェル様の構成をとることが知られている。 MFD実験のために、NMDA GluN1 LBDを、Ser507およびThr701(完全長配列)で、これまで説明したように、裂け目。その後、52ÅのR 0を有するシアン - 緑色蛍光体と遠赤色蛍光体のFRET対を用いて標識した(材料リスト参照)。この構築物は、可溶化された受容体を用いて作業することに伴う複雑さを伴わずに、リガンド結合ドメインの動きを研究するために用いられた。この構築物を用いて、LBDの少なくとも3つの構成が見出された。配座選択機構は、リガンド結合73の際に同定された集団の1つを選択的に占有することが示唆された。不活性化形態、またはアンタゴニスト5,7-ジクロロキヌレン酸(DCKA)の存在下では、より長い供与体蛍光寿命およびより大きな供与体 - 受容体蛍光比ピークを有する中〜低-FRET状態が主に探索されるF D / F A = 3.3であった( 図5A )。これは、オープンクレフト(open-cleft)構造の安定化と一致する。LBDが採用できる3つの構成(高FRET(HF)(< R DA > E = 33.9オングストローム)、中FRET(MF)(< R DA > E = 45.8オングストローム)、および低FRET状態(LF)(< R DA > E =55.8Å))。しかし、ほとんどの場合、中程度のFRETおよび低いFRETが存在した。これは、高FRETがNMDARの活性化をもたらす状態であることを示唆している。実験的に導出された距離およびインシリコ標識を使用し、結晶学的情報(タンパク質データバンク同定(PDBID):1PB7および1PBQ)を使用するFPSによって誘導された距離を比較することは注目に値する。中FRET集団および低FRET集団の間の距離は、両方の構造についてそれぞれ< R DA > E 、AV =48.7Åおよび54.2Åであることが見いだされた( 図5B)。 2.9Åの最大偏差は、中FRET状態で見出された。分布の不確実性を考慮すると、κ2の仮定から = 2/3の場合、測定距離に最大誤差2.5%があります。要するに、実験的に決定された距離でオングストロームの精度に達することが可能であると結論づけることができる。

図1
図1:PIE-MFDの実験設定とデータ登録A )典型的なマルチパラメータ蛍光検出装置が示され、2つの異なるスペクトル窓をカバーする4つの検出器からなる。検出器は、時間相関単一光子計数(TCSPC)電子回路に接続される。 ( B )TCSPCにおいて、各光子は、(i)微小時間、または励起パルスの後の時間、 (ii)マクロ時間、または実験の開始からの励起パルスの数; (iii)チャンネル番号。これらの3つのパラメータは、オフライン分析に必要です。 ( C )単一分子が共焦点体積を通して自由に拡散し、光子が放出され、時間の関数として光子のバーストが残る。 ( D )それに応じて、選択された各バーストが適合され、多次元ヒストグラムを表示するために使用される。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図2
図2:さまざまな蛍光パラメータを使用したバースト解析。A )FRET効率対マクロ時間、( B )FRET効率対T (G + R)| D - T R | A 、( C )FRET効率対S PIE低FRETまたは15bpのdsDNAを含む。 T (G + R)| Dは、プロンプトチャネルのバースト持続時間であり、T R | Aは、遅延チャネルにおけるバースト持続時間(T R | A )である。

