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Ein wesentliches Hindernis für biochemische Analysen von Ribosomen, die im Entstehen begriffenen Peptidyl-tRNAs hat das Vorhandensein von anderen Ribosomen in der gleichen Proben, Ribosomen nicht in der Übersetzung der spezifischen mRNA-Sequenz, die analysiert werden beteiligt. Wir entwickelten eine einfache Methode, um zu reinigen, ausschließlich, den Ribosomen, welche die entstehenden Peptidyl-tRNA von Interesse.
Vor kurzem haben strukturelle und biochemische Studien viele der molekularen Ereignisse, die in den Ribosomen treten bei der Hemmung der Proteinsynthese durch Antibiotika und während entstehenden Polypeptidsynthese detailliert. Einige dieser Antibiotika und regulatorischen entstehenden Polypeptide meist in Form von Peptidyl-tRNAs, hemmen entweder die Bildung der Peptidbindung oder Übersetzung Beendigung 1-7. Diese hemmenden Ereignisse kann die Bewegung des Ribosoms zu stoppen, bezeichnet ein Phänomen der "translationalen verhaften". Übersetzung Verhaftung durch entweder ein Antibiotikum oder einer entstehenden Polypeptid induziert wurde gezeigt, dass die Expression von Genen in verschiedenen zellulären Funktionen wie Zellwachstum, Antibiotika-Resistenz, Protein-Translokation und Zellstoffwechsel 8-13 beteiligt zu regulieren. Wissen, wie Antibiotika und regulatorischen entstehenden Polypeptide verändern ribosomalen Funktion ist unerlässlich, wenn wir die komplette Rolle des Ribosoms in der Übersetzung, in jedem Organismus zu verstehen.
Hier beschreiben wir eine einfache Methode, die verwendet werden, um zu reinigen, ausschließlich für die Analyse, der Umsetzung dieser Ribosomen eine spezifische mRNA und mit einer spezifischen Peptidyl-tRNA 14 kann. Dieses Verfahren beruht auf selektiven Isolierung des Übersetzens Ribosomen gebunden an ein Biotin-markierten mRNA basieren. Diese translationale Komplexe sind aus anderen Ribosomen in der gleichen Mischung getrennt, mit Streptavidin paramagnetischen Kügelchen (SMB) und ein Magnetfeld (MF). Biotin-markierten mRNAs werden von run-off-Transkription Tests unter Verwendung als Vorlagen PCR-generierten DNA-Fragmente, die T7 Transkriptions-Promotoren enthalten synthetisiert. T7-RNA-Polymerase enthält Biotin-16-UMP aus Biotin-UTP; unter unseren Bedingungen etwa zehn Biotin-16-UMP-Moleküle sind in einem 600 nt mRNA mit einem 25% UMP Inhalte integriert. Diese Biotin-markierten mRNAs werden dann isoliert und in ein in vitro-Translation-Assays mit dem Release Faktor 2 (RF2) durchgeführt abgereicherte zellfreien Extrakten von Escherichia coli-Stämme, die Wildtyp-oder mutierte Ribosomen erhalten. Ribosomen übersetzen die Biotin-markierten mRNA-Sequenzen sind in der Stop-Codon Region ins Stocken geraten, wegen der Abwesenheit der RF2-Protein, das normalerweise erreicht Übersetzung Kündigung. Stalled Ribosomen mit den neu synthetisierten Peptidyl-tRNA isoliert und entfernt von der Übersetzung Reaktionen mit SMB und ein MF. Diese Kügelchen binden nur Biotin-haltigen Nachrichten.
Die isolierte, translationale Komplexe können verwendet werden, um die strukturellen und funktionellen Eigenschaften von Wildtyp-oder mutierte ribosomale Komponenten oder Peptidyl-tRNA-Sequenzen, sowie die Bestimmung Ribosom Interaktion mit Antibiotika oder anderen molekularen Faktoren 1,14-16 zu analysieren. Um zu untersuchen, die Funktion dieser isolierten Ribosomen-Komplexe können Peptidyl-Transferase-Assays in Anwesenheit des Antibiotikums Puromycin 1 durchgeführt werden. Zur Untersuchung struktureller Veränderungen in der translationalen Komplexe können etablierte Verfahren eingesetzt, wie i sein) Vernetzung auf bestimmte Aminosäuren 14 und / oder ii) Alkylierung Schutz Assays 1,14,17.
