A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
Msh2-MSH6 אחראית ליזום תיקון של טעויות שכפול ה-DNA. כאן אנו מציגים גישה קינטיקה חולף לקראת הבנה איך זה עובד חלבון קריטי. הדו"ח ממחיש הפסיקה זרימת ניסויים למדידת מחייב DNA מצמידים ו קינטיקה ATPase הבסיסית Msh2-MSH6 מנגנון הפעולה של תיקון דנ"א.
ניתוח חלוף הקינטית היא הכרחית להבנת פעולתו של מקרומולקולות ביולוגיות, שכן גישה זו מניבה מידע מכניסטית כולל ריכוזי אתר פעיל וקבועים שיעור מהותי השולטים פונקציה macromolecular. במקרה של אנזימים, למשל, מדידות מצב חולף או קבוע מראש לזהות ולאפיין אירועים בודדים במסלול התגובה, ואילו מדידות מצב יציב רק תשואה יעילות קטליטית סגוליות הכוללת. אירועים בודדים כגון חלבונים או חלבונים אינטראקציות ליגנד וקצב הגבלת שינויי קונפורמציה לעתים קרובות להתרחש זמנים אלפית השנייה, וניתן למדוד ישירות על ידי זרימה עצר כימי להרוות שיטות הזרימה. בהינתן האות האופטי כגון פלואורסצנטי, הפסיקה זרימת משמש ככלי רב עוצמה ונגיש להתקדמות ניטור התגובה מן המצע מחייב לשחרר את המוצר 1,2 מחזור קטליטי.
כאן אנו מדווחים יישום הפסיקה זרימת קינטיקה לחקור את מנגנון הפעולה של Msh2-MSH6, דנ"א אוקריוטים לתקן החלבון מזהה בסיס חוסר התאמה זוג והחדרת / מחיקה לולאות ב-DNA אותות אי התאמה לתקן (MMR) 3-5. בעשותו כן, Msh2-MSH6 מגדילה את הדיוק של שכפול ה-DNA על ידי שלושה סדרי גודל (תדר שגיאה יורדת מ ~ 10 -6 to10 -9 בסיסים), ובכך מסייע לשמור על שלמות הגנומי. באופן לא מפתיע, תפקוד לקוי האדם Msh2-MSH6 קשורה לסרטן שאינן polyposis תורשתית המעי הגס וסוגי סרטן אחרים סדיר 6-8. כדי להבין את מנגנון הפעולה של חלבון ה-DNA הזה קריטי מטבולית, אנו לחקור את הדינמיקה של האינטראקציה Msh2-MSH6 עם דנ"א תואמים, כמו גם את פעילות ATPase כי דלקים פעולותיה MMR. ה-DNA מחייבת נמדדת במהירות ערבוב Msh2-MSH6 עם ה-DNA המכיל 2-aminopurine (2-AP) fluorophore הסמוכים G: T התאמה וניטור הגידול וכתוצאה מכך הקרינה 2-aminopurine בזמן אמת. ה-DNA דיסוציאציה נמדדת על ידי ערבוב מראש יצרו Msh2-MSH6 G: T (2-AP) מורכב התאמה עם DNA מלכודת ללא תווית וירידה ניטור הקרינה במשך הזמן 9. טרום יציב ATPase קינטיקה המדינה נמדדים על פי השינוי פלואורסצנציה של 7-diethylamino-3-((((2-maleimidyl) אתיל) אמינו) קרבוניל) coumarin) שכותרתו חלבון פוספט הכבילה (MDCC-PBP) על פוספט מחייב ( Pi) שפורסמו על ידי Msh2-MSH6 הבאים הידרוליזה ATP 9,10.
מהנתונים עולה מחייב המהירה של Msh2-MSH6 ל-G: התאמה T היווצרות של חיים ארוכים Msh2 MSH6-G: T מורכבות, שבתורה גוררת בדיכוי הידרוליזה של ATP וייצוב של החלבון בצורת ATP הנכנס . קינטיקה התגובה לספק תמיכה ברורה ההשערה כי ה-ATP, מחויב Msh2-MSH6 אותות תיקון DNA על הכריכה זוג בסיס תואמים בתוך הסליל הכפול.
