A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
Aptamers הם ribo-/deoxyribo-oligonucleotides קצר נבחר על ידי חוץ גופית שיטות האבולוציה מבוסס על זיקה יעד ספציפי. Aptamers הם כלים לזיהוי מולקולרי עם יישומים טיפולית, אבחון, מחקר מגוונות. אנו מדגימים שיטות הבחירה של aptamers לחלבון β עמילואיד, הסוכן סיבתי של מחלת אלצהיימר.
מחלת אלצהיימר (AD) הוא פרוגרסיבי, תלויי גיל, הפרעת ניווניות עם קורס חתרני שהופכת presymptomatic האבחנה שלה קשה 1. אבחנה ברורה לספירה מושגת רק נתיחה שלאחר המוות, ובכך לבסס אבחנה presymptomatic, מוקדם של אלצהיימר הוא חיוני לפיתוח טיפולים יעילים לניהול 2,3.
עמילואיד β-חלבון (Aβ) הוא מרכזי בהיווצרות לספירה. מסיסים, מכלולים Aβ oligomeric הם האמינו הבסיסית neurotoxicity להשפיע על תפקוד סינפטי ואיבוד נוירון לספירה 4,5. צורות שונות של מכלולים Aβ מסיסים תוארו, לעומת זאת, יחסי הגומלין שלהם רלוונטיות האטיולוגיה לספירה בפתוגנזה הם מורכבים ולא הבין היטב 6. כלים ספציפיים ההכרה המולקולרית עשויה לפתור את היחסים בין מכלולים Aβ ולאפשר זיהוי ואפיון של מכלולים אלה מוקדם במהלך המחלה לפני שהתסמינים מופיעים. הכרה מולקולרית בדרך כלל מסתמכת על נוגדנים. עם זאת, מעמד חלופי של כלי הכרה, aptamers מולקולרית, מציעה יתרונות חשובים ביחס נוגדנים 7,8. Aptamers הם oligonucleotides שנוצר על ידי בחירה ב-vitro: התפתחות שיטתית של ligands על ידי העשרה מעריכי (Selex) 9,10. Selex היא תהליך חוזר ונשנה זה, בדומה לאבולוציה הדרווינית, מאפשר בחירה, הגברה, העשרה, והנצחה של הנכס, למשל, נלהב, ספציפית, מחייב ליגנד (aptamers) או פעילות קטליטית (ribozymes ו DNAzymes).
למרות הופעתה של aptamers ככלים בתחום הביוטכנולוגיה והרפואה המודרנית 11, הם כבר לא מנוצלים בתחום עמילואיד. RNA מעטים או aptamers ssDNA נבחרו נגד צורות שונות של חלבונים Prion (PRP) 12-16. Aptamer RNA שנוצר נגד PRP רקומביננטי שור הוצגה להכיר שור PRP-β 17, מסיסים, oligomeric, גיליון β-עשירים גרסה קונפורמציה של PRP באורך מלא שנוצר סיבי עמילואיד 18. Aptamers שנוצר באמצעות טפסים monomeric וכמה סיבי β 2-microglobulin (β 2 מ ') נמצאו לאגד הסיבים של חלבונים מסוימים amyloidogenic אחרים מלבד β 2 מ' הסיבים 19. Ylera et al. תיאר aptamers RNA שנבחר נגד משותקת monomeric Aβ40 20. באופן בלתי צפוי, aptamers אלה קשורים סיבי Aβ40. בסך הכל, הנתונים הללו מעלים שאלות חשובות. מדוע נבחר aptamers נגד חלבונים monomeric לזהות צורות פולימריות שלהם? יכול aptamers נגד צורות monomeric ו / או oligomeric של חלבונים amyloidogenic לקבל? כדי לענות על השאלות האלה, ניסינו לבחור aptamers עבור קוולנטית מיוצב oligomeric Aβ40 21 שנוצר באמצעות תמונה-Induced cross-linking של חלבונים ללא שינוי (PICUP) 22,23. בדומה לממצאים קודמים 17,19,20, aptamers אלה הגיבו הסיבים של Aβ וכמה חלבונים אחרים amyloidogenic סביר הכרה עמילואיד משותף פוטנציאלי מבניים aptatope 21. כאן, אנו מציגים את המתודולוגיה Selex המשמשים לייצור של אלה aptamers 21.