図3
図3:F D / F Aおよびドナーの寿命対FRET効率。 FRET効率( A )を表す2次元ヒストグラム。アクセプター蛍光に対するドナーの比F D / F A 、( B );アクセプター<τD A > fの存在下でのドナーの平均蛍光寿命に対するドナー異方性r DC )を示す。決定された修正B = 0.64、< B R > = 0.37、β= 0.08(ドナー励起レーザーを用いたアクセプターの直接励起の割合)、α= 0.017、g G / g R = 3.7 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図4
図4:高FRETおよび低FRET dsDNAのPDA比較。平均FRET効率距離の6%の半値幅を有する2msの時間窓PDA分析。各距離は、幅(hw DA )として< R DA > Eの 6%で分布するガウス分布です。 ( A )試料HFRETの場合、粒子間距離は< R DA > E (HFRET)=45.7Åである。 ( B )試料LFRETの場合、距離は< R DA > E (LFRET) = 59.7Åである。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図5
図5:アンタゴニストDCKAの存在下でのNMDA受容体のリガンド結合ドメインのPIE-MFD。A )アクセプター<τD A > fおよび供与体の異方性<τD A > fの存在下でのF D / F Aの二次元ヒストグラム対ドナーの寿命 DCKAを備えたLBDの場合1次元F D / F Aの投影図であり、また示されている。スタティックFRETラインは赤で示されています。バックグラウンド(< B G > = 0.940kHzおよび< B R > = 0.522kHz)、スペクトルクロストーク(α= 1.7%)、および検出効率に関して、純ドナーおよびアクセプター蛍光( F DおよびF A )比(g G / g R = 3.7)である。異方性対<τD A > fヒストグラムでは、ペリン方程式の回転相関はρ= 2.5 nsです。 ( B )10msの時間窓ΔtにおけるPDA。単一の状態が必要です。このモデルは、すべてのタイムウィンドウにうまく収まります。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

アクション ゴール
センターレーザービーム。
ピンホールを整列させる。 FCS実験(セクション5)。
検出器を整列させる。 CPMを最大化する。
対物レンズ補正リングを調整します。 diffを最小化し、CPMを最大化します。
計測器応答関数(IRF)を決定する。 TTTRモードのTCSPC @ SMD。散乱減衰パターンを測定する。
各スペクトルウィンドウのG因子を決定する。 TTTRモードのTCSPC @ SMD。強度を比較すると、偏光に適した減衰テールが得られます。
スペクトル窓(g R / g G )における検出効率比を決定する。 (i)広い発光スペクトル(nM濃度)を有する色素の強度測定。 (ii)参照FRETルーラー(pM concentr)。 MFDでは、亜集団は静的FRETライン上に落ちるはずである。
最終チェック(寿命と異方性)を実行します。 単一の指数関数的崩壊( 例えば、ローダミン110)を有する自由拡散色素の単分子測定からの適合寿命と異方性を制御する。
アクセプタ対ドナー量子収率の比を決定する。 (i)化学量論プロット(S PIE ) 1.および4.2。
バックグラウンドカウント率を決定する。 選択された「バッファ」の強度測定。
クロストーク(α)を決定する。 蛍光発光スペクトルおよび検出効率を考慮したドナー色素の強度測定。

表1:単一分子実験におけるFRET実験の較正ステップ。

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Discussion

この研究では、PIE-MFD単分子FRET実験を使用して、高精度で粒子間距離を整列させ、較正し、測定するプロトコルが提示されている。すべての機器パラメータを慎重に較正することにより、測定距離の精度を高め、オングストロームの精度に達することができます。これを行うために、様々な多次元ヒストグラムを用いて、さらなる特徴付けのために集団を分析および同定する。測定されたサンプルの安定性を検証するために平均マクロ時間を使用して、供与体および受容体の光退色を補正し、化学量論的パラメータに基づいてFRET集団を選択することが可能である。しかしながら、受容体の光物理的特性は、標識の位置に応じて変化し得る。したがって、アクセプタ量子収率を適切に補正するために、 S PIE分布を使用することができる。ガンマ因子(χ)を決定するには、適切な光物理的特徴付けが必要であり、それは、他の補正事実( 例えば、クロストークの場合は α、ドナーレーザーを用いたアクセプタ励起の場合はβ)を使用して、測定された眼間距離の精度を高めることができる。このアプローチは、2つの設計されたdsDNA標準試料を使用して確証され、期待値と比較した場合〜1Åの精度が決定された。