פ 'נח בירו ו Jie Zhai תרמו במאמר זה שווה.
א מדידה של קינטיקס עקידת Msh2 MSH6-DNA
1. לדוגמה לקראת הניסוי Msh2-DNA MSH6 קינטיקה מחייב
הכנה של ריאגנטים לניסוי הקרינה מבוסס DNA הקינטית מחייב זרימה עצרו דומה לניסוי שיווי משקל על fluorometer. אכן מחייב ניתוח שיווי משקל יש לבצע תחילה להעריך את קבוע דיסוציאציה (K D) לאינטראקציה על מנת לייעל את התנאים התגובה לניתוח קינטית. הפסיקה זרימת ניסויים דורשים כמויות גדולות יותר של חומרים ביולוגיים לעומת ניסויים שיווי משקל או מצב יציב, ולכן הגישה אינו ריאלי ביותר כאשר מיליגרם כמויות נמוכות של חלבון זמינים 11,12 ו כמויות דומות של ligands ניתן להכין או לרכוש.
2. כלי כהכנה Msh2 MSH6-DNA מחייבת קינטיקה
המכשיר הפסיק זרימה היא די פשוטה בעיקרון. היא משתמשת מנוע לנסוע במהירות לדחוף שני פתרונות ב מזרקים הכונן לתוך מכשיר ערבוב, הפתרון מעורב אז זורם לתוך התא תצפית לצורך איסוף נתונים (איור 3). אנו משתמשים KinTek עצר זרימה, הדורש נפח דגימה נמוכים, מאפשרת זיהוי יחיד או ערבוב רציף של המגיבים, של מגוון רחב של אותות אופטיים, והיא קלה מאוד לשימוש. הפסיקה זרימת מכשירים זמינים מיצרנים אחרים גם כן.
3. Msh2-DNA MSH6 הניסוי מחייב ניתוח נתונים
4. תוצאות עבור נציג קינטיקה מחייב Msh2-DNA MSH6
נתונים קינטי עבור Msh2-MSH6 אינטראקציות עם G: T-DNA mismatch, ניתן להתאים לפונקציה מעריכית יחיד תשואה k מהיר קצב מחייב קבוע על קרוב ל 3 x 10 7 M-1second-1 (איור 4 א) ו איטי דיסוציאציה k קבוע OFF של 0.012 -1 השני (איור 4 ב), אשר מגלה כי Msh2-MSH6 נקשר G: התאמה T במהירות ויוצר קומפלקס יציב מאוד עם החיים וחצי קרוב ל 60 שניות 13.
ב מדידה של Msh2-MSH6 ATPase קינטיקס
1. לדוגמה לקראת הניסוי Msh2-MSH6 קינטיקה ATPase
2. כלי כהכנה Msh2-MSH6 ATPase קינטיקה
3. הניסוי Msh2-MSH6 ATPase ונתונים ניתוח
4. תוצאות עבור נציג Msh2-MSH6 ATPase קינטיקה
הנתונים מראים כי הקינטית Msh2-MSH6 hydrolyzes ATP ו - פוספט משחרר במהירות 1.4 ב -1 השני מחזור קטליטי הראשון. שלב זה מלווה בצעד איטי בתגובה כי גבולות איבודים לאחר 7 פי איטי חתול k יציב מצב 0.2 -1 השני (איור 8 א). עם זאת, כאשר Msh2-MSH6 קשור ל-DNA תואמים, פרץ הידרוליזה של ATP ושחרור פוספט מדוכאת, ואת Msh2-MSH6 נשאר במצב ATP-כבול למשך זמן ארוך יותר.