חלק 1: הכנת חלבון cross-linking
בתחילה, חלבון המשמש Selex הוא pretreated עם 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) כדי להשיג הומוגניות, במצטבר ללא הכנות, כפי שתוארו קודם לכן 23. צעד זה הוא הכרחי משום מראש יצרו אגרגטים לגרום להצטברות מהירה של חלבונים amyloidogenic, וכתוצאה מכך שחזור הניסוי מסכן 24, והם רצויים לבחירת aptamers עבור unaggregated, לא סיבי צורות של החלבון.
חלק 2: Desalting הכנת חלבון
לפני השימוש חלבון עבור Selex, desalting מבוצע כדי להסיר את ריאגנטים cross-linking המשמש PICUP. תערובת זו מכילה את התגובה PICUP ריאגנטים cross-linking ו ~ 55 חלבון מיקרומטר (ריכוז נומינלי).
חלק 3: הגברה של הסינתטי אקראי ssDNA ספריה על ידי ה-PCR
הספרייה ssDNA סינתטי המשמש כאן Selex כללה 49 נוקליאוטידים אקראיים (A: T: G: C = 25:25:25:25%) מוקף האזורים קבוע הכולל אתרים שיבוט (Bam HI, Eco RI) לבין האמרגן T7, כמו שתואר קודם לכן 26.
חלק 4: דור P-32 שכותרתו RNA על ידי שעתוק חוץ גופית
חלק 5: הסרה של נוקלאוטידים מאוגדים, desalting RNA, הנצנץ לספור
כדי להסיר את נוקלאוטידים מאוגדים, להשתמש בשני G-50 עמודות על פי הוראות היצרן.
חלק 6: אפיון המוצר RNA על ידי אלקטרופורזה ו autoradiography
חלק 7: הדגירה RNA חלבון מחייב מסנן
ראשית, רנ"א ועל חלבונים מודגרת בתמיסה ולאחר מכן את רצפי רנ"א להיקשר לחלבון מופרדים הלא קלסרים. כפי התקדמות מחזורים Selex, מחייב לסנן ייתן אינדיקציה העשרה חלבון-RNA מחייב.
חלק 8: מיצוי RNA מן המסננים
RNA מופק מסננים כדי לקבל את רצפי אשר נקלטות על ידי החלבון. רצפים אלה מוגבר במחזור Selex הבא.
חלק 9: שעתוק הפוך ו PCR להמשך מחזורים Selex
כדי להמשיך למחזור הבא של Selex, RNA צריך להיות הפוך, עיבד את דנ"א מוגבר על ידי PCR.
פרק 10: תוצאות נציג
בניסויים Selex, אופי Aβ40 oligomers לשמש יעד, איכות RNA המשמש לכל מחזור, ומצליח מיצוי רנ"א הגברה לאחר כל מחזור חשובים. השתמשנו PICUP ליצור תערובת oligomeric Aβ40 עבור Selex לאחר טיהור וסילוק של cross-linking ריאגנטים. הניסויים שתוארו desalting חלק 2 בדרך כלל להוביל לאובדן חלבון 50-55%. כמות חלבון איכותי ניתן להעריך באמצעות מדידות ספיגת (λ = 280) ו SDS-PAGE (איור 1). הפרופיל הממוצע של ספיגת Aβ40 eluates מתוך 5 ניסויים בודדים שכיסה פרופיל טיפוסי SDS-PAGE של Aβ40 eluted באחד הניסויים האלה הם שמוצג באיור 1. הנתונים מראים כי החלבון בעקביות elutes את העמודה שברים 3-5 ואת ריאגנטים cross-linking elute לאחר שבריר 6 (ספיגת גדל ב -7 שבר, איור 1). SDS-PAGE מציג את התפלגות טיפוסית Aβ40 oligomer 22. הפצה זו היתה לשחזור לאחר שברים חלבון היו lyophilized (2.11), שטופלו HFIP (2.11), resolubilized (7.1), ו מחדש ונותחו על ידי SDS-PAGE.
Integrity של רנ"א לכל מחזור Selex חשוב גם עבור איטרטיבי התקדמות Selex, במיוחד כאשר nuclease-רגישים ribo-oligonucleotides משמשים. אחרי הגברה RNA וסימון (חלק 4), איכות RNA שכותרתו ניתן להעריך על ידי אלקטרופורזה TBE-urea-polyacrylamide ג'ל. פרופיל טיפוסי של מוצר שלם RNA שכותרתו לפני ואחרי ה-G-50 טיהור (Pאמנות 5) מוצג באיור 2.