異なる色素の選択は、選択された色素の適切なスペクトル窓を調整するために、ダイクロイックおよびバンドパスフィルタのような顕微鏡光学素子の適合を必要とする。従って、パルスレーザーを選択する必要がある。より重要なことに、色素の選択は、受容体および供与体の漂白、三重線または色素の点滅、またはタンパク質表面への色素の粘着など、いくつかの可能な光物理的アーチファクトのために決定的である。これらのアーチファクトは、実験データの解釈を損なう可能性がある。このシナリオでは、複数のパラメータを検査することにより、これらのアーチファクトの発生源を特定し、彼らのために、または少なくとも彼らの存在を知っている。双極子方位パラメータ、ほとんどの時間をκ2 = 2/3は、色素が生体分子の表面に優先的に粘着する場合、決定された距離のより大きな偏差を引き起こす可能性がある。供与体試料、受容体試料および供与体受容体の異方性は、この仮定が有効であるか否かを解決するのに役立ち得る。この実験では、適切な補正を行わず、10〜20%の誤差を得るのに比べて、測定距離に〜2.5%の最大誤差があることが分かった。アクセプタの量子収率は、より大きな誤差源を作り出す可能性がある。したがって、 S PIEはこの重要な問題に対処する上で重要です。

NMDAR上のアゴニズムのメカニズムを理解するために、NMDA受容体のリガンド結合ドメインの立体配座を理解するために同様の戦略を適用することが可能である。これは、アンタゴニストの存在は、チャネル73を開く責任があると主張される高FRET状態のアクセス可能性を避ける。実験的に導出された距離と結晶学的情報に基づく期待値とを比較すると、3Å以内の一致が達成された。さらに重要なことに、新しい低人口状態は同様の精度で識別することができます。

要約すると、MFDモード42における単一分子FRET実験は、実験的人工物を適切に説明し、約30〜70Åの範囲内の粒子間距離を導出することを可能にする。単一の測定された距離の代わりに、距離のネットワークが導き出された場合、特に構造的生物学のより標準的な方法では特徴づけが困難な状態の場合、これらを構造モデリングの拘束として使用することが可能です。

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Disclosures

すべての著者は、この記事の内容と競合する金銭的利益がないと宣言しています。

Acknowledgments

VJとHSは、NIH R01 GM094246からVJへのサポートを承認します。 HSは、クレムソン大学創造的調査プログラムとクレムソン大学の光学材料科学技術技術センターからスタートアップ資金を受け取ります。このプロジェクトは、ガルフコーストコンソーシアムの学際的なバイオサイエンストレーニングのためのケックセンター(NIGMS助成金番号1 T32GM089657-05)と一般ヒト疾患の翻訳研究のためのシスラー基金研究奨学金によっても支援されました。内容は著者の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
charcoal Merck KGaA K42964486 320
syringe filter Fisherbrand 09-719C size: 0.20 µm
chambered coverglass Fisher Scientific 155409 1.5 borosilicate glass, 8 wells
microscope cover glass Fisher Scientific 063014-9 size: 24 x 60-1.5
Nuclease free water Fisher Scientific 148859 nuclease free
tween-20 Thermo Scientific 28320 10% solution of Polysorbate 20
acceptor DNA strand (High FRET) Integrated DNA Technologies 178124895 5´-d(CGG CCT ATT TCG GAG TTG TAA ACA GAG AT(Cy5)C GCC TTA AAC GTT CGC CTA GAC TAG TCC AAG TAT TGC)
acceptor DNA strand (Low FRET) Integrated DNA Technologies 177956424 5´-d(CGG CCT ATT TCG GAG TTG TAA ACA GAG ATC GCC TT(Cy5)A AAC GTT CGC CTA GAC TAG TCC AAG TAT TGC)
donor DNA strand Integrated DNA Technologies 177951437 5´ -d(GCA ATA CTT GGA CTA GTC TAG GCG AAC GTT TAA GGC GAT CTC TGT TT(Alexa488)A CAA CTC CGA AAT AGG CCG)
DNA strand (No FRET) Integrated DNA Technologies 5´ -d(CGG CCT ATT TCG GAG TTG TAA ACA GAG ATC GCC TTA AAC GTT CGC CTA GAC TAG TCC AAG TAT TGC)
thermal cycler Eppendorf E6331000025 nexus gradient
Alexa Fluor 488 C5 Maleimide Thermo Scientific A10254 termed cyan-green fluorophore in the manuscript
Alexa Fluor 647 C2 Maleimide Thermo Scientific A20347 termed far-red fluorophore in the manuscript
Rhodamine 110 Sigma-Aldrich 83695-250MG
Rhodamine 101 Sigma-Aldrich 83694-500MG
LB Broth, Miller Fisher Scientific BP1426 For culture of E. coli
Ampicillin Sigma-Aldrich A0166 Used at 100 µg/mL final concentration in selective LB medium to maintain plasmid selection
Tetracyline  Calbiochem 58346 Used at 12.5 µg/mL final concentration in selective LB medium to maintain gor (flutathione reductase) mutation in Origami B(DE3) strains to facilitate disulfide bond oxidation
Kanamycin Fisher Scientific BP906-5 Used at 15 µg/mL final concentration in selective LB medium to maintain trxB (rhioredoxin reductase) mutation in B(DE3) stains to facilitate disulfide bond oxidation
Origami B(DE3) Competent Cells Millipore 70837-3 Competent E. coli cells for expression of protein with disulfide bridges
Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) Fisher Scientific BP1755 For induction of E. coli protein expression
HiTrap Chelating HP GE Life Sciences 17-0409-01 For Large-scale FPLC Purification of His-tagged protein
Imidazole Sigma-Aldrich 56749
Ni-NTA Agarose  Qiagen 30210
PD-10 Desalting Column GE Life Sciences 17-0851-01
AktaPurifier GE Life Sciences 28406264 FPLC Instrument
Dialysis tubing Spectrum labs 132562 15 kD MWCO 24 mm Flath width, 10 meters/roll
Dichroics Semrock FF500/646-Di01-25x36 500/646 BrightLight
50/50 Beam splitter polarizer Qioptiq Linos  G33 5743 000 10 x 10 film polarizer
Green pass filer Chroma ET525/50m ET525/50m 25 mm diameter mount
Red pass filter Chroma ET720/150m ET720/150m 25 mm diameter mount
Power Meter ThorLabd PM200
UV-Vis spectrophotometer Varian Cary300Bio
Fluorolog 3 fluorometer Horiba FL3-22-R3
Fluorohub TCSPC controller Horiba Fluorohub-B TCSPC electronics for ensemble measurements
NanoLed 485L Horiba 485L Blue diode laser
NanoLed 635L Horiba 635L Red diode laser
Olympus IX73 Microscope Olympus IX73P2F Microscope frame
PMA 40 Hybrid Detector PicoQuant GmbH 932200, PMA 40 Optimized for green detection
PMA 50 Hybrid Detector PicoQuant GmbH 932201, PMA 50 Optimized for ed shifter sensitivity
485 nm laser PicoQuant GmbH LDH-D-C-485
640 nm laser PicoQuant GmbH LDH-D-C-640
Hydraharp 400 and TTTR acqusition software PicoQuant 930021 Picosecond event timer and Time Correlated Single Photon Coutning Unit, includes TTTR acqusition software
SEPIA II SLM 828 and SEPIA software PicoQuant 910028 Laser driver for picosecond pulses , includes SEPIA software controller.
computer Dell optiplex 7010 cpu: i7-3770 ram:16GB
FRET Positioning and Screening (FPS) software Heinrich Heine Unviersity It include the Accesibel Volume clacualtor available at http://www.mpc.hhu.de/software/fps.html
MFD suite Heinrich Heine Unviersity It includes the BIFL software package Paris; Margarita for visualization of the multiparameter hisotrams, and Probability Distribution Analysis software availabel at http://www.mpc.hhu.de/software/software-package.html

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References

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