באיור 1. טיהור ס cerevisiae Msh2-MSH6 מ E. coli. Msh2 ו MSH6 הגנים היו משובטים לתוך pET11a וקטור ביטוי יתר של E. coli BL21 (DE3) תאים. הקומפלקס חלבון היה מטוהרים על ידי כרומטוגרפיה על עמודה SP-sepharose, הפרין, ו-Q-sepharose שרפים. SDS-PAGE ניתוח שמוצג כאן כולל שברים חלבון מעמודת Q-sepharose.
. משלימה איור 2 יחיד תקועים DNAs הם annealed להקים דופלקס המכיל G: התאמה T עם אדנוזין סמוכים (ניסויים ATPase) או 2-Aminopurine אנלוגי בסיס הניאון של אדנוזין (ניסויים הדנ"א מחייב).
איור 3. זרימה של המגיבים ב-KinTek הפסיק לזרום במהלך הניסוי ערבוב אחד.
איור 4 א קינטיקה של אינטראקציה Msh2-MSH6 עם G:. התאמה טי. ערבוב של ה-DNA דופלקס (0.12 מיקרומטר) המכיל G: T הסמוך Aminopurine-2 עם Msh2-MSH6 (0.8 מיקרומטר) מוביל עלייה הקרינה לאורך זמן, מניב k שיעור bimolecular קבוע על 2.4 10 = 7 M -1 s -1 עבור האינטראקציה.
איור 4 ב קינטיקה של אינטראקציה Msh2-MSH6 עם G:. התאמה טי. ערבוב מראש יצרו Msh2 MSH6-G: T (2-AP) מורכב עם G ללא תווית עודף: T-DNA (8 מיקרומטר) כי כל מלכודות חינם Msh2-MSH6 מוביל לירידה הקרינה לאורך זמן, מניב קצב איטי ניתוק תמידי, k OFF = 0.012 s -1, מה שמצביע על מורכבות יציבה עם החיים וחצי ארוכות של ~ 60 שניות. ריכוזים סופי: 0.4 מיקרומטר Msh2-MSH6, 0.06 מיקרומטר DNA שכותרתו, 4 מיקרומטר ללא תווית G: מלכודת T-DNA.
איור 5. MDCC-PBP הכנה. SDS-PAGE ניתוח של E. פוספט coli חלבון מחייב (PBP), מטוהרים שכותרתו עם fluorophore MDCC.
איור 6. MDCC-PBP בתגובה פוספט. טיטרציה של MDCC-PBP עם פוספט (Pi) תוצאות הקרינה MDCC גוברת.
איור 7 א. הכנת פוספט (Pi) עקומת סטנדרטי. MDCC-PBP (20 מיקרומטר) מעורבב עם כמויות משתנות של Pi (0-8 מיקרומטר)ד הקרינה נמדדת לאורך זמן עד שיווי משקל הוא הגיע. ריכוזים סופי: 10 מיקרומטר MDCC-PBP, 0-4 פיי מיקרומטר.
7b איור. הכנת פוספט (Pi) עקומת סטנדרטי. מקסימום MDCC-PBP הקרינה היא להתוות לעומת [Pi] להניב עקומה סטנדרטית. השיפוע של הקו (0.383 מיקרומטר -1 במקרה זה) משמש כדי להמיר MDCC-PBP הקרינה לתוך ריכוז Pi.
איור 8 א. Msh2-MSH6 ATPase קינטיקה. Msh2-MSH6 (4 מיקרומטר), על היעדר G: T-DNA, מעורב במהירות עם ה-ATP (1 מ"מ) MDCC-PBP (20 מיקרומטר) מפגין פרץ של הידרוליזה ATP ושחרור Pi. ניתוח נתוני התשואות קצב (הידרוליזה k = 1.4 s -1) לבין המשרעת (2 מיקרומטר; 1 אתר לכל Msh2-MSH6) של השלב פרץ, אשר מלווה שלב, ליניארי מצב יציב בשיעור של של 0.4 מיקרומטר - 1 (k cat = 0.2 s -1).