לאחר כל מחזור Selex, RNA מופק הממברנה לאחר סינון מחייב (חלק 8) ו - reverse-עיבד (חלק 9) ל-DNA של הגברה PCR (שלב 9.5). תבנית ה-DNA ממעגל קודמת לאחר מכן נעשה שימוש כדי לייצר 32 P-שכותרתו RNA (חלק 4) למחזור הבא. אם חלק תבנית ה-DNA לזהם ממעגל קודמת נמשכת במוצר RNA שכותרתו לאחר חוץ גופית תגובות שעתוק (חלק 4), היעילות של מחזורי Selex יופחת, תובעני יותר מחזורים. כדי לשלוט על זה, לאחר כל מחזור Selex והתגובה המקביל הפוכה שעתוק PCR, אלקטרופורזה agarose מבוצע (9.12). היעדרות של מוצר ה-DNA בשלילה שליטה צינורות תגובה (9.4) מצביעה על הסרה מוצלחת של תבנית ה-DNA שמקורם במחזור Selex הקודמים (תרשים 3). אם הגברה DNA על ידי ה-PCR הוא ציין בצינור שלילי לשלוט, מומלץ כי משך הדגירה עם RQ1 DNase (4.3) להיות ממושך. יצרן המומלץ משך הדגירה עם RQ1 DNase הוא 15 דקות, לעומת זאת, מצאנו כי incubations יותר (4-5 שעות) נדרשו להסיר את תבנית ה-DNA לחלוטין (איור 3).
באיור 1. SDS-PAGE ופרופיל ספיגת PICUP שנוצר, Aβ40 oligomers desalted. הפרופיל ספיגת מתוך 5 עמודות desalting הפרט היה בממוצע ו overlain על ג'ל נציג. סמנים משקל מולקולרי מוצגים בצד ימין.
איור 2. TBE-urea-polyacrylamide ג'ל אלקטרופורזה של המוצר RNA לפני ואחרי טיהור G-50. כיוון הנדידה של המוצר RNA הוא מן הקתודה לאנודה כמצוין.
3. איור ג'ל אלקטרופורזה agarose של מוצר ה-DNA לאחר תעתוק הפוך הגברה-PCR.
נקודת המוצא של התהליך Selex הוא סינתזה של ספריה oligonucleotide אקראי המכיל בדרך כלל 10 -10 12 15 רצפים. ב-DNA Selex, ספריה זו משמשת מיד לאחר בריכה ssDNA שנוצר, ואילו RNA Selex, הפגינו כאן, הספרייה ssDNA מומר הראשון בריכת RNA enzymatically ידי שעתוק חוץ גופית. ואז, Selex מבוצע iteratively לפיה כל מחזור כו...
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים AG030709 מ-NIH / NIA ו 07-65798 מן המחלקה לבריאות הציבור בקליפורניה. אנו מכירים מרגרט מ Condron לסינתזה פפטיד וניתוח חומצת אמינו, ד"ר אליזבת פ 'נויפלד לסיוע ותמיכה בשלבים הראשוניים של הפרויקט, ד"ר צ'י קונג ב חן למתן תמיכה ריאגנטים, וד"ר אנדרו D . אלינגטון לדיונים מועילים.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Aβ40 | UCLA Biopolymers Laboratory | Lyophilized powder | ||
MX5 Automated-S Microbalance | Mettler Toledo | |||
Silicon-coated, 1.6-ml tubes | Denville Scientific | C19033 or C19035 | ||
1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) | TCI America | H0424 | Use in a fume hood. | |
Ammonium persulfate | Sigma | A-7460 | Vortex until the solution is clear. APS is prepared freshly each time and should be used within 48 h. | |
Tris(2,2-bipridyl)dichlororuthenium(II) hexahydrate | Sigma | 224758-1G | Vortex until the solution is clear. Cover the RuBpy tube with foil to protect the reagent from ambient light. RuBpy is prepared freshly each time and should be used within 48 h. | |
Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 43815 | ||
D-Salt™ Excellulose™ desalting columns | Thermo Scientific | 20449 | ||
Ammonium acetate | Fisher Scientific | A637-500 | ||
Silicon-coated, 0.6-ml tubes | Denville Scientific | C19063 | ||
Novex Tricine Gels (10–20%) | Invitrogen | EC6625B0X | 10-well; mini size (8 cm X 8 cm); 25 μl loading volume per well; separation range 5 kDa to 40 kDa | |
Quartz cuvette | Hellma | 105.250-QS | ||
Beckman DU 640 spectrophotometer | Beckman | |||
ssDNA library | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | The library was designed to contain 49 random nucleotides flanked by two constant regions containing primer-binding and cloning sites: 5'-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ATT CCG CGT GTG C (N:25:25:25:25%) (N)49 G TCC GTT CGG GAT CCT C-3' | |
Taq DNA polymerase | USB Corporation | 71160 | Recombinant Thermus aquaticus DNA Polymerase supplied with 10× PCR Buffer and a separate tube of 25 mM MgCl2 for routine PCR. | |
PCR Nucleotide Mix, 10 mM solution | USB Corporation | 77212 | (10 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP) | |
Forward primer | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | 5'-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ATT CCG CGT GTG C-3' | |
Reverse primer | Integrated DNA Technologies | Custom-ordered | 5'-GAG GAT CCC GAA CGG AC-3' | |
Thermal cycler | Denville Scientific | Techne TC-312 | ||
QIAquick PCR Purification Kit (50) | QIAGEN | 28104 | ||
Agarose | Denville Scientific | CA3510-8 | ||
Conical, sterile 1.6-ml tubes with caps attached with O-rings | Denville Scientific | C19040-S | ||
RiboMAX™ Large Scale RNA Production System–T7 | Promega | P1300 | The kit contains: 120 μl Enzyme Mix (RNA polymerase, recombinant RNasin® ribonuclease inhibitor and recombinant inorganic pyrophosphatase); 240 μl transcription 5 buffer; 100 μl each of 4 rNTPs, 100 mM; 110 U RQ1 RNase-free DNase, 1 U/μl; 10 μl linear control DNA, 1 mg/ml; 1 ml 3M sodium acetate (pH 5.2); 1.25 ml nuclease-Free water | |
α-32P-cytidine 5'-triphosphate, 250 μCi (9.25 MBq), | Perkin Elmer | BLU008H250UC | Specific Activity: 3000 Ci (111 TBq)/mmol, 50 mM Tricine (pH 7.6) | |
Citrate-saturated phenol:chloroform:isoamyl alcohol (125:24:1, pH 4.7) | Sigma (Fluka) | 77619 | ||
Chloroform:Isoamyl alcohol (24:1) | Sigma | C0549 | ||
Absolute ethanol for molecular biology | Sigma | E7023 | ||
Z216-MK refrigerated microcentrifuge | Denville Scientific | C0216-MK | ||
illustra ProbeQuant™ G-50 Micro Columns | GE Healthcare | Obtained from Fisher Scientific (45-001-487) | Prepacked with Sephadex™ G-50 DNA Grade and pre-equilibrated in STE buffer containing 0.15% Kathon as Biocide | |
Triathler Bench-top Scintillation counter | Hidex Oy, Turku, Finland | Triathler LSC Model: 425-034 | ||
Novex® TBE-Urea Sample Buffer (2×) | Invitrogen | LC6876 | ||
6% TBE-Urea Gels 1.0 mm, 10 wells | Invitrogen | EC6865BOX | ||
Novex® TBE Running Buffer (5×) | Invitrogen | LC6675 | ||
Radioactivity decontaminant | Fisher Scientific | 04-355-67 | ||
Gel-loading tips | Denville Scientific | P3080 | ||
XCell SureLock Mini-Cell | Invitrogen | EI0001 | XCell SureLock Mini-Cell | |
Autoradiography film | Denville Scientific | E3018 | Use in complete darkness | |
Autoradiography film, Hyperfilm™ ECL | Amersham Biosciences | RPN3114K | Can be used under red safe light. | |
Membrane discs | Millipore | GSWP02500 | Mixed cellulose ester, hydrophilic, 0.22-μm disc membranes | |
Fritted glass support base for 125-ml flask | VWR | 26316-696 | ||
Petri dishes | Fisher Scientific | 08-757-11YZ | ||
Urea | Fisher Scientific | AC32738-0050 | ||
EDTA | Fisher Scientific | 118430010 | ||
Glycogen | Sigma | G1767 | ||
2-Propanol for molecular biology | Sigma | I9516 | ||
Recombinant RNase inhibitor | USB Corporation | 71571 | ||
ImProm-II™Reverse Transcription System | Promega | A3802 | ||
Recombinant RNase inhibitor | USB Corporation | 71571 | ||
RapidRun™ Loading Dye | USB Corporation | 77524 |
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