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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Aquí se presentan protocolos para ensayos bioquímicos in vitro utilizando etiquetas de biotina que pueden ser ampliamente aplicables para el estudio de interacciones entre proteínas y ácidos nucleicos.
Las interacciones entre ácido sulfúrico y proteína desempeñan un papel importante en procesos biológicos como la transcripción, la recombinación y el metabolismo del ARN. Los métodos experimentales para estudiar las interacciones entre proteínas y ácidos nucleicos requieren el uso de etiquetas fluorescentes, isótopos radiactivos u otras etiquetas para detectar y analizar moléculas diana específicas. La biotina, una etiqueta de ácido nucleico no radiactivo, se utiliza comúnmente en los ensayos de cambio de movilidad electroforética (EMSA), pero no se ha empleado regularmente para controlar la actividad proteica durante los procesos de ácido nucleico. Este protocolo ilustra la utilidad del etiquetado de la biotina durante las reacciones enzimáticas in vitro, demostrando que esta etiqueta funciona bien con una gama de diferentes ensayos bioquímicos. Específicamente, en consonancia con los hallazgos anteriores utilizando sustratos marcados con radioisótopos 32P, se confirma a través de EMSA etiquetada con biotina que MEIOB (una proteína específicamente implicada en la recombinación meiótica) es una proteína de unión al ADN, que MOV10 (una Helicase de ARN) resuelve estructuras dúplex de ARN etiquetadas con biotina, y ese MEIOB corta ADN de cadena única etiquetado por biotina. Este estudio demuestra que la biotina es capaz de sustituir 32P en diversos ensayos bioquímicos relacionados con el ácido nucleico in vitro.
Las interacciones entre ácido sulfúrico y proteína están involucradas en muchos procesos celulares esenciales, como la reparación del ADN, la replicación, la transcripción, el procesamiento de ARN y la traducción. Las interacciones proteicas con secuencias de ADN específicas dentro de lacromatina son necesarias para el control estricto de la expresión génica en el nivel de transcripción 1. La regulación posttranscripcional precisa de numerosos ARN de codificación yno codificación requiere interacciones extensas y complicadas entre cualquier proteína y ARN 2. Estas capas de mecanismo regulador de la expresión génica comprenden una cascada de eventos intermoleculares dinámicos, que se coordinan mediante interacciones de factores de transcripción/epigenética o proteínas de unión al ARN con sus objetivos de ácido nucleico, así como interacciones proteína-proteína. Para diseccionar si las proteínas in vivo están asociadas directa o indirectamente con ácidos nucleicos y cómo tales asociaciones se producen y culminan, se llevan a cabo ensayos bioquímicos in vitro para examinar la afinidad de unión o la actividad enzimática de las proteínas de interés sustratos diseñados de ADN y/o ARN.
Se han desarrollado muchas técnicas para detectar y caracterizar complejos de ácido-proteína nucleico, incluido el ensayo de cambio de movilidad electroforética (EMSA), también llamado ensayo de retardo de gel o ensayo de cambio de banda3,4,5 . EMSA es un método bioquímico versátil y sensible que se utiliza ampliamente para estudiar la unión directa de proteínas con ácidos nucleicos. EMSA se basa en el cambio electroforético de gel en las bandas, que se visualizan rutinariamente utilizando quimioluminiscencia para detectar etiquetas de biotina6,7, la fluorescencia de las etiquetas de fluoróforo8,9,o por autoradiografía de etiquetas radiactivas de 32P10,11. Otros propósitos de los estudios bioquímicos son la identificación y caracterización de la actividad de procesamiento de ácido snúcleo de proteínas, tales como reacciones basadas en nucleasas para evaluar los productos de escisión a partir de sustratos de ácido nucleico12, 13 , 14 y ensayos de desenredado de estructura ADN/ARN para evaluar las actividades de helicaso15,16,17.
En tales ensayos de actividad enzimática, los ácidos nucleicos etiquetados con radioisótopos o con etiqueta de fluoróforo se utilizan a menudo como sustratos debido a su alta sensibilidad. Se ha encontrado que el análisis de radiografías de reacciones enzimáticas con 32Radiosondas con etiqueta P son sensibles y reproducibles18. Sin embargo, en un número cada vez mayor de laboratorios en el mundo, el uso de radioisótopos está restringido o incluso prohibido debido a los riesgos para la salud asociados con la exposición potencial. Además de los problemas de bioseguridad, otros inconvenientes son el equipo necesario para llevar a cabo el trabajo con radioisótopos, la licencia de radiactividad requerida, una vida media corta de 32P (alrededor de 14 días) y un deterioro gradual de la calidad de la sonda debido a radiolisis. Por lo tanto, se han desarrollado métodos alternativos no isotópicos (es decir, el etiquetado de la sonda con fluoróforos permite la detección por imágenes fluorescentes19). Sin embargo, se necesita un sistema de imágenes de alta resolución cuando se utilizan sondas etiquetadas fluorescentemente. La biotina, una etiqueta de uso común, se une fácilmente a macromoléculas biológicas como proteínas y ácidos nucleicos. El sistema Biotin-streptavidin funciona de manera eficiente y mejora la sensibilidad de detección sin aumentar los antecedentes no específicos20,21. Además de EMSA, la biotina es ampliamente utilizada para la purificación de proteínas y el extracción de ARN, entre otros22,23,24.