איור 8b. Msh2-MSH6 ATPase קינטיקה. תוספת של G: T-DNA לתגובה (6 מיקרומטר) מדכא את פרץ הידרוליזה של ATP, ייצוב מורכב במצב ATP הנכנס. ריכוזים סופי: 2 מיקרומטר Msh2-MSH6, 500 מיקרומטר ATP, ה-DNA 3 מיקרומטר, 10 מיקרומטר MDCC-PBP. קינטיקה פרץ מתאימים על ידי המשוואה הבאה: [Pi] = 0 k e-t + VT, שם [Pi] הוא ריכוז פוספט, 0 היא משרעת פרץ, k הוא שיעור פרץ ציין קבוע ו-V היא מהירות שלב ליניארי (k cat = V / [Msh2-MSH6]).
מדגם | חלבון | ה-DNA | ||||
מגיב | מניות | עבודה | כרך, μL | מניות | עבודה | כרך, μL |
Msh2-MSH6 | 5 מיקרומטר | 0.8 מיקרומטר | 64 | - | - | - |
2ApG: T | - | - | - | 10 מיקרומטר | 0.12 מיקרומטר | 4.8 |
חוצץ | 10x | 1x | 40 | 10x | 1x | 40 |
DDH 2 O | - | - | 296 | - | - | 355 |
סך הכל | 400 | 400 |
1 לוח DNA מחייבת תגובה
מדגם | חלבון | חלבון-DNA | ה-ATP | ||||||
מגיב | מניות | עבודה | כרך, μL | מניות | עבודה | כרך, μL | מניות | עבודה | כרך, μL |
Msh2-MSH6 | 20 מיקרומטר | 4 מיקרומטר | 80 | 20 מיקרומטר | 4 מיקרומטר | 80 | - | - | - |
G: T | - | - | - | 100 | 6 | 24 | - | - | - |
ה-ATP | - | - | - | - | - | - | 50 מ"מ | 1 mM | 8 |
7-MEG | 250x | 1x | 1.6 | 250x | 1x | 1.6 | 250x | 1x | 1.6 |
PNPase | 100x | 1x | 4 | 100x | 1x | 4 | 100x | 1x | 4 |
PBP-MDCC | 150 מיקרומטר | 20 מיקרומטר | 53.3 | 150 מיקרומטר | 20 מיקרומטר | 53.3 | - | - | - |
חוצץ | 10x | 1x | 40 | 10x | 1x | 40 | 10x | 1x | 40 |
DDH 2 O | - | - | 221 | - | - | 197 | - | - | 346 |
סך הכל | 400 | 400 | 400 |
טבלה 2 ATPase תגובה
הדוגמה של חלבון ה-DNA מחייבת התאמה המתואר כאן מדגים את הכוח ואת השירות של שיטות הקינטית חולף לחקר המנגנונים של מולקולות ביולוגיות. הפסיקה זרימת מדידות על היקף מחזור אחד זמן סיפקו ראיות חד משמעיות עבור מחייב מהירה מסוים של חלבון Msh2-MSH6 לזוג בסיס תואמים היווצרות קומפלקס ?...
עבודה זו נתמכה על ידי פרס קריירה NSF (מממ), מ 'בארי גולדווטר מלגה (FNB) וכן בפרס ASBMB מחקר לתואר ראשון (CWD). שיבוט ביטוי יתר של PBP סופק באדיבות על ידי ד"ר מרטין ווב (MRC, בריטניה).
דנ"א שם | רצף |
37 G | 5'-ATT TCC TTC AGC AGA תאת G ת"א, המרכז לאמנות עכשווית TAC TGA TTC ACA T -3 " |
37 T (2-AP) | 5'-ATG TGA ATC AGT ATG GTA T Ap T ATC TGC TGA AGG AAA T -3 " |
37 T | 5'-ATG TGA ATC AGT ATG GTA T ATC T TGC TGA AGG AAA -3 T " |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved