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Method Article
Diese Studie beschreibt biophysikalischen, biochemischen und molekularen Techniken , um die Chaperon - Aktivität von Escherichia coli HdeB unter sauren pH - Bedingungen zu charakterisieren. Diese Verfahren wurden für andere Säureschutz Chaperone wie HdeA erfolgreich angewendet und kann modifiziert werden, um andere Chaperone und Belastungsbedingungen zu arbeiten.
Bakterien werden häufig auf Umweltveränderungen ausgesetzt ist, wie beispielsweise Veränderungen in pH, Temperatur, Redox-Status, Lichtexponierung oder mechanische Kraft. Viele dieser Bedingungen verursachen Proteins in der Zelle entfaltet und nachteilige Auswirkungen auf das Überleben des Organismus. Eine Gruppe von unabhängigen, Stress spezifische molekulare Chaperone gezeigt wesentliche Rolle für das Überleben dieser Stressbedingungen wurden spielen. Während vollständig gefaltet und Chaperon-inaktiv vor Stress, diese Proteine schnell entfalten und werden Chaperon-aktiv unter bestimmten Stressbedingungen. Einmal aktiviert, wobei diese bedingt ungeordneten Chaperone binden an eine Vielzahl von unterschiedlichen aggregationsanfällig Proteine, verhindern ihre Aggregation und entweder direkt oder indirekt Protein bei der Rückkehr in Nichtstressbedingungen Rückfaltungs erleichtern. Der primäre Ansatz ein detaillierteres Verständnis über den Mechanismus ihrer Aktivierung und Client-Erkennung für die Gewinnung umfasst die Reinigung und subsequent Charakterisierung dieser Proteine in vitro - Assays unter Verwendung von Chaperon. Follow-up - in - vivo - Stress - Tests sind absolut notwendig , um unabhängig die in - vitro - Ergebnisse bestätigt werden können .
Dieses Protokoll beschreibt in vitro und in vivo - Verfahren der Chaperon - Aktivität von E. Charakterisierung coli HdeB, ein säureaktivierter Chaperon. Lichtstreuungsmessungen wurden als bequeme Auslese für HdeB Fähigkeit verwendet , um säureinduzierte Aggregation eines etablierten Modell Client Protein, MDH, in vitro zu verhindern. Analytische Ultrazentrifugation Experimente wurden angewandt, um die Komplexbildung zwischen HdeB und ihrem Kunden Protein LDH zeigen, Licht in das Schicksal von Client-Proteine nach ihrer Rückkehr in Nicht-Stress-Bedingungen zu vergießen. Die enzymatische Aktivität Assays der Client-Proteine wurden durchgeführt, um die Auswirkungen von HdeB auf pH-induzierte Client-Inaktivierung und Reaktivierung zu überwachen. Schließlich wurden die Überlebensstudien verwendet monitor den Einfluss von Chaperon - Funktion des HdeB in vivo.
Eine gemeinsame natürliche Umgebung , in der mikrobiellen Krankheitserregern Entfaltungsbedingungen Säure-induzierte Protein erleben , ist die Säugetier-Magen (pH - Bereich 1-4), deren sauren pH - Wert dient als eine wirksame Barriere gegen Krankheitserreger in Lebensmitteln 1. Proteinentfaltung und Aggregation, die durch Aminosäure-Seitenkette Protonierung verursacht wird, beeinflusst biologische Prozesse, Schäden Zellstrukturen und letztendlich verursacht Zelltod 1,2. Da der pH - Wert der bakteriellen Periplasma fast augenblicklich mit dem Umwelt pH äquilibriert durch die freie Diffusion von Protonen durch die poröse äußere Membran periplasmatische und inneren Membranproteine von Gram-negativen Bakterien sind die empfindlichsten Zellkomponenten unter sauren Stressbedingungen 3. Um ihre periplasmatischen Proteom gegen eine schnelle Säure-vermittelte Schädigung, Gram-negative Bakterien verwenden, um die säureaktivierten periplasmatischen Chaperonen HdeA und HdeB schützen. HdeA ist eine bedingt ungeordnet Chaperon 4,5: Bei neutralem pH - Wert, ist HdeA vorhanden als gefaltete, Chaperon-inaktive Dimer. Bei einem pH - Verschiebung unter pH 3 wird HdeA die Chaperon - Funktion aktiviert schnell 6,7. Die Aktivierung von HdeA erfordert grundlegenden strukturellen Veränderungen, einschließlich der Dissoziation in Monomere, und die teilweise der Monomere Entfaltung 6-8. Einmal aktiviert, bindet HdeA an Proteine, die unter sauren Bedingungen entfalten. Es verhindert effektiv ihre Aggregation sowohl bei der Inkubation bei niedrigem pH-Wert sowie bei pH Neutralisation. Nach der Rückkehr auf pH 7,0, erleichtert HdeA die Neufaltung seiner Client - Proteine in einem ATP-unabhängige Art und Weise und wandelt wieder in seine dimere, Chaperon-inaktive Konformation 9. In ähnlicher Weise ist die homologe Chaperon HdeB auch Chaperon-inactive bei pH 7,0. Im Gegensatz HdeA jedoch erreicht HdeB die Chaperonaktivität seine scheinbare Maximum bei pH 4,0, Bedingungen , unter denen HdeB noch weitgehend gefaltet und dimeren 10. Außerdem senken, ferner mit den pH-Wert causes die Inaktivierung von HdeB. Diese Ergebnisse legen nahe, dass trotz ihrer umfangreichen Homologie, HdeA und HdeB in der Art ihrer funktionellen Aktivierung unterscheiden und ihnen so einen breiten pH-Bereich mit ihren Schutz Chaperon-Funktion zu decken. Einem anderen Chaperon, die in der Säurebeständigkeit von E. beteiligt ist coli ist die zytoplasmatischen Hsp31, die wiederhergestellt werden entfaltete Client - Proteine bis neutralen Bedingungen zu stabilisieren scheint. Die genaue Art der Hsp31-Aktion hat sich jedoch blieb rätselhaft 12. Da die anderen enteropathogenen Bakterien, wie Salmonella , die hdeAB Operon fehlt, ist es sehr wahrscheinlich , dass andere noch nicht identifizierte periplasmatischen Chaperonen könnte existieren , die in der Säurebeständigkeit dieser Bakterien 11 beteiligt sind.
Die Protokolle hier vorgestellten erlauben die pH-abhängige Aktivität von Chaperon HdeB in vitro und in vivo 10 zu überwachen und angewendet werden kann , andere Chaperone zu untersuchenwie Hsp31. Alternativ kann das komplexe Netzwerk von Transkriptionsfaktoren, die die Expression steuern hdeAB potentiell durch den Assay in vivo Stress untersucht werden. Um die Chaperon - Funktion von Proteinen in vivo verschiedene Versuchsanordnungen charakterisieren können angewendet werden. Ein Weg ist die Proteinentfaltungsstressbedingungen anzuwenden und phänotypisch mutante Stämme zu charakterisieren, die entweder das interessierende Gen überexprimieren oder eine Deletion des Gens tragen. Proteom - Studien können durchgeführt werden , um festzustellen , welche Proteine nicht mehr Aggregat unter Stressbedingungen , wenn das Chaperon vorhanden ist, oder der Einfluss eines Chaperons auf einem bestimmten Enzym kann bei Stress - Bedingungen unter Verwendung von enzymatischen Assays 14-16 bestimmt werden. In dieser Studie haben wir uns für HdeB in einer rpoH Deletionsstamms überexprimiert, die den Hitzeschock - Sigma - Faktor 32 fehlt RpoH den Ausdruck aller wichtigen E. steuert coli Chaperone und deren Löschung ist bekannt sens zu erhöhenitivity auf Umweltstressbedingungen , die Proteinentfaltung 15 verursachen. Die in - vivo - Chaperon - Aktivität von HdeB wurde durch Überwachung ihrer Fähigkeit bestimmt , den pH - Empfindlichkeit des Δ rpoH Stamm zu unterdrücken. Insgesamt ist die hier vorgestellten Protokolle einen schnellen und einfachen Ansatz liefern die Aktivität eines säureaktivierten Chaperon in vitro als auch in der in vivo - Kontext zu charakterisieren.
1. Expression und Reinigung von periplasmatischen HdeB
HINWEIS: HdeB wurde in E. ausgedrückt coli - Zellen , die das Plasmid pTrc- hdeB 10 und gereinigt aus dem Periplasma auf Polymyxin Lyse beherbergen.
2. Chaperone Aktivitätstest Thermisch Mit Ausklappen Malatdehydrogenase (MDH)
HINWEIS: Der Einfluß von gereinigtem HdeB auf die Aggregation von thermisch porcine mitochondriale Malat-Dehydrogenase (MDH) bei verschiedenen pH-Werten wurde Entfalten überwacht, wie weiter unten beschrieben. Alle aufgelisteten Proteinkonzentrationen beziehen sich auf die Monomer-Konzentration.
3. Nachweis von HdeB-LDH-Komplexbildung durch Analytische Ultrazentrifugation (AUC)
HINWEIS: Sedimentationsgeschwindigkeit Experimente von HdeB allein oder im Komplex mit thermisch Lactatdehydrogenase Entfaltung (LDH) wurden einer analytischen Ultrazentrifuge durchgeführt werden.
4. Überwachung MDH Inaktivierung und Reaktivierung in Gegenwart von HdeB
HINWEIS: Der Einfluß von gereinigtem HdeB auf die Neufaltung von ungefalteten pH-MDH wurde durch Überwachung MDH-Aktivität bei Neutralisation bestimmt.
5. Wirkung von HdeB Überexpression auf E. coli Überleben unter Säurestress
HINWEIS: E. coli MG1655 genomische DNA wurde mit einem veröffentlichten Protokoll 21 isoliert.
HdeA und HdeB sind E. homolog coli - Proteine, bekannt periplasmatische Proteine gegen Säurestressbedingungen 10 zu schützen. Unsere Arbeit ergab, dass ähnlich wie HdeA, HdeB fungiert auch als eine Säure molekularen Chaperon aktiviert. Jedoch im Gegensatz zu HdeA, HdeB Funktionen bei einem pH, der noch potentiell bakterizide, aber deutlich höher als der pH - Optimum von HdeA 6,9,10,22. Um den pH - Optimum von HdeB der Chaperon - Aktivität
Um den Mechanismus der Aktivierung und Chaperon-Funktion HdeB große Mengen HdeB zu studieren muss exprimiert und gereinigt werden. Eine Anzahl von Expressionsvektorsysteme sind für die Herstellung von großen Mengen eines Zielproteins, einschließlich pTrc oder pBAD-Vektoren zur Verfügung, von denen beide in dieser Studie verwendet wurden. Die Promotoren sind leicht zugänglich für E. coli - RNA - Polymerase und somit HdeB stark upregulated Ausdruck erlauben in jedem E. coli - Stamm. Dieser A...
The authors have nothing to disclose
Wir danken Dr. Claudia Cremers für ihre hilfreiche Ratschläge auf Chaperon-Assays. Ken Wan ist für seine technische Unterstützung bei HdeB Reinigung anerkannt. Diese Arbeit wurde von der Howard Hughes Medical Institute (zu JCAB) und den National Institutes of Health Zuschuss RO1 GM102829 zu JCAB und UJJ-UD unterstützt wird von einem Postdoc-Stipendium gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zur Verfügung gestellt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NEB10-beta E. coli cells | New England Biolabs | C3019I | |
Ampicillin | Gold Biotechnology | A-301-3 | |
LB Broth mix, Lennox | LAB Express | 3003 | |
IPTG | Gold Biotechnology | I2481C50 | |
Sodium chloride | Fisher Scientific | S271-10 | |
Tris | Amresco | 0826-5kg | |
EDTA | Fisher Scientific | BP120-500 | |
Polymyxin B sulfate | ICN Biomedicals Inc. | 100565 | |
0.2 µm pore sterile Syringe Filter | Corning | 431218 | |
HiTrap Q HP (CV 5 ml) | GE Healthcare Life Sciences | 17-1153-01 | |
Mini-Protean TGX, 15% | Bio-Rad | 4561046 | |
Malate dehydrogenase (MDH) | Roche | 10127914001 | |
Potassium phosphate (Monobasic) | Fisher Scientific | BP362-500 | |
Potassium phosphate (Dibasic) | Fisher Scientific | BP363-1 | |
F-4500 fluorescence spectrophotometer | Hitachi | FL25 | |
Oxaloacetate | Sigma | O4126-5G | |
NADH | Sigma | N8129-100MG | |
Sodium phosphate monobasic | Sigma | S9390-2.5KG | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma | S397-500 | |
Lactate dehydrogenase (LDH) | Roche | 10127230001 | |
Beckman Proteome Lab XL-I analytical Ultracentrifuge | Beckman Coulter | 392764 | |
Centerpiece, 12 mm, Epon Charcoal-filled | Beckman Coulter | 306493 | |
AN-50 Ti Rotor, Analytical, 8-Place | Beckman Coulter | 363782 | |
Wizard Plus Miniprep Kit | Promega | A1470 | used for plasmid purification (Protocol 5.1) |
L-arabinose | Gold Biotechnology | A-300-500 | |
Glycine | DOT Scientific Inc | DSG36050-1000 | |
Fluorescence Cell cuvette | Hellma Analytics | 119004F-10-40 | |
Oligonucleotides | Invitrogen | ||
Phusion High-Fidelity DNA polymerase | New England Biolabs | M0530S | |
dNTP set | Invitrogen | 10297018 | |
Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144-212 | |
Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | BP359-500 | |
Amicon Ultra 15 ml 3K NMWL | Millipore | UFC900324 | |
Centrifuge Avanti J-26XPI | Beckman Coulter | 393127 | |
Varian Cary 50 spectrophotometer | Agilent Tech | ||
Spectra/Por 1 Dialysis Membrane MWCO: 6 kDa | Spectrum Laboratories | 132650 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filter Units 30K | Millipore | UFC803024 | |
SDS | Fisher Scientific | bp166-500 | |
Veriti 96-Well Thermal Cycler | Thermo Fisher | 4375786 |
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