Este protocolo utiliza con éxito ácidos nucleicos etiquetados con biotina como sustratos para ensayos bioquímicos in vitro que incluyen EMSA, además de reacciones enzimáticas en las que no se ha utilizado comúnmente la biotina. El dominio MEIOB OB está construido y dos mutantes (truncamiento y mutación puntual) se expresan como proteínas de fusión GST25,26,27,así como ratón MOV10 proteína de fusión FLAG recombinante16. Este informe destaca la eficacia de este protocolo combinado para la purificación de proteínas y ensayos etiquetados con biotina con fines experimentales diversos.
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1. Preparación de proteínas
2. Preparación de ácido nucleico
3. Ensayos bioquímicos in vitro
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La estructura proteica de MEIOB y las construcciones de expresión utilizadas en este estudio se ilustran en la Figura 1A. Los pliegues OB en MEIOB son estructuras compactas similares a barriles que pueden reconocer e interactuar con ácidos nucleicos de una sola cadena. Uno de los dominios OB (aa 136-307, construir A) une ADN trenzado único (ssDNA), la proteína truncada (aa 136-178 truncamientos, construcción C) y la forma mutante de punto (mutación R235A, construcción...
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Investigar las interacciones proteína-ácido nucleico es fundamental para nuestra comprensión de los mecanismos moleculares subyacentes a diversos procesos biológicos. Por ejemplo, MEIOB es una proteína específica para la meiosis y la fertilidad en mamíferos25,26,27. MEIOB contiene un dominio OB que se une al ADN de una sola cadena y exhibe una actividad de exonucleasa de 3' a 5'26,que se relaciona ...
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No se declaran conflictos de intereses.
Agradecemos a P. Jeremy Wang (Universidad de Pensilvania) por ediciones y discusiones útiles. También agradecemos a Sigrid Eckardt por la edición de idiomas. K. Z. contó con el apoyo del Programa Nacional Clave de I+D de China (2016YFA0500902, 2018YFC1003500) y la National Natural Science Foundation of China (31771653). L. Y. contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81471502, 31871503) y el Programa Innovador e Empresarial de la Provincia de Jiangsu. J. N. contó con el apoyo de Zhejiang Medical Science and Technology Project (2019KY499). M. L. fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31771588) y el 1000 Youth Talent Plan.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Centrifuge | Eppendorf, Germany | 5242R | |
Chemiluminescent Imaging System | Tanon, China | 5200 | |
Digital sonifer | Branson, USA | BBV12081048A | 450 Watts; 50/60 HZ |
Semi-dry electrophoretic blotter | Hoefer, USA | TE77XP | |
Tube Revolver | Crystal, USA | 3406051 | |
UV-light cross-linker | UVP, USA | CL-1000 | |
Materials | |||
Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter | Milipore, USA | UFC801096 | 4 ml/10 K |
Nylon membrane | Thermo Scientific, USA | TG263940A | |
TC-treated Culture Dish | Corning, USA | 430167 | 100 mm |
TC-treated Culture Dish | Corning, USA | 430597 | 150 mm |
Microtubes tubes | AXYGEN, USA | MCT-150-C | 1.5 mL |
Tubes | Corning, USA | 430791 | 15 mL |
Reagents | |||
Ampicillin | SunShine Bio, China | 8h288h28 | |
Anti-FLAG M2 magnetic beads | Sigma, USA | M8823 | |
ATP | Thermo Scientific, USA | 591136 | |
BCIP/NBT Alkaline Phosphatase Color Development Kit | Beyotime, China | C3206 | |
CelLyticTM M Cell Lysis Reagent | Sigma, USA | 107M4071V | |
ClonExpress II one step cloning kit | Vazyme, China | C112 | |
Chemiluminescent Nucleic Acid Detection Kit | Thermo Scientific, USA | T1269950 | |
dNTP | Sigma-Aldrich, USA | DNTP100-1KT | |
DMEM | Gibco, USA | 10569044 | |
DPBS buffer | Gibco, USA | 14190-136 | |
EDTA | Invitrogen, USA | AM9260G | 0.5 M |
EDTA free protease inhibitor cocktail | Roche, USA | 04693132001 | |
EndoFree Maxi Plasmid Kit | Vazyme, China | DC202 | |
FastPure Gel DNA Extraction Mini Kit | Vazyme, China | DC301-01 | |
FBS | Gibco, USA | 10437028 | |
FLAG peptide | Sigma, USA | F4799 | |
Glycerol | Sigma, USA | SHBK3676 | |
GST Bulk Kit | GE Healthcare, USA | 27-4570-01 | |
HEPES buffer | Sigma, USA | SLBZ2837 | 1 M |
IPTG | Thermo Scientific, USA | 34060 | |
KoAc | Sangon Biotech, China | 127-08-02 | |
Lipofectamin 3000 Transfection Reagent | Thermo Scientific, USA | L3000001 | |
MgCl2 | Invitrogen, USA | AM9530G | 1 M |
NaCl | Invitrogen, USA | AM9759 | 5 M |
NP-40 | Amresco, USA | M158-500ML | |
Opti-MEM medium | Gibco, USA | 31985062 | |
PBS | Gibco, USA | 10010023 | PH 7.4 |
RNase Inhibitor | Promega, USA | N251B | |
Streptavidin alkaline phosphatase | Promega, USA | V5591 | |
TBE | Invitrogen, USA | 15581044 | |
Tris-HCI Buffer | Invitrogen, USA | 15567027 | 1 M, PH 7.4 |
Tris-HCI Buffer | Invitrogen, USA | 15568025 | 1 M, PH 8.0 |
Tween-20 | Sangon Biotech, China | A600560 |
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