1. Zellfreie Extrakt Vorbereitung.
2. Vorbereitung von zellfreien Extrakten von RF2 Depleted.
3. Erstellung eines DNA-Vorlage.
4. Vorbereitung von Biotin markiert mRNA.
5. Isolierung von Ribosomen übersetzen enthaltend ein Peptidyl-tRNA.
6. Analyse der isolierten Ribosomen enthaltend die Peptidyl-tRNA.
Für Peptidyl-tRNA
Für die ribosomale RNA
7. Repräsentative Ergebnisse:
Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse einer Reihe von Analysen der Bewertung der Qualität und Funktionalität der Übersetzung Ribosomen isoliert unter Verwendung des Verfahrens beschrieben. Die Beobachtung einer einzigartigen Band in Polyacrylamidgelen gelöst weist auf das Vorhandensein von Polypeptiden gebunden an die Biotin-markierten mRNAs an der SMB (Abbildung 2A). Die Reinigung der ribosomalen RNAs mit diesem Verfahren stellt die Anwesenheit von Ribosomen gebunden, diese Biotin-markierten mRNAs, sowie (Abbildung 2B). Die Zugabe von Puromycin, ein Antibiotikum, das die Peptidyl-Transferase-Aktivität des Ribosoms induziert, führt zu Spaltung der entstehenden Peptidyl-tRNAs 1. Dies wird als eine Verschiebung der Migration Muster des isolierten Polypeptids in Polyacrylamidgelen (Abb. 2C) beobachtet. Zusammen zeigen diese Daten, die Biotin-markierten mRNAs an der SMB funktionellen Ribosomen enthalten, mit Peptidyl-tRNAs.
Die Isolierung des Übersetzens Ribosomen mit spezifischen Peptidyl-tRNAs ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen der Peptidyl-tRNAs, Antibiotika und anderen Molekülen, auf ribosomalen Funktion (Abbildung 3A), und am Ribosom Struktur (Abbildung 3B). In der hier vorgestellten Beispiele das Antibiotikum Sparsomycin und der Aminosäure Tryptophan (Trp) hemmen die hydrolytische Spaltung der entstehenden tnaC-tRNA Peptidyl-tRNA induziert durch RF2 in den isolierten Ribosomen (Abb. 3A). Das Zusammenspiel von Sparsomycin oder Trp mit dem Ribosom induziert auch strukturelle Veränderungen in einigen Nukleotiden, dass die 23S rRNA der Ribosomen übersetzen (Abb. 3B) darstellen. Zusammenfassend beschrieb das biologische Material unter Verwendung des Verfahrens hier sind nützlich bei der Beschaffung von zusätzlichen Verständnis der strukturellen Kontakte zu einer Hemmung der ribosomalen Funktion auf ihre Wechselwirkung mit verschiedenen molekularen Faktoren beteiligt.
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Abbildung 2. Strukturelle und funktionelle Analysen der isolierten Komplexe. A) In-vitro-Translation-Reaktionen wurden mit durchgeführt [(bio) UMP] mRNAs, in denen das Startcodon des tnaC Gen durch ein Stop-Codon ersetzt wurde. Die Endprodukte wurden isoliert mittels Streptavidin-Beads, wie in Abb. 1 zu ersehen. Reaktionsprodukte und isolierten Moleküle wurden dann durch Elektrophorese auf Polyacrylamidgelen analysiert. Die tnaC-tRNA und tnaC Peptid-Bands sind markiert. B) Gesamt-RNA wurde aus den festgefahrenen Komplexe mit Phenol-Extraktion Verfahren isoliert. Jeder isolierte RNA wurde durch Elektrophorese in Agarosegelen aufgelöst. Ribosomalen RNAs (rRNA) sind angegeben. C) isolierten Komplexen mit tnaC-tRNAs wurden inkubiert mit (+) oder ohne (-) 0,02 mM Puromycin (Puro) bei Raumtemperatur für 10 min. Die tnaC Peptid wurden während der Übersetzung mit [35S]-Methionin (A) oder [3H]-Prolin (B) gekennzeichnet.
Abbildung 3. Strukturelle und funktionelle Analysen von Ribosomen mit tnaC-tRNA, die gegen das Antibiotikum Sparsomycin oder die Aminosäure Tryptophan gebunden sind. A) isolierten Komplexen mit tnaC-tRNAs wurden mit (+) oder ohne (inkubiert -) Sparsomycin (Spar) oder Tryptophan (Trp) bei Raumtemperatur für 5 min. Später wurden die Mischungen mit RF2 gemischt und bei 37 ° C für 20 min. B) Analyse der Methylierung Veränderungen in 23S rRNA-Moleküle durch Bindung innerhalb des Ribosoms induziert. Isolierte Komplexe wurden mit (+) oder ohne vorinkubiert (-) 2 mM Trp oder Spar für 5 min bei 37 ° C. Dann wurde ein Alkylierungsmittel Dimethylsulfat, zugegeben und die Mischungen bei Raumtemperatur für weitere 20 min inkubiert. Gesamt-RNA wurde extrahiert und Primer-Extension-Assays wurden mit [32P]-markierten Oligodesoxynukleotids komplementär zu den Nukleotiden der 23S rRNA, die 100 Nukleotide beabstandet sind, hinter das modifizierte Nukleotid durchgeführt. Die Endprodukte der Erweiterung Assays wurden durch Elektrophorese in Polyacrylamidgelen aufgelöst. Die 23S rRNA Nukleotide durch die Anwesenheit von Trp oder Spar betroffen sind angegeben.
Diese Isolation Verfahren in diesem Bericht beschrieben wird, in hohem Maße reproduzierbar. Leider kann das Vorhandensein von kurzen Peptidyl-tRNAs aus dem gleichen translatierten Sequenzen produziert nicht bequem vermieden werden, wie Peptidyl-tRNAs kann auf 15-20% der gesamten isolierten Materials (Abbildung 2C) entsprechen. Diese Verunreinigungen können in der Konzentration zu erhöhen, wenn höhere Konzentrationen von Biotin-markierten mRNA verwendet wurden oder wenn die zellfreie Extrakte eingesetzt alt sind oder wurden mehrmals wieder verwendet werden. Daher ist es sehr wichtig, um die Qualität und Konzentration der Komponenten der in-vitro-Translation Reaktionen zu kontrollieren. Alternativ rekonstituierte kommerziellen hohen Wirkungsgrad zellfreie Extrakte zur Verfügung, die für die gleichen Zwecke (PURE-System) 18 verwendet werden.
Mit dieser Methode ist Biotin-16-UMP zufällig entlang der Länge der Ziel-mRNA eingearbeitet. Es besteht die Möglichkeit, dass einige ORFs mit Uridin Verträge eingearbeitet haben diese modifizierte Nukleotid, in ihren Sequenzen die ihre Übersetzung. Variable relativen Konzentrationen von biotin-16-UTP/UTP müssen während der Synthese der mRNA getestet werden, um die effizienteste Übersetzung zu erhalten. Alternative Methoden der Biotin-Markierung verwendet werden, gezielt das 5'-Ende, das stabilste Ende der mRNAs. (I) Biotin kann das 5'-Ende der mRNA mit 3'-NH2ATP (3'-Amino-, 3'-desoxy-Triphosphat) und T4 RNA-Ligase 19 befestigt werden. (Ii) 5'-Ende mit Biotin markierte Oligonukleotid kann das 5'-Ende der mRNA mit Hilfe der T4-RNA-Ligase sowie 20 befestigt werden. (Iii) 3'-Ende Biotin-markierten Oligodesoxynukleotide die an die komplementäre Sequenz am 5'-Ende der mRNA entsprechen könnten auch verwendet werden, um die Übersetzung von Komplexen zu isolieren. Diese Biotin markiert Oligodesoxynukleotide konnte die SMB befestigt werden, bevor die Isolation. Später wurde der SMB, die Biotin-markierten Oligodesoxynukleotide befestigt konnte mit der Übersetzung Reaktionsgemisch, um die Interaktion mit ihren komplementären mRNA-Sequenzen ermöglichen gemischt werden. Nach der Isolierung der Hybrid-RNA-DNA-Region - Hybridisierung und den Bereich zwischen dem Biotin-markierten Oligodesoxynukleotids und die mRNA-Sequenz - konnten abgebaut werden mittels RNAse H, trennt die festgefahrenen Komplexe aus der Streptavidinbeads. Diese alternative Methode können der Komplexe in Zukunft strukturelle Analysen mit höherer Auflösung Methoden eingesetzt werden.
LRC-V. will dieses Papier, die Erinnerung an Dr. Adriel D. Johnson, ein wunderbarer Professor, dessen Priorität Nummer eins war immer die Ausbildung der Studierenden zu widmen. Wir vermissen Dich, Adriel. Wir sind dankbar, dass Jacqueline Moreno für ihre Hilfe bei der Durchführung der Experimente in dieser Studie beschrieben. Diese Studie wurde durch einen Zuschuss zur Verfügung gestellt von der National Science Foundation, MCB-0615390 CY unterstützt und durch eine Anschubfinanzierung zur Verfügung gestellt, um LRC-V. von der University of Alabama in Huntsville.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Tris base | Sigma | 252859 | ||
Magnesium acetate | Fluka | 63049 | ||
Potassium glutamate | Sigma | G1501 | ||
Ammonium acetate | Fluka | 09688 | ||
PMSF | Sigma | P7626 | ||
Protein A sepharose 4B slurry beads | Sigma | P9424 | ||
Leupeptin inhibitor | Sigma | L9783 | ||
Taq-DNA polymerase | Stratagene | 201223 | ||
T7 Maxiprep kit | Promega | P1300 | ||
SMB | Promega | Z5482 | ||
Biotin-16-UTP | Roche | 1388908 | ||
ATP | Sigma | A7699 | ||
GTP | Sigma | G8877 | ||
PEP | Sigma | P7002 | ||
PK | Sigma | P7768 | ||
Polyethylenglycol 8000 | Fluka | 81268 | ||
Folinic acid | Fluka | 47612 | ||
Spermidine | Fluka | 85558 | ||
tRNA from E. coli | Sigma | R1753 | ||
DEPC | Sigma | D5758 | ||
Tricine | Sigma | T5816 | ||
L-amino acids | Sigma | LAA21 | ||
DTT | Fluka | 43815 | ||
magnetic separation stands | Promega | Z5342 |
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